有限元四面体及六面体单元
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ANSYSWorkbenchMesh网格划分(自己总结)Workbench Mesh网格划分分析步骤网格划分工具平台就是为ANSYS软件的不同物理场和求解器提供相应的网格文件,Workbench中集成了很多网格划分软件/应用程序,有ICEM CFD,TGrid,CFX,GAMBIT,ANSYS Prep/Post等。
网格文件有两类:①有限元分析的结构网格:结构动力学分析,电磁场仿真,显示动力学分析;②计算流体力学分析的网格:用于ANSYS CFX,ANSYS FLUENT,Polyflow;这两类网格的具体要求如下:结构网格:①细化网格来捕捉关心部位的梯度,例如温度、应变能、应力能、位移等;②大部分可划分为四面体网格,但六面体单元仍然是首选;③有些显示有限元求解器需要六面体网格;④结构网格的四面体单元通常是二阶的;CFD网格:①细化网格来捕捉关心的梯度,例如速度、压力、温度等;②于是流体分析,网格的质量和平滑度对结果的精确度至关重要,这导致较大的网格数量,经常数百万的单元;③大部分可划分为四面体网格,但六面体单元仍然是首选,流体分析中,同样的求解精度,六面体节点数少于四面体网格的一半。
④CFD网格的四面体单元通常是一阶的一般而言,针对不同分析类型有不同的网格划分要求:①结构分析:使用高阶单元划分较为粗糙的网格;②CFD:好的,平滑过渡的网格,边界层转化;③显示动力学分析:需要均匀尺寸的网格;物理选项实体单元默认中结点关联中心缺省值Coarse Coarse Medium Coarse 平滑度过渡 Mechanical CFD Electromagnetic Explicit Kept Dropped Kept Dropped Medium Medium Medium Fine Fast Slow Fast Slow 注:上面的几项分别对应Advanced中的Element Midside Nodes,以及Sizeing中的Relevance Center,Smoothing,Transition。
百度文库- 让每个人平等地提升自我第1章有限元分析方法及NX Nastran的由来有限元分析方法介绍计算机软硬件技术的迅猛发展,给工程分析、科学研究以至人类社会带来急剧的革命性变化,数值模拟即为这一技术革命在工程分析、设计和科学研究中的具体表现。
数值模拟技术通过汲取当今计算数学、力学、计算机图形学和计算机硬件发展的最新成果,根据不同行业的需求,不断扩充、更新和完善。
有限单元法的形成近三十年来,计算机计算能力的飞速提高和数值计算技术的长足进步,诞生了商业化的有限元数值分析软件,并发展成为一门专门的学科——计算机辅助工程CAE(Computer Aided Engineering)。
这些商品化的CAE软件具有越来越人性化的操作界面和易用性,使得这一工具的使用者由学校或研究所的专业人员逐步扩展到企业的产品设计人员或分析人员,CAE在各个工业领域的应用也得到不断普及并逐步向纵深发展,CAE工程仿真在工业设计中的作用变得日益重要。
许多行业中已经将CAE分析方法和计算要求设置在产品研发流程中,作为产品上市前必不可少的环节。
CAE仿真在产品开发、研制与设计及科学研究中已显示出明显的优越性:❑CAE仿真可有效缩短新产品的开发研究周期。
❑虚拟样机的引入减少了实物样机的试验次数。
❑大幅度地降低产品研发成本。
❑在精确的分析结果指导下制造出高质量的产品。
❑能够快速对设计变更作出反应。
❑能充分和CAD模型相结合并对不同类型的问题进行分析。
❑能够精确预测出产品的性能。
❑增加产品和工程的可靠性。
❑采用优化设计,降低材料的消耗或成本。
❑在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题。
❑模拟各种试验方案,减少试验时间和经费。
❑进行机械事故分析,查找事故原因。
当前流行的商业化CAE软件有很多种,国际上早在20世纪50年代末、60年代初就投入大量的人力和物力开发具有强大功能的有限元分析程序。
其中最为著名的是由美国国1百度文库 - 让每个人平等地提升自我2家宇航局(NASA )在1965年委托美国计算科学公司和贝尔航空系统公司开发的Nastran 有限元分析系统。
Preference :Structural 结构分析Thermal 热分析Fluid 流场分析Electromagnetic 电磁场分析Preprocessor 前处理器Element type 单元类型Structural Mass 结构质量Link 杆Beam 梁Pipe 管道Solid 实体Quad 4 node 4 节点四边形单元Quad 8 node 8 节点四边形单元Brick 8 node 8 节点六面体单元Brick 20 node 20 节点六面体单元Tet 4 node 4 节点四面体单元Tet 10 node 10 节点四面体单元Shell 板壳Contact 接触Option 选择Full integration 完全积分Reduced integration 减缩积分Plane stress 平面应力Plane strain 平面应变Axisymmetric 轴对称Plane strs w/thk 平面应力(输入厚度)Real constant 实常数Thickness 厚度Beam 梁Cross-sectional area 横截面积Area moment of inertia 截面惯性矩Torsional moment of inertia 截面极惯性矩Beam height 梁高Material Props 材料特性Material model 材料模型Structural 结构Linear 线性Elastic 弹性Isotropic 各向同性EX 弹性模量PRXY 泊松比Orthotropic 各向正交Anisotropic 各向异性NonlinearDensity 密度(质量)Thermal expansion 热膨胀系数Damping 阻尼Friction coefficient 摩擦系数Thermal 传热CFD 计算流体动力学Electromagneties 电磁学Acoustics 声学Fluid 流体Section 截面Beam 梁Modeling 建模Create 创造Keypoint 关键点(几何)On Working Plane 在工作平面上On Active CS 在激活的坐标系上Hard point 硬点Line 线Straight Line 直线Arc 弧Through 3 KPs 通过3 点By End KPs & Rad 由端点和半径By Cent & Radius 由圆心和半径Full Circle 整圆Spline 样条Spline thru Locs 由点的坐标建立样条曲线Spline thru KPs 由关键点的坐标建立样条曲线Fillet 倒角Area 面,面积Triangle 三角形Square 矩形Pentagon 五边形Hexagon 六边形Heptagon 七角形Octagon 八角形Corner 角Center 中心Dimension 尺寸,维数Annulus 环状Arbitrary 任意Through KPs 通过关键点生成面By Lines 由线生成面Rectangle 四边形By 2 Corners 由2 个角点生成面By Centr & Cornr 由中心和角点生成面By Dimensions 由尺寸生成面Circle 圆面Solid Circle 实体圆面Annulus 圆环面Partial Annulus 部分环面By End Points 由端点生成圆面Polygon 多边形Volume 体Block 块体Cylinder 圆柱体Hollow 空心圆柱体Solid 固体,实体Prism 三棱体Sphere 球体Cone 圆锥体Node 节点Fill between Nds 在两个节点中填充节点Element 单元Attribute 特性Boolean 布尔运算Intersect 相交Add 加Subtract 减Divide 切分Glue 粘接Overlap 搭接Partition 分割Meshing 分网(离散化)Quadrilateral 四边形Triangle 三角形Hexahedral 六面体Tetrahedral 四面体Sweep 扫略Mapped 映射Surface load 表面力Body load 体积力Reaction 反力Force/ Moment 力/力矩Torque 扭矩Shear 剪力Pressure 压力Temperature 温度Inertia 惯性Angular velocity 角速度Angular acceleration 角加速度Gravity 重力Displacement 位移Constraint 约束Boundary condition 边界条件Symmetry B.C. 对称边界条件Antisymmetry B.C. 反对称边界条件Deflection 变形Coordinate System 坐标系Global 整体坐标系Local 局部坐标系Cartesian 笛卡尔(直角)坐标系Cylindrical 柱坐标系Spherical 球坐标系Element 单元坐标系Nodal 节点坐标系Active Cs 激活坐标系Select 选择Entity 实体List 列表Plot 绘图Plot control 绘图控制Work plane 工作平面Parameter 参数Resume 开始DB 数据库Elastic 弹性Plastic 塑性Linear 线性Nonlinear 非线性Contact 接触Delete 删除Couple 耦合Couple DOFS 耦合自由度Coincident node 重合节点Constraint equation 约束方程Solution 求解Static 静力学分析Modal 模态分析Harmonic 谐响应分析Transient 瞬态动力学分析Spectrum 谱分析Buckling 屈曲分析(稳定性分析)Postprocessor 后处理器Deformed shape 变形Contour plot 等高绘图DOF solution 自由度解Component 分量X-component ofdisplacement X 方向位移Displacement vector sum 位移矢量和Stress 应力X-component of stress X 方向正应力XY shear stress XY 剪应力Principal stress 主应力Stress intensity 应力强度Von Mises stress Mises 等效应力(基于第四强度理论)Bending stress 弯曲应力Axial direct stress 轴向应力Strain 应变Initial strain 初应变Frequency 频率。
一、网格设计而非划分在进行数值模拟计算(包括FEA、CFD等)中,网格的质量对分析计算的结果有至关重要的影响。
高质量的网格是高精度分析结果的保证,而质量不好或者差的网格,则可能会导致计算的无法完成或者得到无意义的结果。
划分网格是需要认真考虑的,它内部的计算方程需要设计出好的网格,计算才能更准确。
在一个完整的分析计算过程中,与网格设计和修改相关的前处理工作占到了CAE工程师工作量的70-80%,CAE工程师往往要花费大量的时间来进行网格处理,真正用于分析计算的时间很少,所以主要的瓶颈在于如何快速准备好高质量的满足分析计算要求的网格。
该项工作对技术人员的技术经验和背景有相当高的要求。
具体的说,就是要求前处理工程师能够根据CAE工程师提出的分析要求“设计”出能满足CAE工程师分析要求的合适的网格,然后提交给CAE工程师进行分析计算。
之所以是网格“设计”而不是网格“划分”,说明了要设计出能够满足分析计算要求的高质量的网格,并不是一件容易的事情,要完成这项工作需要很多方面的知识和技术要求。
针对一个具体的分析计算要求,要获得一个满足该分析计算的高质量网格,需要从以下几个方面进行综合考虑:1.分析计算的目的(定性还是定量?)。
2.分析计算的类型,如强度分析、刚度分析、耐久性分析、NVH分析、碰撞分析、CFD分析、热流分析、动力学响应分析等。
(不同的分析类型对网格的质量和形状有不同的要求。
)3.分析计算的时间要求。
(要求时间的紧迫与否也决定了采用何种网格形式)4.分析计算所采用的求解器。
(不同的求解器对不同的分析问题有特定的网格形式和要求)5.分析计算可能应用的单元类型。
(所应用的求解器可以采用的单元类型,也会决定网格的质量与形状要求)6. 尽可能采用最好的网格类型。
(对于面,尽可能采用四边形网格;对于体,尽可能采用六面体单元)由此可见,满足计算分析要求的高质量的网格是由前处理工程师精心“设计”出来的,而不是随随便便“划分”出来的。
电磁场有限元方法
电磁场有限元方法(finite element Method,FEM)是电磁场分析和设计中一种新兴的解析方法,它将电磁场问题看作是一个数学方程组,然后用”有限元”的数值求解方法进行求解。
可以简单的理解电磁有限元方法的原理就是,先将物理场先用几何拼装的对象表示,用有限个节点(Node)和有限个单元(Element)来组合起来,并对每一个单元内的所有量(如场、势等)的作量线性拟合,这样就将复杂的电磁场问题拆分成几何元素相互连接在一起的小片状,甚至可以定义为0维,1维,2维,3维电磁场问题,可以作出相应的对应有限元元素,比如三维空间就有单元四面体和单元六面体,这样子就可以将这些有限元元素拼成一个完整的电磁场,并且在每个单元内使用坐标系,用均匀格点的方法将微分方程数值插值,以达到计算的目的。
因此求解此式的核心就是有限元的概念,它的基本思想就是对一个复杂的模型分割成若干小几何实体,在这些小几何实体上需要求解的量的取值用某种连续的样条函数的插值来表示,给定一族几何实体上的及其边界条件,可以求出各个点上的量的值。
汽车工程系湖北汽车工业学院HUBEI UNIVERSITY OF AUTOMOTIVE TECHNOLOGY毕业设计英文翻译译文题目有限元中四面体单元与六面体单元比较班号T743-4 学号28 姓名陈柯译文字数专业车辆工程指导教师郝琪正文如今,有限元法已不仅仅被少数专业人士单纯的应用于机械行业,它已经成为一种面向虚拟产品开发的标准数值分析手段并能被没有很专业的有限元知识的初级产品设计着大量应用。
伴随着硬件平台及有限元软件的快速发展,有限元法已不局限于解决简单的问题。
如今的有限元模型通常都是很复杂的,使用六面体单元并不经济可行。
经验表明,大部分经济且行之有效的分析是通过二次四面体完成的。
正因如此,一复杂模型自由度会急剧增加至数以百万计。
通常情况下,迭代当成求解器用于线性方程组的的解算,图1展示了典型的四面体和六面体网状模型借助于现代化的有限元工具,得到分析结果并不困难,,然而,正确的结果只是进行相关分析的基石,精确的数值分析结果非常依赖单元质量本身。
如今并不存在一个通用的准则去决定如何选取单元类型,但还是有一些基于经验的原则贡我们参考,这有助于我们避免分析错误并检查结果的有效性这篇文章中我们比较了一些基于有限元四面体划分与六面体划分的分析及实验结果。
我们也同样对给基于四面体和六面体的复杂有限元模型的线性分析,非线性分析,动力分析结果做了比较图1:典型四面体及六面体模型1:四面体及六面体分析结果比较让我们来看一个用弯曲理论分析的纯弯曲问题,我们将计算结果和用线性六面体单元进行有限员计算的结果比较(位移和应力)。
图2 梁弯曲问题:梁顶部端点理论分析与计算结果图3 梁弯曲问题:梁应力分布的理论分析与数值分析结果如图2及图3所示:没有应变修正的线性六面体单元有限元模型求的得一个错误的应力分布,这种作物并不能通过改变单元数目来修正。
这种现象叫做剪切自锁。
图4 弯曲单元中使用应变修正函数与不使用应变修正函数单元示意图4(a)展示了纯弯曲载荷下正确的,期望得到的变形配置。