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[极简分析] 三种网格自适应方法对比(上)

7月前浏览12882

本文摘要(由AI生成):

本文介绍了Abaqus中的三种自适应网格方法,包括ALE自适应网格、自适应网格重划和Mesh-to-mesh映射。其中,ALE自适应网格介于完全欧拉分析和完全拉格朗日分析之间,可以在分析步的求解过程中逐步改善网格质量,适用于ABAQUS/Explicit的大变形分析以及ABAQUS/Standard中的声、冲蚀和磨损问题。ALE自适应网格划分在Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit中有所不同,Abaqus/Explicit中的ALE自适应网格划分更为广泛,适用于各种问题。其他两种自适应方法,下文再续。


概述

Abaqus中有不同的方法对网格进行自适应:ALE自适应网格,自适应网格重划和Mesh-to-mesh映射。先通过表格对比,后续再逐渐深入。

微信截图_20190806145345.png

ALE自适应网格

拉格朗日与欧拉

使用拉格朗日方法,网格随材料一起移动,通常是在Abaqus和一般的固体中完成。使用欧拉方法,网格是固定材料穿过,这种方法对流体有意义。


在Abaqus中,可以使用CEL纯欧拉方法模拟,即CoupledEulerian-Lagrangian。


本文介绍的ALE自适应网格,介于完全欧拉分析和完全拉格朗日分析之间的某种方式:材料相对于网格变形,网格也变形(网格可以独立于材料变形)。ALE全称为“任意的拉格朗日-欧拉自适应网格”(Arbitrary Lagrangian Eulerian adaptivemeshing),不改变原有网格的拓扑结构,即单元和节点的数目和连接关系不会变化,而是在分析步的求解过程中逐步改善网格的质量。


目的

ALE自适应网格划分通常用于减少网格失真,通过移动节点即使在严重变形下也能保持高质量的网格。拓扑不改变,不会修改连接以及单元数量。能够用于ABAQUS/Explicit的大变形分析,以及ABAQUS/Standard中的声(acoustic domain)、冲蚀(ablation)和磨损问题。

Abaqus /Standard中的ALE自适应网格划分

与Abaqus / Explicit相比,ALE自适应网格划分在Abaqus /Standard中有所限制。可用于当没有材料流入或流出域时(拉格朗日方法)、当材料在边界被侵蚀时(烧蚀或磨损)。用于减少固定材料量上的网格扭曲,提高准确性,甚至是在某些情况下获得收敛的唯一方法。此外,可以独立于材料运动来定义边界网格运动。例如,在轮胎分析,轮胎的外表面向内移动,而不会使材料变形,移除部分材料,模拟轮胎磨损。帮助手册中给出了这个例子(在Abaqus / Standard中使用自适应网格模拟胎面磨损)。

图:与未磨损外形相比,使用ALE自适应重新网格化获得的磨损外形在网格光顺时保持节点连接

Abaqus /Explicit中的ALE自适应网格划分

使用Abaqus / Explicit,可以模拟欧拉问题以及拉格朗日问题。ALE自适应网格划分不仅可用于减少固定材料体的网格扭曲,还可用于材料流入和流出网格时的工况,也可使网格自身变形,这在模拟挤出或轧制等工艺时非常有用,因这些工艺的大变形和形状错误单元,会导致在Abaqus / Explicit中时间增量步降低,增加了求解时间,同时限制了求解的准确性。通过ALE网格自适应可以加以改善。
与Abaqus / Standard相比,Abaqus /Explicit中的ALE自适应网格划分更为广泛,它有几种平滑方法适用于各种问题,而Abaqus / Standard只有一种平滑算法用于平滑移动边界曲面。在Abaqus / Explicit中,开始变形之前可以改善网格质量,此外还可以定义示踪粒子。
帮助手册中给了一个正弦模锻锻造例子,右侧的ALE自适应网格划分的分析,比左侧的没有ALE自适应网格的分析具有更好的单元形状。


其他

ALE自适应网格划分可以对整个模型或单个零件定义。在整个Step中,执行重新扫描, 因此不用重新定义新作业, 分析应用平滑网格继续进行。ALE自适应网格划分可在Abaqus / CAE设置。
其他两种自适应方法,下文再续。



Abaqus
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首次发布时间:2019-08-06
最近编辑:7月前
江丙云
博士 | 仿真专家 C9博士,5本CAE专著
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