检查网格质量好坏的7个主要指标

icem2005

　　单元质量的好坏决定了有限元分析的结果。所以专业的有限元分析软件都有对单元质量进行检查的选项，而且可以根据需要对阈值进行调整，比如NX Nastran，Abaqus，Midas等等。很多初学者可能不在意这一点，现在软件划分网格的能力越来越强大，很多时候基本上一次能够通过，但这往往是因为划分四面体网格的结果，比如Solidwork Simulation就默认划分四面体网格，这种网格通过检查的概率很高，但结果相比其它可以自定义网格类型的软件来说，结果的可靠性也稍微差一些。如果要获得较高的准确度，对3D单元划分成6面体网格或对2D单元划分成四边形网格是最好的，但这时候对CAD模型的要求就较高，往往需要对模型进行一些简化(关于简化3D模型便于网格划分可以参照先前的文章“为什么cae划分网格前要简化模型”)。

　　如果你对FEA有了一定的基础和实践经验，那么你就该注意网格划分的重要性，并能试着自定义需要的网格类型，并且通过设定单元检查的阈值来获得最佳的结果。

　　检查网格质量好坏的的7个指标主要是：
　　长宽比(Aspect Ratio)，或者叫纵横比(软件默认值一般为15)
　　歪扭度(Skew Angle)，(软件默认值一般为45)
　　翘曲(Warpage)，(不同软件定义有所不同)
　　锥度(Taper)，(软件默认值一般为0.25~0.5)
　　雅可比比率(Jacobian Ratio)，(软件默认值一般为0.7，或者大于0)
　　扭曲角(Twist Angle)，(软件默认值一般为30)
　　单元长度(Element Length)，(软件默认值一般为最小长度为0.1mm，最大为100mm)
　　因为有详细的PDF说明文件，下面我只简单介绍一下。
　　单元质量的检查是专业的有限元分析软件必备的功能，而且检查范围越来越丰富。

　　NX网格质量检查界面


　　NX 10.0版本中甚至可以查看每个单元的指标参数，如下图所示，可见网格质量检查的重要性：



　　Midas网格质量检查界面


　　下面我们将分别说明6个主要参数，并通过实例来说明。实例中列举了5中不同的网格类型，如下图所示，分别是同一个3D模型的四面体单元、混合单元(四面体+六面体)、六面体单元，以及2D模型的混合单元(四边形+三角形)、四边形。


　　1.长宽比(Aspect Ratio)
　　长宽比(Aspect Ratio)指的是单元中最长边和最短边的比值。
　　长宽比=最长边/最短边
　　理想情况是长宽比=1最好，当长宽比过大时，就会使得结果不准确，甚至无法得出结果。

　　对2D网格来说，单元分为四边形和三角形，长宽比有两种情形。


　　对3D网格来说，又分为四面体和六面体。


　　上例中，当把长宽比设为2时，某些网格就通不过检查，如下图所示：

　　可以看出，不论是3D单元还是2D单元，对长宽比都比较敏感，事实上，一般网格检查最容易出错的就是长宽比。

　　2.歪扭度(Skew Angle)

　　歪扭度是针对平面来说的，定义了形状偏离垂直方向的角度(如下图所示，对于三角形，连接相邻边的中点和顶点到对边的交线，对于四边形，分别连接对边交点)，对于3D单元，歪扭度是每个面中最大的值。

　　当把歪扭度设置为60°时(超出默认值一倍左右)的结果如下：

　　可以看出，歪扭度对2D单元影响最大。

　　3.翘曲(Warpage)

　　翘曲度，用于表述平面在空间中的弯曲程度，在数值上被定义为翘曲平面在高度方向上距离最远的两点间的距离。绝对平面的翘曲度为0。

　　一般网格对翘曲度不敏感，大多数情况下都能通过!

　　4.锥度(Taper)

　　和一般的锥度定义不同(锥度一般定义为：圆锥的底面直径与锥体高度之比)，有限元分析网格检查中，锥度指的是四边形被压缩的程度，如下图所示：

　　当把锥度值设为0.25时，结果如下：

　　可以看出，和歪扭度一样，锥度也是对2D单元影响最大。

　　5.雅可比比率(Jacobian Ratio)
　　雅可比比率定义比较复杂，范围在-1和+1之间，一般大于0是可以接受的，小于0的负值是不允许的。

　　6.扭曲角(Twist Angle)

　　扭曲角主要定义了两个相对面的扭曲角。

　　希望大家在有了一定基础后能够试着自定义调整网格大小获得更加理想的结果。


转自：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz= ... mEavnVU5C4lzhWUW#rd

william

各种单元应该如何选择

野菊

谢谢楼主啦

hanhsua

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有期三年

详细、深入，受教了

jiangwj

感谢楼主分享