Podczas gdy inni wyjaśnili teoretyczne ramy tworzenia siatki, praktyka jest wyraźnie inna i wcale nie jest automatyczna w branżach, w których jakość siatki ma ogromne znaczenie, biorąc pod uwagę, że wyniki analizy elementów skończonych obejmują dużą część procesu opracowywania produktu.
Najpierw zrozumiemy, jak odbywa się tworzenie siatki:
Siatki dla domen strukturalnych są trzech typów: siatki 1D, siatki 2D i siatki 3D w zależności od rodzaju elementów używanych do tworzenia siatki.
Siatka 1D: element liniowy
Siatka 2D: element quad / tria
Siatka 3D: elementy hexa (cegła) / penta / tetra.
Wybór siatki, tj. 1D, 2D lub 3D, zależy przede wszystkim od wymaganej dokładności obliczeniowej, kosztu obliczeniowego (czasu potrzebnego do rozwiązania problemu) i współczynnika kształtu domeny . Najwyższy współczynnik kształtu powinien wynosić więcej niż 10 (ogólnie kciuki), aby pominąć wymiar i wybrać siatkę o niskim wymiarze.
Pozwól mi wyjaśnić.
Domena o wymiarach 100 x 50 x 80 ma wszystkie porównywalne wymiary, a najwyższy współczynnik proporcji to 100/50 = 3. Dlatego elementy 3D zostaną użyte do połączenia siatki tej części.
Domena 100X50X8 ma jeden wymiar pomijalny, a najwyższy współczynnik proporcji to 100/8 = 12. Dlatego zostaną wykorzystane elementy 2D. Część blaszana jest tego doskonałym przykładem.
Domena 100 x 5 x 8 ma dwa wymiary pomijalne, a najwyższy współczynnik proporcji to 100/5 = 20. Dlatego zostaną wykorzystane elementy 1D. Przykładem jest kratownica.
Gdy zdecydujesz, jakiego rodzaju elementów chcesz użyć, jakość elementu pojawia się na zdjęciu. Aby zachować jakość, tworzenie siatki musi być wykonywane ręcznie .
Całe oprogramowanie do tworzenia siatki jest wyposażone w opcję automesh, która działa tylko z częściami, które można zmapować, oraz prostymi powierzchniami / blokami. Większość wyjaśnień w innych odpowiedziach (zwłaszcza @ Wesa) dotyczy tego, co dzieje się w tle, aby automesh działał.
Pomysł polega zatem na podzieleniu domeny na wiele łatek i zautomatyzowaniu ich łatka po łatce i ciągłym zapewnieniu połączenia między łatkami . Zapewnienie łączności jest głównie automatyczne w oparciu o kontrolę opartą na tolerancji. Tworzenie siatki 1D jest łatwiejsze w tych aspektach.
Następną rzeczą jest utrzymanie przepływu i symetrii siatki. Przepływ siatki wskazuje transformację rozmiarów elementów. Gdy musisz reprezentować złożoną operację, rozmiar elementu zmieni się z większego na mniejszy. Nie powinno to nastąpić błyskawicznie i należy zachować stopniową zmianę rozmiaru. Również części symetryczne powinny mieć symetryczną siatkę, aby zachować integralność wyników z MES.
Wszystkie powyższe punkty pomogą w utrzymaniu jakości siatki. Jednak oprogramowanie zazębiające zwykle ma opcję sprawdzania jakości siatki za pomocą kilku parametrów, które można dostosować zgodnie z własnymi wymaganiami. Końcowa kontrola jakości i łączności jest niezbędna, aby zapewnić jakość wyników FEA.
Dobrej jakości oczekujemy od dobrej siatki:
z siatki 1D
- Brak problemu z łącznością węzłów
- Brak zduplikowanych elementów
- Zachowaj minimalną i maksymalną długość
z siatki 2D / 3D
- Kąt wypaczenia mniejszy niż 5 stopni {obliczony przez podzielenie kwadratu na dwie triasy i znalezienie kąta między dwiema płaszczyznami, które tworzą tria}
- Współczynnik kształtu mniejszy niż 5 {dzieląc bok maksymalnej długości elementu przez bok minimalnej długości elementu.}
- Kąt pochylenia większy niż 60 stopni {minimalny kąt między wektorem od każdego węzła do przeciwnej strony środkowej a wektorem między dwoma sąsiadującymi środkowymi bokami w każdym węźle elementu. Podaje się dziewięćdziesiąt stopni minus znaleziony minimalny kąt.}
- Jakobian więcej niż 0,7 {Stosunek jakobski jest miarą odchylenia danego elementu od idealnie ukształtowanego elementu. Jakobska wartość mieści się w zakresie od -1,0 do 1,0, gdzie 1,0 oznacza doskonale ukształtowany element. Idealny kształt elementu zależy od typu elementu.}
- Elementy Tria o kącie od 20 do 120 stopni
- Czterokąty o kącie od 45 do 135 stopni
- Zachowaj minimalną i maksymalną długość
- Łączność elementów
- Mniej niż 10% elementów tria w siatce 2D
- Normalne elementy 2D zorientowane w tym samym kierunku dla poszczególnych części.
- Zwijanie się tet dla elementów tetra {Zdefiniowane jako odległość węzła od przeciwnej ściany podzielona przez powierzchnię twarzy pomnożona przez 1,24}
z całej siatki
- Prawidłowa numeracja węzłów i elementów w zdefiniowanych zakresach
- Minimalne odchylenie od geometrii i odchylenie poparte rozsądnym osądem inżynieryjnym.
- Specjalne połączenia między różnymi typami (1D / 2D / 3D) poprawnie zdefiniowanych elementów.
Jednak wszystkie te parametry jakości mogą się różnić w zależności od rodzaju analizy, wymaganej dokładności, wytycznych firmy i kosztów obliczeniowych.
Dlaczego te rzeczy nie są zautomatyzowane:
Analiza elementów skończonych wymaga poprawnej siatki, aby uzyskać prawidłowe wyniki. Tej poprawności nie można zdefiniować za pomocą kilku parametrów, a nawet wtedy będą one ze sobą sprzeczne.
Ponownie dla różnych rodzajów analiz definicja jakości siatki może być inna.
Nieliniowość materiałowa, geometryczna i kontaktowa jeszcze bardziej komplikuje wymagania, a jednocześnie określa dobrą siatkę.
Jedną z początkowych przeszkód, które zaobserwowałem przy użyciu funkcji automesh, jest nieprawidłowa reprezentacja geometrii w celu utrzymania jakości siatki w innych aspektach. Oba są ważne. Reprezentację geometrii można również uprościć dzięki dobrym osądom inżynieryjnym, co jest trudne do zautomatyzowania, ponieważ różni się w zależności od przypadku.
Na przykład Hypermesh jest bardzo popularnym komercyjnym pakietem siatki od Altair Engineering, który ma aplikację Batchmesher, która wykonuje siatkę za Ciebie. Nie utrzymuje jednak prawidłowych odchyleń geometrii i połączeń między elementami w przypadku skomplikowanych części.
tl; dr:
W ten sposób zazębianie odbywa się profesjonalnie
- Zdecyduj, jakiego rodzaju siatki chcesz użyć
- Wykonaj siatkę części po łatce i zapewnij prawidłowe połączenia
- Utrzymaj przepływ siatki i symetrię
- Wykonuj wszystkie kontrole jakości i zapewniaj jakość
- Zapewnij odpowiednią łączność
- Sprawdź odchyłki geometrii i masę elementu skończonego
- Dostarcz model analitykom, którzy mogą ponownie zmienić siatkę niektórych obszarów w zależności od wymagań analizy.
PS: Jestem nowy na tym forum i jest to jedna z moich pierwszych odpowiedzi, na które włożyłem wiele wysiłku. Byłbym bardzo wdzięczny, jeśli otrzymam informację zwrotną. Mam kilka odpowiedzi Quora na temat tworzenia siatki i MES, w których te punkty wyjaśniono bardziej szczegółowo grafiką. [Praktyczna analiza elementów skończonych]