能否使用三维单元模拟细长梁（一维几何）或钣金件（二维几何），或使用二维单元模拟大型铸造件？

 

同一分析对象可使用一维、二维或三维单元来模拟。关注的重点是网格模型的单元和节点数量、分析结果的精度以及分析使用的时间。

 

例如，考察一个尺寸为 250 x 20 x 5 mm 的悬臂梁在 35 N 力作用下的应力和变形问题：

 

 

 

 

 

4.5 如何确定单元尺寸

1)类似问题的分析经验：分析结果与试验结果有良好的一致性。

2)分析类型：线性静态分析可快速计算含有大量节点和单元的模型，而碰撞、非线性、流体或动力学分析则需要耗费大量的时间，因此对后一类分析，需要注意控制节点和单元的数量。

3)硬件配置：求解可以调用的硬件资源与显卡性能，有经验的 CAE 工程师可在给定的硬件资源下算出合理的节点和单元数量。

 

假设你是一个新成立的 CAE 部门的其中一员(没有明确的指导规范可用,并且部门中没有经验丰富的工程师)：第一次分析时,使用默认的单元尺寸并根据本书讨论的经验法则划分网格，求解模型，观察高应力区域；然后使用较小的单元尺寸重新划分高应力区域并再次求解，比较前后两次分析结果的异同。继续这一过程，直到获得收敛的结果（前后两次分析获得的应变能/最大应力差异小于 5%~10%）。

 

4.6 怎样开始划分网格

1)花费足够的时间研究几何形状

一个常见的现象是 CAE 工程师在没有正确的理解几何构成以及给定分析需求和指导意见的情况下盲目划分网格。正确的做法是：花费一定的时间研究模型，深入理解模型是创建高质量网格模型的第一步。

 

2)时间预估

目前的趋势是客户或老板向服务提供者或下属指定工作时间。有时，会在双方讨论后确定。同一任务所需要时间是相对的，不同的工程师所预估的时间会有很大出入（相差 2~3 倍）。通常，经验不足的人会预估较多的时间。同样，如果是第一次处理一项工作，将会花费较多的时间，但如果该工程师遇到类似的工作，所需的时间将大大减少。

 

3)几何检查

通常，CAD 模型是以*.igs 的格式提供。几何的清理检查是网格划分必不可少的一部分。CAE 工程师应该具备基本的 CAD 知识。在开始网格划分工作之前，应仔细检查几何中可能存在的以下几类问题：

• 自由边

• 特征线

• 重复面

• 小圆角

• 小孔

• 相交特征

 

如果网格划分需要进行抑制圆角、小孔或者创建中面等操作，为什么不由 CAD 工程师直接提供用于 CAE所需的 CAD 数据呢？

 

是的，理论上应该这样。但实际上，每个工程师有非常紧密的工作日程安排，而且创建的 CAD 模型不仅要提供给 CAE 工程师还要提供给工装夹具的制造商、供应商、采购工程师等。另外，CAE 工程师对有限元分析所需的模型简化的理解要优于 CAD 工程师。所有的网格划分软件均提供了几何清理和简化工具，使用这些工具进行几何清理和简化操作的效率要远大于 CAD 软件。很多时候，对于复杂的几何模型，在 CAD 软件中曲面的编辑会失败，而此时 CAE 工程师则可以通过舍弃原有几何特征并手动或使用特殊建模功能来处理。

 

4)对称检查

整体对称

 

 

 

划分整体模型 1/4 网格，然后通过两次镜像操作即可得到完整模型。

局部对称，重复的特征，复制/粘帖命令。

 

 

 

划分高亮显示的整体模型 1/16 网格，然后通过镜像和旋转操作快速创建其余部分网格，该方法能够保证关键区域（孔）具有统一的网格特征。

 

5 ) 单元类型的选择

通常，一个模型是由不同类型的单元（一维、二维、三维及其他类似单元）组合而成，很少情况下会完全使用一种单元类型。

 

 

 

上图中，把手使用梁单元（一维单元）模拟，桶体使用壳单元（二维单元）模拟，两者之间通过 RBE2单元（刚体单元）连接。

6) 网格划分的类型

i. 基于几何-网格与几何关联。修改几何模型，网格随之自动更新。边界条件可施加在几何表面或边界上。

ii.基于网格-网格与几何是无关联，边界条件只能施加在单元和节点上。

 

7) 连接模型

a) 螺栓连接的孔周围的网格构成有特定要求

b) 点焊与电弧焊

c) 接触或间隙单元要求被连接表面间具有类似的网格构成

d) 粘胶连接

 

8) 工作分配

时间紧迫而其他组的工程师空闲时，网格划分工作可由几个工程师共同完成。此时，只需保证网格连接位置具有相同的网格即可。