В то время как другие ребята объяснили теоретические основы создания мешей, практика заметно отличается, и она вовсе не автоматическая в отраслях, где качество сетки имеет первостепенное значение, учитывая, что результаты анализа методом конечных элементов охватывают большую часть процесса разработки продукта.
Давайте сначала разберемся, как делается меширование:
Сетки для структурных доменов бывают трех типов: 1D-сетка, 2D-сетка и 3D-сетка, основанные на типе элементов, используемых для построения сетки.
1D-сетка: линейный элемент
2D-сетка: элемент quad / tria
3D-сетка: гекса (кирпич) / пента / тетра элементы.
Какую сетку использовать, т.е. 1D, 2D или 3D, в первую очередь зависит от требуемой точности вычислений, вычислительных затрат (времени, необходимого для решения проблемы) и соотношения сторон домена . Наибольшее соотношение сторон должно быть больше 10 (как правило большого пальца), чтобы пренебречь размером и перейти к сетке с низким размером.
Позволь мне объяснить.
Домен 100X50X80 имеет все сопоставимые размеры, а самое высокое соотношение сторон составляет 100/50 = 3. Следовательно, трехмерные элементы будут использоваться для создания сетки этой части.
Домен 100X50X8 имеет одно незначительное измерение, а самое высокое соотношение сторон составляет 100/8 = 12. Поэтому будут использованы 2D элементы. Деталь из листового металла является прекрасным примером этого.
Домен 100X5X8 имеет два незначительных измерения, а самое высокое соотношение сторон составляет 100/5 = 20. Поэтому будут использованы 1D элементы. Сборка фермы служит примером.
Как только вы определитесь с типом элементов, которые вы будете использовать, качество элемента станет очевидным. Чтобы сохранить качество, сетка должна быть сделана вручную .
Все программное обеспечение для создания сетки поставляется с опцией автоматической сетки, которая работает только с отображаемыми деталями и прямыми гранями / блоками. Большинство объяснений в других ответах (особенно ответ @ Wes) связаны с тем, что делается в фоновом режиме для работы automesh.
Идея состоит в том, чтобы разделить ваш домен на несколько патчей и автоматически объединять их патч за патчем и постоянно обеспечивать связь между патчами . Обеспечение связи в основном автоматическое на основе проверки на основе допусков. 1D-сетка проще в этих аспектах.
Следующим шагом является поддержание потока сетки и симметрии. Поток сетки указывает на изменение размеров элементов. Когда вам нужно представить сложную функцию, размер элемента изменится с большего на меньший. Это не должно происходить в одно мгновение, и следует поддерживать постепенное изменение размера. Кроме того, симметричные части должны иметь симметричную сетку для сохранения целостности результатов FEA.
Все вышеперечисленные пункты помогут сохранить качество сетки. Тем не менее, программное обеспечение для создания сетки обычно имеет возможность проверять качество сетки, используя несколько параметров, которые можно регулировать в соответствии с требованиями. Окончательная проверка качества и возможности подключения имеет важное значение для обеспечения качественных результатов FEA.
Некоторые качества ожидаются от хорошей сетки:
из 1D сетки
- Нет проблем с подключением узлов
- Нет повторяющихся элементов
- Поддерживать минимальную и максимальную длину
из 2D / 3D сетки
- Угол деформации менее 5 градусов {рассчитывается путем разбиения четырехугольника на два триаса и нахождения угла между двумя плоскостями, которые образуют триас}
- Соотношение сторон менее 5 {деление стороны максимальной длины элемента на сторону минимальной длины элемента.}
- Угол перекоса более 60 градусов {минимальный угол между вектором от каждого узла к противоположной средней стороне и вектором между двумя смежными средними сторонами в каждом узле элемента. Девяносто градусов минус минимальный найденный угол сообщается.}
- Якобиан больше, чем 0,7 {Коэффициент Якобиана является мерой отклонения данного элемента от элемента идеальной формы. Значение Якобиана колеблется от -1,0 до 1,0, где 1,0 представляет элемент идеальной формы. Идеальная форма для элемента зависит от типа элемента.}
- Триа элементы с углом от 20 до 120 градусов
- Квадратные элементы с углом от 45 до 135 градусов
- Поддерживать минимальную и максимальную длину
- Элемент связи
- Менее 10% триа элементов в 2D сетке
- 2D нормали элементов ориентированы в одном направлении для определенных частей.
- Тет-коллапс для тетраэлементов {Определяется как расстояние узла от противоположной грани, деленное на площадь грани, умноженную на 1,24}
из всей сетки
- Нумерация узлов и элементов в определенных диапазонах
- Минимальное отклонение от геометрии и отклонение подтверждается обоснованным инженерным решением.
- Специальные связи между различными типами (1D / 2D / 3D) элементов правильно определены.
Однако все эти параметры качества могут различаться в зависимости от типа анализа, требуемой точности, руководящих принципов компании и вычислительных затрат.
Почему эти вещи не автоматизированы:
Анализ методом конечных элементов требует правильной сетки для получения правильных результатов. Эту правильность нельзя определить с помощью нескольких параметров, и даже тогда они будут противоречивыми.
Опять же для разных типов анализа, определение качества сетки может быть различным.
Материальная, геометрическая и контактная нелинейность еще больше усложняют требования при определении хорошей сетки.
Одним из первых препятствий, которое я заметил при использовании функции автоматической сетки, является неправильное представление геометрии для поддержания качества сетки в других аспектах. Оба они важны. Кроме того, представление геометрии может быть упрощено с хорошими инженерными решениями, которые трудно автоматизировать, поскольку это варьируется от случая к случаю.
Например, Hypermesh является очень популярным коммерческим пакетом создания сетки от Altair Engineering, в котором есть приложение Batchmesher, которое выполняет создание сетки для вас. Тем не менее, он не в состоянии поддерживать правильные геометрические отклонения и связи между элементами для сложных деталей.
ТЛ; др:
Вот как меширование делается профессионально
- Решите, какую сетку использовать
- Сетка частей патч за патчем и обеспечить правильное соединение
- Поддерживать поток сетки и симметрию
- Все проверки качества и обеспечения качества
- Обеспечить правильное подключение
- Проверьте отклонения геометрии и массу конечных элементов
- Доставьте модель аналитикам, которые могут снова изменить сетку определенных областей в зависимости от требований анализа.
PS: я новичок в этом форуме, и это один из моих первых нескольких ответов, которые я приложил много усилий. Я был бы очень признателен, если бы я получил некоторые отзывы. У меня есть несколько ответов Quora по Mesh и FEA, где эти моменты объясняются более подробно с помощью графики. [Практический анализ методом конечных элементов]