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Abaqus CAE前处理详解
  • 时间: 2019-12-20
  • 作者: rootfea
  • 文章来源:

一、Abaqus CAE中的网格划分
在CAE行业中众所周知的是网格质量的好坏是决定有限元仿真分析有效性和精确性的关键因素。判定网格质量的参数包含有:单元尺寸、长细比、 畸变角度、雅克比矩阵等等。另外一个需要引起关注的因素是单元拓扑关系,也就是壳单元中的三角形或四边形单元,实体单元中的四面体或六面体单元。每一种单元的拓扑都有其自有的优缺点;例如,在复杂的几何体中四面体单元会比较容易建立,但同时这种单元会导致计算的收敛较慢,相较而言,六面体单元对于计算会有更大优势:收敛快,计算结果准确,节省了计算量和计算时间,但是在复杂几何中建立六面体单元会相对困难,需要花费更多精力。


由于对复杂几何体网格质量的要求的增加,网格划分技术也变得越来越重要,例如现在的汽车行业的仿真分析中,对一些很复杂零件的几何体也会要求其网格是以六面体为主并且要有严格的网格质量要求,以保证计算结果的精确性。因此在工业行业中,像Hypermesh和Ansa等网格处理工具正在被广泛的被有限元工程师使用。然而这类工具最主要的优势是网格的处理的功能,但是当需要建立一些非线性分析的关联输入分析文件时,这些工具的功能并不能满足求解软件的需要,特别是对与复合材料的分析和一些高网格质量要求的复杂几何体的分析。由于以上所说的原因,在航空航天工业中,复合材料模型的仿真分析更加依赖MSC Patran来进行了。但是,近来的工业行业中正在寻求一些可以代替Patran的分析工具,因为Patran软件中导入的CAD模型也会产生模型的不完整,几何特征的丢失等,现在还没有能很好的关联到FE模型的CAD软件,这些软件的网格划分技术也是处于一个较基础的水平。本文将主要介绍Abaqus CAE的网格划分功能。


二、网格划分技术
Abaqus CAE中主要有4种网格划分技术,分别对于实体网格和壳网格。


a.自由划分:这是一种最简单的网格划分方法,一般只需要单击就可以生成网格。它主要可以生成面的四边形或三角形单元,实体的四面体或六面体单元,即使是对于复杂几何。这种方法的缺点是用户很难控制网格的质量,用户只能对网格密度来进行控制。


b.扫略方法:用于生成实体的六面体单元,不需要过多的处理几何。网格划分的算法会自动识别几何的源面跟目标面,在源面上划分出四边形面单元,然后将这些单元通过扫略方式转化为六面体单元并一直扫略到目标表上。最后,初始的面单元会被自动删除。这种方法的缺点是对几何的限制,需要几何存在源面及目标面。


c.结构网格方法:这种方法对需要建立高质量的六面体单元或壳单元很有效。它为用户提供了比扫略方法更好的网格控制途径。它的原理是将复杂的实体切分为更小的六面或八面的实体,这些切分后的实体可以生成规则六面体网格。这些小的实体边界之间的节点会被自动结合来确保网格的连续性。


d.自下而上网格法: 当以上方法都失效时,用户可以选择此方法建立网格。这种方法的思想是分而治之。在某种程度上,它类似于扫描网格划分,但删除了基础几何限制。


三、颜色区分功能
这个功能是Abaqus CAE中独特的功能。当划分网格时,用户可以看到模型中的几何体都会存在一个预定义的颜色。这些颜色的标识可以帮助用户来判断哪个部分的几何体可以使用哪种网格划分方法进行划分。不同颜色标识的含义如下:


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橙色是最不希望出现的,因为这些区域不能直接生成网格,需要对此区域进行切分。当将此区域合理的进行切分处理后,这些子区域如果可以生成网格,那么这个区域的颜色会自动转变为其他。几何经过处理后,用户可以看到几何存在有绿色,黄色,粉色和桃色的组合标识。划分网格时,用户可以选择分别对单区域进行划分或者可以对整体模型的所有区域一起划分网格。为了避免不同颜色标识区域交接处的单元有不同的单元拓扑关系,划分网格时交接处的单元会自动创建绑定连接,确保单元之间的连续性。


下图是一个例子,其中零件被切分出了可扫略的黄色区域,此区域需要生成规则六面体单元,图中粉色区域则生成了四面体网格。


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四、有效的切分功能
将几何中的橙色区域变为其他颜色标识需要对几何表面或实体的切分。Abaqus中提供了多种切分工具,方便用户对几何体进行所需的切分操作。下面将介绍这些切分工具使用方法:


实体切分:提供了6种工具选项如下


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面切分:有8个操作选项


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五、虚拟拓扑
这个选项可以在切分几何和划分网格之前使用。这是一个修补CAD模型数据的方法。多数情况CAD模型数据中存在有许多网格划分算法并不需要的细节特征。例如一些细小的边线或面。虚拟拓扑提供了合并这些细小边线或面的路径;另外一个选项是将这些细小特征进行抑制,这样网格划分算法会自动忽略它们。


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