Многие программы, основанные на методе конечных элементов, могут получить существенные преимущества благодаря такой полезной возможности, как перестроение сетки в процессе решения. Этот инструмент позволяет решать довольно сложные задачи, связанные с глубоким пластическим деформированием тел. В отличие инструмента Manual Rezoning, который был доступен в ANSYS ранее, перестроение сетки в нелинейных расчётах (Mesh Nonlinear Adaptivity) является полностью автоматической процедурой и не требует ввода данных пользователем в процессе расчета.
Для включения перестроения сетки в модуле Workbench-Mechanical необходимо:
- вставить инструмент «Nonlinear Adaptive Region» в дерево построений в области задания граничных условий (Environment);
- задать геометрию, в рамках которой будет перестраиваться сетка;
- задать критерий запуска процесса перестроения сетки;
- задать частоту проверки критерия и диапазон времени, в рамках которого перестроение будет активно.
Запуск перестроения сетки также доступен в рамках интерфейса Mechanical APDL при помощи команд NLADAPTIVE и NLMESH.
Для эффективного использования Mesh Nonlinear Adaptivity необходимо хорошо представлять себе физический смысл и ограничения в применении критерия, в соответствии с которым запускается процесс перестроения сетки в ходе расчета.
Рассмотрим три критерия, доступных в ANSYS Workbench Mechanical:
Энергия деформирования (Energy): Исходный конечный элемент разбивается на более мелкие в том случае, когда в течение определённого временного промежутка (либо на одном временном интервале решения – substep) его энергия деформирования больше или равна средней энергии деформирования для элементов в теле, которому принадлежит рассматриваемый конечный элемент. Использование данного критерия обеспечивает оптимизацию сетки в зонах с повышенной концентрацией напряжений и большим размером элементов. Применяется для двумерных элементов и трехмерных элементов тетраэдрической формы первого порядка (SOLID285).
Заданная область (Box): Элемент подвергается разбиению, если его узлы попадают в пределы указанной пользователем области. Этот критерий удобно использовать для оптимизации сетки в зонах, где сложно предугадать, какие элементы исходной сетки попадут в эту зону в процессе деформирования. Пример такой области – небольшая проточка, заполняемая при сжатии уплотнительной прокладки. Как и предыдущий критерий, данный критерий применим для двумерных элементов и трехмерных элементов тетраэдрической формы первого порядка (SOLID285).
Коэффициент асимметрии (Skewness): В рамках этого критерия проверяется качество сетки путём сопоставления объемов рассматриваемого элемента и элемента в форме правильного тетраэдра, который вписывается в сферу такого же радиуса, что и рассматриваемый элемент. Численное значение коэффициента асимметрии соответствует отношению разницы в объемах к объему элемента в форме правильного тетраэдра. Для элемента идеальной формы коэффициент асимметрии стремится к нулю, поскольку объемы рассматриваемого элемента и правильного тетраэдра практически равны. Для элемента плохой формы коэффициент асимметрии стремится к единице, поскольку объем рассматриваемого элемента практически равен нулю. Этот критерий применим только для трехмерных элементов тетраэдрической формы первого порядка (SOLID285).
Изменение сетки происходит при наступлении условий, соответствующих выбранному критерию. Перестроение сетки производится либо путем дробления исходных элементов на более мелкие с последующей корректировкой их формы, либо путём построения полностью новой сетки в указанной зоне. Дробление существующей сетки применяется с критериями Energy и Box, при этом новые элементы имеют размеры в два раза меньше размеров исходных элементов. Построение новой сетки применяется при использовании критерия Skewness. В этом случае все элементы в выбранной области заменяются новой сеткой лучшего качества. Данные о качестве сетки отражаются в текстовом выводе решателя (Solver output) для каждого перестроения сетки, так что можно сопоставлять качество сетки на различных этапах расчёта.
Процедура обработки результатов не отличается от обычного расчёта с несколькими наборами результатов. Все результаты автоматически сохраняются в файле «jobname.rst», находящемся в рабочей папке проекта.
Следует помнить, что использование перестроения сетки способом дробления элементов не позволяет улучшить качество существенно искажённых элементов. Боле того, в некоторых случаях дробление сетки может даже усугубить степень искажения элементов. Большинство моделей материалов с нелинейной диаграммой деформирования, особенно модели нелинейно-упругих материалов, имеют свои границы применимости. В случае, когда напряженное состояние выходит за эти границы, либо имеют место слишком большие деформации, могут возникнуть неустойчивость в поведении материала и сильные искажения сетки. В таком случае перестроение сетки также ничем не поможет.
Источник: http://www.ansys-blog.com/what-is-mesh-nonlinear-adaptivity/
Автор: John Doyle
