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        Abaqus CAE前處理詳解
        • 時間: 2019-12-20
        • 作者: rootfea
        • 文章來源:

        一、Abaqus CAE中的網格劃分
        在CAE行業中眾所周知的是網格質量的好壞是決定有限元仿真分析有效性和精確性的關鍵因素。判定網格質量的參數包含有:單元尺寸、長細比、 畸變角度、雅克比矩陣等等。另外一個需要引起關注的因素是單元拓撲關系,也就是殼單元中的三角形或四邊形單元,實體單元中的四面體或六面體單元。每一種單元的拓撲都有其自有的優缺點;例如,在復雜的幾何體中四面體單元會比較容易建立,但同時這種單元會導致計算的收斂較慢,相較而言,六面體單元對于計算會有更大優勢:收斂快,計算結果準確,節省了計算量和計算時間,但是在復雜幾何中建立六面體單元會相對困難,需要花費更多精力。


        由于對復雜幾何體網格質量的要求的增加,網格劃分技術也變得越來越重要,例如現在的汽車行業的仿真分析中,對一些很復雜零件的幾何體也會要求其網格是以六面體為主并且要有嚴格的網格質量要求,以保證計算結果的精確性。因此在工業行業中,像Hypermesh和Ansa等網格處理工具正在被廣泛的被有限元工程師使用。然而這類工具最主要的優勢是網格的處理的功能,但是當需要建立一些非線性分析的關聯輸入分析文件時,這些工具的功能并不能滿足求解軟件的需要,特別是對與復合材料的分析和一些高網格質量要求的復雜幾何體的分析。由于以上所說的原因,在航空航天工業中,復合材料模型的仿真分析更加依賴MSC Patran來進行了。但是,近來的工業行業中正在尋求一些可以代替Patran的分析工具,因為Patran軟件中導入的CAD模型也會產生模型的不完整,幾何特征的丟失等,現在還沒有能很好的關聯到FE模型的CAD軟件,這些軟件的網格劃分技術也是處于一個較基礎的水平。本文將主要介紹Abaqus CAE的網格劃分功能。


        二、網格劃分技術
        Abaqus CAE中主要有4種網格劃分技術,分別對于實體網格和殼網格。


        a.自由劃分:這是一種最簡單的網格劃分方法,一般只需要單擊就可以生成網格。它主要可以生成面的四邊形或三角形單元,實體的四面體或六面體單元,即使是對于復雜幾何。這種方法的缺點是用戶很難控制網格的質量,用戶只能對網格密度來進行控制。


        b.掃略方法:用于生成實體的六面體單元,不需要過多的處理幾何。網格劃分的算法會自動識別幾何的源面跟目標面,在源面上劃分出四邊形面單元,然后將這些單元通過掃略方式轉化為六面體單元并一直掃略到目標表上。最后,初始的面單元會被自動刪除。這種方法的缺點是對幾何的限制,需要幾何存在源面及目標面。


        c.結構網格方法:這種方法對需要建立高質量的六面體單元或殼單元很有效。它為用戶提供了比掃略方法更好的網格控制途徑。它的原理是將復雜的實體切分為更小的六面或八面的實體,這些切分后的實體可以生成規則六面體網格。這些小的實體邊界之間的節點會被自動結合來確保網格的連續性。


        d.自下而上網格法: 當以上方法都失效時,用戶可以選擇此方法建立網格。這種方法的思想是分而治之。在某種程度上,它類似于掃描網格劃分,但刪除了基礎幾何限制。


        三、顏色區分功能
        這個功能是Abaqus CAE中獨特的功能。當劃分網格時,用戶可以看到模型中的幾何體都會存在一個預定義的顏色。這些顏色的標識可以幫助用戶來判斷哪個部分的幾何體可以使用哪種網格劃分方法進行劃分。不同顏色標識的含義如下:


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        橙色是最不希望出現的,因為這些區域不能直接生成網格,需要對此區域進行切分。當將此區域合理的進行切分處理后,這些子區域如果可以生成網格,那么這個區域的顏色會自動轉變為其他。幾何經過處理后,用戶可以看到幾何存在有綠色,黃色,粉色和桃色的組合標識。劃分網格時,用戶可以選擇分別對單區域進行劃分或者可以對整體模型的所有區域一起劃分網格。為了避免不同顏色標識區域交接處的單元有不同的單元拓撲關系,劃分網格時交接處的單元會自動創建綁定連接,確保單元之間的連續性。


        下圖是一個例子,其中零件被切分出了可掃略的黃色區域,此區域需要生成規則六面體單元,圖中粉色區域則生成了四面體網格。


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        四、有效的切分功能
        將幾何中的橙色區域變為其他顏色標識需要對幾何表面或實體的切分。Abaqus中提供了多種切分工具,方便用戶對幾何體進行所需的切分操作。下面將介紹這些切分工具使用方法:


        實體切分:提供了6種工具選項如下


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        面切分:有8個操作選項


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        五、虛擬拓撲
        這個選項可以在切分幾何和劃分網格之前使用。這是一個修補CAD模型數據的方法。多數情況CAD模型數據中存在有許多網格劃分算法并不需要的細節特征。例如一些細小的邊線或面。虛擬拓撲提供了合并這些細小邊線或面的路徑;另外一個選項是將這些細小特征進行抑制,這樣網格劃分算法會自動忽略它們。


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