ANSYS 非线性自适应（NLAD）网格划分及应用举例

以下文章来源于上海安世亚太，作者陈志梅

在复杂的结构设计分析中，通常很难确定在高应力区域中是否生成适当的细化网格。在做非线性大应变分析仿真时，可能由于单元变形过大，导致网格畸变，仿真不能收敛。  

针对以上问题，ANSYS程序提供了近似的技术自动估计特定分析类型中因为网格划分带来的误差。通过这种误差估计，程序可以确定网格分布是否合适。如果不合适的话，程序将根据指定的标准通过分割、变形或重新排序划分来进行自动更新网格以减少误差。

这一自动估计网格划分误差并细化更新网格的过程就叫做自适应网格划分（NLAD）。

自适应网格划分的优势

该功能支持局部和全局重新划分。它有助于计算收敛以模拟传统方法无法模拟的问题，或者用于提高模拟结果的精度。在求解过程中，负载、边界条件、接触条件、求解变量等无缝地转移到新的网格中，不需要用户输入。非线性自适应网格技术减少了获得精确和收敛解所需的时间和精力。

适用场景举例

■ 挤压—坯体由于材料流入模具而发生过度变形；

■ 垫圈密封—密封垫圈材料被挤入填充间隙；

■ 断裂力学—裂纹尖端区域的局部高应力和高变形场可能导致部件失效。

应用举例

刚性体挤压橡胶：小刚性块挤压至橡胶块内，沿垂向运动15mm，橡胶块发生大变形，为减少计算量，只建立四分之一模型，其初始几何形状和网格如下图所示。

初始几何形状和网格

施加强制位移

该案例演示了应用非线性网格自适应技术来消除网格畸变，求解与大变形相关的问题。

柔性橡胶块在两个面具有对称性边界条件，并在底部固定。刚性体放置在柔性块的顶部，沿y的反方向施加强制位移。它的目标是在柔性橡胶块中下压15mm。

没有非线性自适应

在没有非线性自适应的情况下，网格高度畸变，计算失真，且不收敛。

自适应网格划分

基于网格质量准则的非线性自适应技术在求解过程中自动优化了发生高度畸变的网格质量。通过几次重划分，成功地求解了这种网格畸变的大变形问题。

刚性体挤压橡胶变形的动画如下所示：