midas GTS NX网格数量和质量控制的一些实用小技巧

1年前浏览4214

做有限元计算近10年，遇到大家谈的最多的问题就是“收敛性差”，“算不动”。大家遇到的普遍问题，要么是网格数量过多，要么是网格质量过差。实际上我们日常做安评遇到的项目，大多涉及范围不会很大，网格数量不至于多到“算不动”。“收敛性差”大多也都是跟网格质量有关系：网格质量差，或索性网格不耦合。做模型时候，往往是需要在网格质量和数量之间取得平衡的。设置均匀的尺寸容易得到质量较高的网格，但是往往数量过于庞大，导致“算不动”。考虑计算的时间成本，过于控制网格数量，网格质量却往往很差，造成收敛困难。所以今天来写几条网格控制的小技巧，帮助大家处理网格。

1）保证耦合性。

耦合性的问题大家估计都听腻了，还是再絮叨一下。

模型中在不存在界面单元的时候，一般都是需要耦合的（当然也有二般的情况）。

3D单元的耦合，可以在划分网格前，对全部实体做“自动印刻”后再划分，通常可保网格耦合。

三维模型中的2D单元通常都是通过析取得到，可以实现自耦合。1D单元和2D、3D单元的耦合，一定要格外注意，注意在连接点的位置预留节点。例如基坑的内支撑在坑周上的支点，一般需要提前做交叉分割以便该位置能生成节点（参考视频：Midas基坑工程放坡、排桩、内支撑支护仿真模拟)

2）选合适的网格生成器。

通常，网格数量特别多，多到算不动的情况，常见于模型中的小块实体较多，尤其以小直径的圆柱体或其他弧面几何存在时，最影响网格数量。例如：一个常规有限域范围200m*200m*40m的模型，中间一个挖孔桩，用实体模拟，桩直径D=1.5m。

按照常规方式做网格：为保持形状，一个圆至少需要8个单元边围成。本例中桩身网格尺寸设置为0.4m，模型边界尺寸设置为4m。分别用混合网格和四面体网格处理：

【实体桩网格单元尺寸设置0.4m】

【整体网格，边界尺寸4m】

可见：相同的单元尺寸下，四面体网格生成器得到的单元数量更多，网格质量更好。（网格质量简单判断：三角形单元单元边夹角越接近60°质量越好，四边形单元越接近90°质量越好），所以，如果实体较碎，形状不规则的实体较多，模型本身网格质量难以控制，优先选择四面体网格。如果形状规则，优先选择混合网格。

3）切割几何，人为增加几何边界线

之前有次网课中讲到GTS NX生成3D网格的逻辑，是先生成边界面的2D单元，然后生成3D单元。

所以大家生成网格的时候，通常会建议你先撒种子（尺寸控制），撒下的种子就是边界面2D单元的尺寸。所以只要能控制好边界的尺寸，一般就可以保证网格不至于太离谱。必要时候，增加实体的边界线，可以自如控制网格过渡区。例如，上例中的模型，网格数量多的原因是，网格尺寸从0.4m到4m，尺寸变化大，网格过渡区的范围比较大，所以网格数量多。可以通过切割几何，人为增加几何边界线的方式继续优化。例如，增加一个切割，该切割面的位置可以适当考虑挖孔桩的影响范围。