有限元網格劃分的基本原則

 

劃分網格是建立有限元模型的一個重要環節,它要求考慮的問題較多,需要的工作量較大,所劃分的網格形式對計算精度和計算規模將產生直接影響。爲建立正確、合理的有限元模型,這裏介紹劃分網格時應考慮的一些基本原則。

1
網格數量

網格數量的多少將影響計算結果的精度和計算規模的大小。一般來講,網格數量增加,計算精度會有所提高,但同時計算規模也會增加,所以在確定網格數量時應權衡兩個因數綜合考慮。
1中的曲線1表示結構中的位移隨網格數量收斂的一般曲線,曲線2代表計算時間隨網格數量的變化。可以看出,網格較少時增加網格數量可以使計算精度明顯提高,而計算時間不會有大的增加。當網格數量增加到一定程度後,再繼續增加網格時精度提高甚微,而計算時間卻有大幅度增加。所以應注意增加網格的經濟性。實際應用時可以比較兩種網格劃分的計算結果,如果兩次計算結果相差較大,可以繼續增加網格,相反則停止計算。

1位移精度和計算時間隨網格數量的變化

在決定網格數量時應考慮分析數據的類型。在靜力分析時,如果僅僅是計算結構的變形,網格數量可以少一些。如果需要計算應力,則在精度要求相同的情況下應取相對較多的網格。同樣在響應計算中,計算應力響應所取的網格數應比計算位移響應多。在計算結構固有動力特性時,若僅僅是計算少數低階模態,可以選擇較少的網格,如果計算的模態階次較高,則應選擇較多的網格。在熱分析中,結構內部的溫度梯度不大,不需要大量的內部單元,這時可劃分較少的網格。

2
網格疏密

網格疏密是指在結構不同部位採用大小不同的網格,這是爲了適應計算數據的分佈特點。在計算數據變化梯度較大的部位(如應力集中處),爲了較好地反映數據變化規律,需要採用比較密集的網格。而在計算數據變化梯度較小的部位,爲減小模型規模,則應劃分相對稀疏的網格。這樣,整個結構便表現出疏密不同的網格劃分形式。
2是中心帶圓孔方板的四分之一模型,其網格反映了疏密不同的劃分原則。小圓孔附近存在應力集中,採用了比較密的網格。板的四周應力梯度較小,網格分得較稀。其中圖b中網格疏密相差更大,它比圖a中的網格少48個,但計算出的孔緣最大應力相差1%,而計算時間卻減小了36%。由此可見,採用疏密不同的網格劃分,既可以保持相當的計算精度,又可使網格數量減小。因此,網格數量應增加到結構的關鍵部位,在次要部位增加網格是不必要的,也是不經濟的。

原文
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