其它针对 2D 网格的检查_Altair帮助文档

1) 单元自由边

什么是自由边？

任意单个四边形单元由 4 个自由边。

 

 

 

上面的例子中，中间的边由两个单元共享，不是自由边。对于一个真实的有限元模型，有限元的自由边应该和几何的外边/自由边一致。任何其它自由边表示存在未连接的节点。

 

 

 

2)重复单元：

镜像、移动等操作中的错误会导致重复单元。重复单元不会导致任何分析错误但是会导致模型刚度增加从而使位移和应力变小。例如，考虑一块拉伸载荷作用下的简单平板（厚度两毫米）。假设由于一些网格划分的操作导致所有单元都有重复。如果在这个模型上进行分析，得到的位移和应力都只有一半。

 

3)重复节点：

copy、translate、orient 或 reflect 等操作会导致在重复边上产生重复节点。

 

 

上图中对称面位置有重复节点。重复节点用黄颜色高亮显示。

 

4)壳单元法向

考虑下面的例子：

 

 

 

 

变形后，悬臂梁的上表面处于拉伸状态而下表面处于压缩状态。

 

 

 

对于 2D 网格，需要在抽取的中面上做分析。

现在的问题是，中面的结果云图（下图）是否正确，是上表面还是下表面？

 

 

 

壳单元的法向帮助我们查看上下表面的应力。每一个单元有一个单元（或局部）坐标系。壳的法向就是单元的法向（通常假设单元在 xy 平面内，使用 Z 轴代表法向）。在查看应力时，商用后处理程序提供上表面/下表面或 Z1/Z2 选项表示壳单元的正负法向。是上表面还是下表面不是由有限元模型如何在屏幕上定位确定，而是由每个单元的+Z 方向确定的。可以通过打开壳单元的单元坐标系或法向矢量显示选项将 Z 轴显示在屏幕上。

 

上表面（或 Z1）=+Z 轴（如下图中的箭头方向所示）

下表面（或 Z2）=-Z 轴

 

 

 

如果壳单元法向没有正确对齐会发生什么？

从分析过程的角度讲看是没有错误的。所有计算可以正确执行。但是在对 2D 单元查看结果时，软件无法识别拉伸还是压缩。软件只认壳的法线方向。它可以显示应力是沿着+Z 轴还是-Z 轴。设想上图中有一个单元的法向是相反的方向。在查询所有单元的下表面（Z2）应力时（除了单元法向相反的那个单元），大部分单元都显示拉伸（+）应力，而那一个单元显示压缩（-）应力，如下图所示。初学者可能会根据结果判断是边界条件出了问题，但是有经验的工程师知道是由于壳单元法向的不一致造成的。

 

 

 

如何纠正壳单元的法向？有限元软件提供专门的工具用于将壳单元法向调成一致（所有壳单元法向都朝一个方向对齐）

 

5)几何偏差

完成对几何的网格划分后，网格和几何应该放在一起观察（关闭网格线显示）。网格不应当偏离几何。

 

6)删除自由/临时节点

如果不删除自由节点会导致刚体位移。当打开自动奇异性处理选项后软件使用刚度很小的弹簧单元将自由节点与母体相连。这会在分析过程中产生警告信息。

 

7）在导出前进行节点、单元、属性等的重编号

频繁的导入/导出操作会导致非常大的节点和单元编号。

如果节点/单元的编号超过指定的极限值某些软件会拒绝读取文件。这时可以通过对节点/单元重编号来避免。

 

8)观察单元的类型，种类和数量（整个模型的单元汇总）

在导出网格前或导入其它求解器模型后应该进行仔细检查单元类型，种类数量等。有时由于转换问题，如果属性没有被恰当地定义或者是不支持的单元，单元可能会完全无法导出或者单元的种类被改变（像膜单元转换为薄壳等）。如果存在显示单元、轨迹线、单元自由边和自由面，则应该删除。

 

9)质量检查（实际质量和有限元模型质量）

当样机或物理模型可用时，应该将有限元模型的质量与实际质量进行比较。质量差异表明有缺失或多余的部件或不恰当的材料或物理属性。

 

10)无约束分析或虚假约束线性分析

在最终向客户交付网格前应该做一个无约束分析。6 个刚体模态表明装配中的各零件彼此连接正确。如果是单个零件的网格划分工作，可以使用虚假约束下的线性分析。

 

11)请你的同事帮助检查模型

由于在持续在同一个项目上工作，我们容易产生思维定势从而认为有些东西是理所当然，也容易漏掉某些方面。所以在最终交付前进行交叉检查是一个不错的方法。

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