ANSYS网格非线性自适应技术解析

自适应网格技术是指在数值计算过程中，可以根据解的变化和需要，计算网格能自动进行调整，以提高数值计算效率和精度的技术。

那么在ANSYS Mechanical中是怎么实现的呢？如下图所示

在ANSYS中有4种触发非线性自适应的标准，分别是Energy based，Position based，Mesh quality based，Contact based。

在求解过程种，当定义的标准达到时，网格就会被分割或者重划分。在分割过程中，当前的单元会被分割为一定长度的单元，在细化区域和非细化区域会形成一个过度层，对于3D四面体单元在划分过程中会有形状拓扑和修正来促进网格质量变好，对于2D单元来说在单元分割之后进行修正，并且分割功能在Energy based，Position based，Contact based标准下有效。

在APDL和Workbench环境下均可以进行自适应网格划分。在Workbench中只需插入Nonlinear Adaptive Region并设置Nonlinear Adaptivity Controls，如下图所示。

下面以一个例子说明网格非线性自适应的过程。

【案例描述】

橡胶密封圈在凹槽当中，上面有一个盖板向下移动15mm挤压密封圈，盖板厚度2mm，底座厚度2mm，密封圈横截面积厚20mm，高40mm，盖板和底座材料为结构钢，密封圈材料为橡胶。

【案例过程】

1）打开ANSYS WORKBENCH打开WORKBENCH建立静力学分析系统，将单位改为Kg，mm，s系列。

2）属性中修改分析类型为2D，右键点击A3并且打开SCDM开始建模，具体建模过程这里省略。

3）双击Engineering Data，并且在材料库的超弹性材料中找到Rubber材料并添加到橡胶模型当中。

4）全部划分为四边形网格，橡胶的网格大小为3mm，盖板和底座的网格为1mm。

5）施加三个接触，分别时盖板对橡胶的A接触，盖板对底座的B接触，橡胶对底座的C接触，接触类型为无摩擦。

6）对底座施加固定约束，对盖板施加向下的15mm移动的位移约束，对橡胶左侧变施加X方向位移为0的约束。

7）右键Static Structure--insert--Nonlinear Adaptive Region插入网格非线性自适应工具。

8）几何选择橡胶密封圈，选择Energy based准则，选择Equally Spaced Points并且设置为3次，时间范围为整个载荷步范围。

9）在分析设置中，子步最小值为50，最大值为100，并且在非线性自适应网格重划分控制中选择网格分割方法。

10）在求解结果出插入位移和等效应力选项。然后求解。

【求解结果】

1）从分析可知经过179步得出结果，橘黄色的线代表进行了三次网格重划分。

2）从位移云图中可知，最大位移为16.616mm，可以明显看出网格细化过程。

3）从应力云图中可知最大应力为0.05326Mpa，最大应力在橡胶密封圈与底板拐角接触地方和压板接触的中间位置，并且可以明显看出网格细化过程。

【问题讨论】

假如不使用网格非线性自适应，结果如何？

1）从下图中抑制Nonlinear Adaptive Region并且求解，经过240步求解失败，从提示中可以看出由于约束的原因，非线性问题求解不收敛。

2）在0.78秒时刻求解已经失败，下图为求解失败的位移和应力云图。

【总结】

1）网格非线性自适应非常适合大变形或大扭曲导致不收敛问题的解决。

2）可以增加仿真结果的精度。

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