有限元网格划分方法研究

《有限元网格划分方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、有限元网格划分方法研究刘文欣王明强华东船舶工业学院（江苏省镇江市环城路2号，212003）摘要：本文首先探讨了有限元网格划分的一些基本原则，然后从几何模型建立方法的角度对几种不同网格划分方法进行了深入讨论，最后在ANSYS中对这些网格划分方法进行了实例比较，给出了不同网格划分方法的适用范围。关键词：有限元网络网格自动生成有限元中图分类号：TP391.4；O241文献标识码A一、有限元网格划分技术现状随着计算机技术的快速发展和普及,有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域,成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法

2、。早期有限元分析的研究重点在于推导新的高效率求解方法和高精度的单元。随着数值分析方法的逐步完善和计算机运算速度的飞速发展,整个计算系统用于求解运算的时间越来越少,而数据准备和运算结果的表现问题却日益突出。划分网格作为建立有限元模型的一个重要环节，要求考虑的问题较多，需要的工作量较大，所划分的网格形式对计算精度和计算规模将产生直接影响。因此，对有限元网格划分的技术研究成为必要。有限元网格生成方法可以分为五种：拓扑分解法、结点连元法、网格模板法、映射法和几何分解法。目前，主要是上述方法的混合使用及现代技术的综合应用。有限元网格划分过程如果依靠人工完成

3、，非常耗时且容易出错。因此，人们更关注的是有限元网格的自动生成。在有限元网格的自动生成过程中，几何模型的建立是一个关键因素，模型建立的方法、质量好坏，直接影响着网格划分的效果，从而最终决定了分析结果的正确性与精确性。下面就从建立模型的角度，按照网格划分的基本原则，对几种网格划分方法进行探讨。二、有限元网格划分基本原则有限元方法的基本思想是将结构离散化，用有限个容易分析的单元来表示复杂的对象，单元之间通过有限个节点相互连接，然后根据变形协调条件综合求解。由此，有限元网格的划分一方面要考虑对各物体几何形状的准确描述，另一方面也要考虑变形梯度的准确描述

4、。网格划分的密度是个重要的问题，太密则会大大增加计算时间，但计算精度却不会成比例地增加。这样，就存在一个最佳网格密度问题，这个问题往往需要多年工作经验的积累。如果前置处理程序能够自动确定网格密度，对节省机时的意义非常大。另外，在网格划分时，对应力集中采用局部网格加密的办法是十分必要的。归纳起来说，划分网格时必须考虑以下原则：1、网格数量。网格数量的多少，直接影响着计算规模的大小，在一定程度上也影响着计算结果的精确程度。因此，确定网格数量多少时必须将两个因素综合考虑。2、网格密度。在结构不同部位采用大小不同的网格，这是为了适应计算数据的分布特点。在

5、计算数据变化梯度较大的部位(如应力集中处)，为了较好地反映数据变化规律，需要采用比较密集的网格。而在计算数据变化梯度较小的部位，为减小模型规模，则应划分相对稀疏的网格。1、良好的单元形状。单元最佳形状是正多边形或正多面体。2、良好的剖分过渡性。单元之间过渡应相对平稳，否则，将影响计算结果的准确性甚至使有限元计算无法计算下去。3、网格剖分的自适应性。在几何尖角处、应力温度等变化大处网格应密，其他部位应较稀疏，这样可保证计算解精确可靠。二、不同建模方法对网格划分的影响由于网格的划分是在几何模型上进行的，因而几何模型的建立方式对网格的划分有着很大的影响

6、。几何模型的建立可以分为自下而上和自上而下两种方式。1、自下而上的建模方式即点线面体的建模方式。使用这种方法建模，网格划分时可以按照自己的意愿进行有规则的划分，可以很容易地对模型中不同的部分按不同的要求划分，还可以在模型上的任意位置分出自己想要的节点。但这种方式最大的缺点在于，建模过程比较繁，就是一个简单的立方体也要建８点１２线６面，更不用说稍微复杂的实体模型了。映射法经常应用在这种建模方式中，因而可以以较少的剖分单元数获得较高的计算精度。缺点是规则模型可以做很好的剖分，但是复杂图形则很难。用这种建模方式，如果不进行布尔运算，则不能进行自由网格方

7、式的划分计算。2、自上而下的建模方式即体面线点的建模方式。运用这种建模方式可以很快的实现对整体的网格划分，但是对局部的细化需要借助其他手段，如设置hardpoint，建立子模型，细划分局部线或面等等。通常情况下，当用全局单元尺寸控制来划分单元不能满足要求时，可以在选定的线和关键点处控制局部网格密度。下面就这几种手段加以讨论：a、hardpoint是一种特殊的keypoint。为了确保在划分网格时在某个位置能生成节点，可以在该点加hardpoint，这样划分时网格就会“通过”该点。这是hardpoint唯一的作用。Hardpoint施加在线和面上，

8、它们不能被复制和移动，可以被删除。有硬点不能直接进行6面体网格划分，特殊情况下对shell类型的实体也有影响。b、子模型方法，即当希望得