结构分析的有限元网格划分基础

什么是有限元中的网格划分?

有限元分析(FEA)是由零件/组件、材料特性和边界条件组成的物理系统的数学表示。在一些情况下，现实世界中的产品行为不能通过简单的手工计算来近似。像有限元分析这样的一般技术是一种方便的方法，通过使用偏微分方程精确地捕捉物理现象来表示复杂的行为。有限元分析已经成熟并且大众化，因此设计工程师和专家都可以使用它。

啮合是用有限元法进行精确仿真的最重要的步骤之一。网格由包含节点(空间中的坐标位置，可以随元素类型而变化)的元素组成，这些节点表示几何形状。FEA求解器不能很容易地处理不规则的形状，但它更乐于处理像立方体这样的常见形状。网格化是将不规则形状变成更容易识别的体块的过程，称为“元素”。

在开始网格划分之前，您必须首先将几何或CAD模型上传到，例如，Ansys机械开始模拟过程。

如何准备你的CAD/几何网格

当使用FEA仿真软件(如Mechanical)时，确定CAD模型中的哪些特征需要网格化，哪些特征不需要网格化是很重要的。很多时候，CAD几何是非常复杂和详细的制造目的。但对于模拟，你可能不需要每个细节，所以你的部分几何可以去特征化，这意味着删除这些细节，以节省时间。

例如，您的产品可能附带一个铭牌。您可能不需要学习此铭牌的物理效果，因此可以对铭牌进行特征化以避免创建网格，从而节省网格划分和解决时间。

使用Ansys SpaceClaim为了避免对车牌进行不必要的分析，很容易对几何形状上的铭牌进行破坏。

准备CAD模型进行仿真的另一个重要方面是描述几何结构中两个或多个部分之间的关系。例如，如果几何体在公共面(或边)之间共享节点，那么决定它是保形网格还是非保形网格是很重要的。保形网格用于通过胶水或焊接连接的部件。非保形网格用于通过触点或关节连接的部件。在Ansys Mechanical中，您可以混合使用这些方法来满足您的需求。

阅读3个步骤来提高你的有限元模型博客了解更多。

网格划分方法的类型:四面体与六面体

有两种主要的网格划分方法。出于这些目的，我们参考3D模型:

• 四面体单元网格划分
• 六面体单元网格划分

十六进制或“砖”元素通常在较低的元素计数下产生比tet元素更准确的结果。如果它是一个复杂的几何，tet元素可能是最好的选择。这些默认或自动网格划分方法可能足以满足您的需求，但是，还有其他方法可以为您提供更多的网格控制。

混合网格

在Mechanical中，您可以使用Multizone方法，这是十六进制和tet元素的混合，允许您使用不同的方法对几何形状的不同部分进行网格划分。这允许您执行更少的几何准备，并有更多的局部控制网格。

使用Ansys机械的混合网格功能的管道连接几何

扫描啮合

使用扫描网格，网格实际上“扫描”网格通过体积和面，以帮助创建具有规则尺寸的高效网格。

决定使用哪种网格方法通常取决于您正在解决的分析类型(显式或隐式)或物理以及您想要达到的精度水平。其他一些选择是笛卡尔网格和分层测试，用于特定的分析，如增材制造。

网格控件

网格控制使更精确的网格。Ansys机械使您能够控制局部网格，而不是用相同的方法网格化整个CAD的全局网格。局部网格控制的一些例子包括局部尺寸，细化和影响范围的几何特征。

让我们以摩托车车架为例。您可能希望在整个几何形状中应用一般的网格方法，但在焊接和螺栓连接的地方使用不同的策略。使用局部网格控制允许你在这些位置创建一个更精细的网格，而不是用更小的元素网格整个部分，这将需要更长的时间来解决。

摩托车框架几何网格显示焊接接头。

为什么高质量的网格很重要?

简单地说，高质量的网格等于更精确的结果。较差的网格会导致收敛困难，从而导致不正确的结果和错误的结论。网格的质量取决于以下几种情况:

• 你在进行什么类型的分析。
• 你想在网格上投入多少时间。
• 你想花多少时间来解决问题。

在某些情况下，您可能正在寻找一个快速的解决方案——一些有助于澄清设计决策的东西。在这种情况下，你可能不想花很多时间来设置你的网格。其他时候，你可能想要一个非常精确的解决方案或结果，这需要一些时间和精力来设置你的网格与不同的方法和控制。

一个好的网格有一个符合你需要的质量标准(分析类型、精度水平、时间)，比如元素质量和纵横比。最终，我们建议了解您的几何形状，并使用控件来获得最好的网格可能-这毕竟会导致更好的产品设计。

在我们的介绍网格课程在Ansys学习中心，或查看网络研讨会裂纹扩展分析的Ansys多物理场仿真．