网格自适应技术前沿探索:提升仿真精度的关键

在做仿真时,有很多次会遇到一种Error(如下图),尤其是在做非线性大应变分析(橡胶),但是很多人对于这种问题往往不知道如何下手解决,因此笔者做了一个案例,当做抛砖引玉的引子吧。

网格自适应技术!的图1

从这个错误的字面解释来看,无非就是某个单元由于变形过大,导致网格损坏,从这个Error中已经给出了相应的解决方案:增加子步的数量(减少步长)(使Load缓慢加载也就是增加子步数量)、提高网格的质量、考虑一下材料、接触等等。但是有时候我们按照提示修改了之后发现并不起作用,因此笔者通过一个橡胶压缩的案例(参考Help中的Nonliear Adaptive Region案例)。



案例一:未使用U-P与自适应网格技术


1.建立模型

网格自适应技术!的图2

注意:将上面的压头设置为刚体(Rigid),来减少计算量。


2.设置正方体材料为橡胶本构

网格自适应技术!的图3

注意:此参数来源于《ANSYS Workbench有限元分析实例详解(静力学)》周炬、苏金英著



3.设置接触

网格自适应技术!的图4



4.网格划分

网格自适应技术!的图5

注意:网格划分采用系统默认,由于后续将要使用自适应网格技术(Nonlinear Adaptive Region),对于3D模型来说,自适应并不支持六面体网格,因此使用四面体网格控制技术。



5.边界条件

网格自适应技术!的图6

注意:压头的上表面施加远端位移(Remote Displacement)向下移动8mm,其他5个自由度均设置为0(对于刚体施加位移也可以通过joint中的移动副),正方形底面设置固定约束(Fixed Support),正方形两侧面设置无摩擦约束(Frictionless Support),目的是为了约束正方体在被压缩的时候,两侧面不发生向外变形。如果不理解无摩擦变形,很简单通俗的解释就是所施加的面在法向不分离,切向可滑移。

   


6.分析设置

网格自适应技术!的图7

注意:子步的设置之前的几篇文章就已经讲过,子步可以设置大,但不能无限大,本例最大设置为10000,读者可以通过使用不同的Max Substep对比一下对收敛情况的影响。对于超弹性本构必须打开大变形开关,否则无法计算。



7.求解

网格自适应技术!的图8


注意:求解至0.57484s时候,出现不收敛情况,也可以考虑打开重启动,打开方式如下图所示,然后当不收敛情况出现时,在分析设置中选择要重启的子步,然后打开稳定性开关,设置如图所示,点击Solve继续求解,一般情况下,重启动对收敛帮助很大,但是遇到较强的非线性,重启动有时也作用不大。

网格自适应技术!的图9

网格自适应技术!的图10



注意:重启点需要往前移几个子步,比如在第83个子步处不收敛了,重启点不能设置在从子步83处重启,必须设置为83的前移数字,比如80、78等等,否则也无法收敛。

网格自适应技术!的图11

注意:当使用重启动功能时,再次点击Solve,软件会根据设定的重启点开始接着上回的计算继续,这不仅是节约时间的办法,也是帮助收敛的功能之一。



8.查看不收敛前的变形情况

网格自适应技术!的图12

此上案例是设定橡胶参数,通过压头下压来使得正方体变形,但是由于大变形问题,因此存在不收敛问题,计算至0.57484s,计算自动终止。



案例二:通过调用U-P(杂交单元)解决橡胶的大应变问题

由于橡胶表现为不可压缩性,泊松比近似为0.5,易发生体积自锁,因此需要使用U-P单元技术来解除体积自锁。

在正方体的Body下插入一条command:Keyopt,matid,6,1代表的是打开U-P杂交单元选项。

网格自适应技术!的图13

注意:本例与上一个案例唯一不同点就是打开了U-P杂交单元,其余分析设置、接触、材料与边界条件完全一致。


1.求解

网格自适应技术!的图14

网格自适应技术!的图15



从图中可以看出,当使用U-P杂交单元技术时,求解至0.72917s不收敛,相比于不使用U-P单技术更容易收敛,针对体积自锁(读者自行百度),如果不使用U-P杂交的话,只有较小的位移才能收敛,如果定义了U-P杂交单元仍然不能收敛,可以在求解栏插入一条Command:Solc,,,,vtol  !vtol为体积容差值,与U-P单元对应使用,其取值范围是0≤vtol≤1,默认为1e-5,推荐为1e-5≤vtol≤1e-2。

网格自适应技术!的图16


案例三:通过调用U-P(杂交单元)+Nonlinear Adaptive Region解决橡胶大变形

两个案例对于橡胶问题还是收敛不了,因此在16.0的版本增加了新功能,自适应网格,这个技术对于解决网格损坏很有帮助,并且能提高计算精度,但是局限性也很多,其中主要分为三种准则:energy、box、mesh,这三种对于2D、3D的分析时,名称似乎不太一致,也有position。

与案例二一样,插入了U-P杂交单元,然后再插入了Nonlinear Adaptive Region,如下图所示:

网格自适应技术!的图17

注意:这个功能为16.0以后的新功能,因此15.0之前只能进行Rezone的网格,这项功能可以在help中查看,笔者未研究过,记得大概是通过插入命令流,然后定义网格重新分区的参数。



Mesh Nonlinear Adaptivity的计算原理如下图所示:

网格自适应技术!的图18



1.设置自适应网格参数

网格自适应技术!的图19

注意:Skewness指的是倾斜度,范围0<Skewness<1,0为最好,1为最差,当倾斜度超过0.9的时候,就是激活网格自适应选项进行Remesh,Check At可以设置为奇异复发率与等距点,读者可以自行尝试设置。


2.求解

网格自适应技术!的图20

网格自适应技术!的图21

结论:求解完成,通过了8次Remesh,进行网格调整,最终有效避免了网格损坏的问题,为以后非线性大变形提供了解决思路。


Remesh的Gif:

网格自适应技术!的图22


免责声明:本文系网络转载或改编,未找到原创作者,版权归原作者所有。如涉及版权,请联系删

QR Code
微信扫一扫,欢迎咨询~

联系我们
武汉格发信息技术有限公司
湖北省武汉市经开区科技园西路6号103孵化器
电话:155-2731-8020 座机:027-59821821
邮件:tanzw@gofarlic.com
Copyright © 2023 Gofarsoft Co.,Ltd. 保留所有权利
遇到许可问题?该如何解决!?
评估许可证实际采购量? 
不清楚软件许可证使用数据? 
收到软件厂商律师函!?  
想要少购买点许可证,节省费用? 
收到软件厂商侵权通告!?  
有正版license,但许可证不够用,需要新购? 
联系方式 155-2731-8020
预留信息,一起解决您的问题
* 姓名:
* 手机:

* 公司名称:

姓名不为空

手机不正确

公司不为空