Comsol网格说 [附赠案例]
从数学和数值计算的角度来看，网格是一种将复杂的连续物理区域转化为有限个简单子区域的离散化工具。在 Comsol中，你所研究的实际物理对象会被转化为计算机可以处理的由众多小单元构成的模型。这些单元可以是不同的形状，每个单元有其对应节点，节点是单元之间的连接点，也是物理量的计算点。 投稿｜赵佳乐 编辑｜小苏 审核｜电子F430 图｜（除特殊标注外）由软件截图提供网格作用数值计算基础：有限元方法是基于网格进行数值求解的。通过将连续区域离散成网格，偏微分方程（描述物理现象的方程）可以在每个单元上进行近似处理，转化为代数方程组，从而方便计算机求解。精度控制：网格的密度和质量直接影响计算结果的精度。在物理量变化剧烈的区域（如应力集中区域、边界层等），使用更细密的网格可以提高计算的准确性；而在物理量变化平缓的区域，则可以使用较粗的网格以减少计算量。可视化：网格可以帮助我们直观地观察和理解物理模型。在 Comsol后处理阶段，我们可以通过网格来查看物理量在整个模型中的分布情况。图1. 可视化网格网格分类二维网格三角形单元：具有很好的适应性，能够灵活地划分各种复杂的二维几何形状，常用于形状不规则的区域。计算精度相对四边形单元较低。四边形单元：计算精度较高，尤其适用于规则形状的区域，如矩形、平行四边形等。但对几何形状的适应性不如三角形单元。三维网格四面体单元：是三维网格中最常用的单元类型，能很好地适应复杂的三维几何形状，是自由网格划分时的默认选择。但计算精度和效率相对六面体单元较低。六面体单元：具有较高的计算精度和效率，适用于规则的三维几何形状，如长方体、圆柱体等。但对几何模型的要求较高，生成过程相对复杂。棱柱体单元：常用于边界层的网格划分，例如在流体力学中模拟靠近壁面的流动情况。图2. 六面体规则网格案例演示物理建模搭建一个1m*1.5m的矩形模型，并设置对应的密度、泊松比和杨氏模量材料参数，如下图所示。图3. 物理模型边界条件选择固体力学模块，选中整个矩形域；上边界施加沿z轴方向100N/m^2的荷载；底部边界设置固定约束边界；其余边界设置自由边界。网格划分采用常规物理场自动划分网格、极细化物理场自动划分网格和手动划分映射网格3种方式分别对物理模型进行网格划分。图4. 网格划分结果展示采用稳态计算得到3种不同网格划分方式下的模型位移、应力和应变分布。图5. 常规物理场划分网格（位移-应力-应变分布）图6. 极细化物理场划分网格（位移-应力-应变分布）图7. 手动划分映射网格（位移-应力-应变分布）总结通过合理选择网格类型、优化划分策略并利用自适应功能，可在保证精度的同时显著提升计算效率，实际应用中需结合具体物理场景灵活调整网格。来源：Comsol有限元模拟
