07 实体网格长宽比案例详解

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00 导读

    本文通过一个小例子研究了实体网格长宽比对求解精度的影响。

01 研究背景

在型钢结构中，往往跨度很大，但是梁柱截面显得较小，这种场景下，通常建议使用梁单元。如果尝试对型钢抽壳，使用壳单元是否合适？以及壳单元的长宽比应该控制在多少以内？如果使用实体单元是否合适？以及实体单元的长宽比应该控制在多少以内？

02 几何模型

   所示几何模型和截面形状如下图所示。

03 材料模型

    使用线弹性材料模型，材料参数如下。

04 网格划分

    使用实体单元，由于型钢板厚太小，只能划分为一层，单元长宽比为7.5，实体网格如下图所示。

05 边界条件

    约束根部，右端施加垂直向下力。

06 接触设置

    绑定接触如下图所示。

07 分析结果

    位移和应力如下图所示。

08 网格划分二

    使用实体单元，单元长宽比为25，如下图所示。

    位移和应力如下图所示。

09 网格划分三

    使用实体单元，单元长宽比50，尝试划分网格。提示错误。

    使用实体单元，单元长宽比45，如下图所示。

    位移和应力如下图所示。

10 网格划分四

    汇总结果如下表所示。

    由上表可得，当长宽比超过10，分析结果精度已不能满足工程需求。

11 总结

    在笔者上篇《06 网格长宽比案例详解》中，使用壳单元时，单元长宽比为26，分析结果精度依然可靠，并且壳单元的宽一般是截面上的最短边长(笔者案例是截面弯折边长)。在本篇文章中，使用实体单元，当长宽比超过10，分析结果精度已经不可靠，并且实体单元的宽一般是截面板厚。截面板厚一般远小于截面最短边长，所以壳单元的长度可以远大于实体单元的长度，可高达10倍以上。这意味着网格规模会降低10*(20/8)=25倍。比如实体网格为1000万的模型，使用壳单元，可以降低为40万节点。

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