有限元分析中的网格划分基础

网格划分基础

 

 

 

为什么要划分网格?

 

 

 

有限元分析的基本思想是在有限数量节点上进行计算，然后通过插值算法将结果映射至整个求解域（物体表面或整体）。然而，对于任何一个包含无限自由度的连续体来说，这种方法是不可能实现的。为此，可通过网格离散技术，将连续体变成有限数量节点和单元的组合体，然后应用有限单元法，进而实现对连续体的分析。

 

单元类型

单元

 

 

如何选择单元类型

 

 

 

几何形状和尺寸

分析时，求解器需要获得分析对象确定的三维尺寸。

分析对象在几何上可根据其各维尺度的数量级分为一维、二维和三维几何，单元类型的选择方法与之类似。一维单元: 用于几何形状某一维尺度远大于其他两维尺度的场合。

 

 

 

一维单元的形状是一条线，将两个节点连接在一起即可创建一个一维单元。此时，软件仅得到分析对象的一维尺寸信息，而其他两维尺寸信息，如截面积，则需要用户单独指定。

 

单元类型选择 Geometry size and shape Type of analysis Time allotted forproject

实例：长轴、杆、梁、点焊、螺栓连接、销连接及轴承等。

二维单元: 用于几何形状某两维尺度远大于第三维尺度的场合。

 

 

二维网格划分过程通常是在一个零件的中面上进行。二维单元是平面单元，与纸张类似。二维单元创建后，软件可以获得分析对象两维尺寸信息，第三维尺寸信息，如厚度，则需要用户单独指定。

 

为什么在零件中面上进行二维网格划分?

用户指定的单元厚度是零件中面到上、下表面的距离之和。因此，为了更加准确的描述几何形状，有必要抽取零件中面并在中面上进行网格划分。

 

 

 

实例：所有钣金件以及类似仪表板的塑料件等。通常，二维单元用于描述宽厚比大于 20 的零件。

 

中面与二维单元的局限性

二维单元可能在以下场合产生较大的误差：

- 零件厚度不一致。

- 零件表面不是平面且上、下表面具有不同的几何特征。

 

三维单元 : 用于几何形状各维尺度数量级接近的场合。

 

 

 

实例：传输管道、离合器、发动机、连杆及曲轴等。

 

 

 

b. 分析类型:

结构和疲劳分析-四边形和六面体单元优于三角形、四面体和五面体单元。

碰撞及非线性分析-六面体单元优于四面体单元模流分析-三角形单元优于四边形单元动力学分析-当分析对象可用二维或三维单元来表征时，应当优先使用二维单元，因为二维网格可以较少数量的节点和单元获得较高精度的模态振型。

 

c. 项目周期：

如果项目没有时间限制，建议恰当的选择单元类型并建立高质量的网格模型。如果项目时间紧迫，分析工程师需要快速提交分析报告时，可以考虑：使用自动和批处理网格工具取代那些可创建高质量网格却费时的网格划分方法。

 

对于三维网格，使用四面体代替六面体。

当模型由多个部件构成时，可以只对关键部分进行细致的网格划分，其他部件可简化为粗糙网格或使用一维梁、弹簧单元及点质量单元代替。