ABAQUS+ALE自适应网格技术

/ABAQUSALE自适应网格技术为了方便理解.先整体介绍一下ALE网格自适应方法的基本过程.一个完整的ALE过程可以分为若干个网格remesh子过程.而每一次remesh的过程可以分为两步：1生成一个新的网格〔createanewmesh.利用各种算法以及控制策略生成一个良好的网格.主要包括划分的频率和算法。2环境变量的转换〔advectionvariales.也就是将旧网格中的变量信息利用remapping技术转换到新网格中.也有不同算法.其中包括静变量〔应力场.应变场等的转换与动变量〔速度场.加速度场等的转换。上面的两步在软件设置上面.可认为是对网格划分区域的控制〔ALEAdaptiveMeshDomain和算法的控制〔ALEAdaptiveMeshControls。1ALE区域的控制〔1几何区域选择〔set※NoALEadaptivemeshdomainforthisstep该分析步没有使用ALE技术。※UsetheALEadaptivemeshdomainbelow将以下区域定义为ALE区域。〔2ALEAdaptiveMeshControls自适应技术控制选项.后面介绍〔3Frequency频率控制.主要是对整个steptime中网格remesh的次数进行控制。Remesh次数n可以由n=Incrementnumber/Frequency来表达其意义.当frequency的值为i时.表示每i个增量步进行一次remesh。一个典型的ALE过程.在每5-100个增量步就需要一次remesh.对于拉格朗日问题.改参数默认值为10.若变形实在太大.可适当调高.以增加网格重画的强度.对于爆炸.碰撞等变形时间极短的问题求解.则在每一个增量步都需要一次remesh.这时Frequency的值需要设置得很小.比如设为1.当然.adaptiveremesh过程的强度也很高.也会很废时。对于其他变形不是很剧烈的问题求解.该参数值可以适当调高。对于欧拉问题.默认值为1。图1Frequency的设置〔4Remeshingsweepsperincrement一个频率下的迭代次数.当该参数的值为n时.每一个remesh过程将对网格进行n次sweep.其实这个参数可以理解为对整个adaptiveremesh过程的每一个子过程〔remesh过程的强度进行控制。那么.我们先来理解一下sweep的概念.每sweep一次.abaqus将利用我们设置好的算法〔体积算法.拉普拉斯算法或等位算法生成一套新的网格.但这个网格不一定是符合要求的.因此.需要在生成的新网格的基础上用同样的方式再进行sweep.就像我们求解方程时迭代的概念是一样的。就这样一直sweep下去直到sweep的次数达到meshsweeps参数的值.这样就完成了一个remesh过程中的新网格的生成。同样.meshsweeps参数的值越高.adaptiveremesh过程强度越高.网格优化的状况良好的机率也就越大。图2Remeshingsweepsperincrement的设置〔5Initialremeshingsweeps也就是ALE过程开始之前对网格的一个优化.概念与meshsweeps类似.因为我们有可能利用已经变形的很厉害的网格进行分析.这时.在分析开始之前.就需要对网格进行重画。图3Initialremeshingsweeps的设置2ALE过程的控制算法控制包括两部分；一为网格算法控制；其二为变量转换算法控制。〔1Priority也就是指网格梯度控制〔是否保持初始网格梯度.若需要保持初始网格梯度.则对网格的质量将会有影响。Improveaspectratio在计算过程中将考虑到网格单元高宽比的改善.不考虑对初始网格梯度的保持。Preserveinitialmeshgrading在计算过程中保证初始的网格梯度.但不会考虑到网格宽高比的改善。图4Priority的设置界面〔2smoothingalgorithm※Useenhancedalgorithmbasedonevolvingelementgeometry主要是在几何学的方面对我们定义的网格sweep算法〔前面提到的三种算法进行增强.目的是为了保证adaptiveremesh过程的健壮性.为推荐选项.选它就行了※conventionalsmoothing利用我们定义好的算法进行计算.无几何增强。图5smoothingalgorithm的界面控制〔3MeshingPredictor也就是网格节点位置控制〔理想的网格节点位置控制.将会减少需要的网格sweeps次数.减少资源浪费。Currentdeformedposition对于拉格朗日问题选择Positionfrompreviousadaptivemeshincrement对于欧拉问题选择图6Meshingpredictor的界面控制〔4Curvaturerefinement也就是曲率较大的曲线曲面边界的网格密度控制.默认为1.该值越大.则圆角区的网格密度也就会越大.比较简单。图7Curvaturerefinement的界面控制〔5Weights在ABAQUS中是如何生成新网格的呢？即使用网格扫掠技术〔meshsweeptechnique.每sweep一次.生成一套新的网格。但是当你使用的算法不同时.sweep出来的网格也是不同的。在ABAQUS显示模块中.sweep算法用英语来说就是meshsmoothingmethod,有三种算法来sweep网格.如下所示；体积算法〔volumesmoothing该算法十分健壮.为默认算法.再绝大多数情况下适用拉普拉斯算法〔laplaciansmoothing耗费资源最少的算法.能力一般.作用与体积算法类似〔一阶算法.类似于求平均值.对于曲率比较高的曲线曲面边界时.效果不是很理想。等位算法〔equipotentialsmoothing比较复杂的算法.是基于拉普拉斯算法的解之上的算法.对曲率较大的曲线曲面边界效果较好.在节点被非结构化网格包围时.次算法为推荐算法.若节点被结构化网格包围.其效果与体积算法类似。三种算法可以结合适用.利用权重值来定义.需要记住的是.三种算法各占的权值加起来必须等于1。图8Remesh网格重画的算法控制〔6BoundaryRegionSmoothing边界区域平滑主要包括以下几个参数设置：※initialfeatureangle即初始检测角度的设置<0≤θI≤180>.当两个相邻的面的法向量大于该角度值的时候.这两个相邻面形成的corner将被检测出来.在sweep时.网格不允许通过这个corner。小于的话就说明.该corner足够圆滑.网格可以通过.当然.该corner应该是具有活性的.对corner活性的控制由下面一个参数<Transitionfeatureangle>控制,否则也不会被考虑。※Transitionfeatureangle控制被检测出的corner<0≤θT≤180>是活性的.如果被检测处的corner的两面法线夹角大于该值则该corner,在ale过程中是会被考虑的.否则就不会考虑。※Meshconstraintangle控制分析过程的一个角度参数<5≤θC≤85>.一般大于45度.设为默认值就可以.在分析过程中.当网格内某一个角度大于该参数值时.分析终止.文档有详细介绍。图9BoundaryRegionSmoothing的设置〔7Advection在ABAQUS中是如何将旧网格中的环境变量转换到新网格中的呢？即使用remapping技术.对于静变量〔应力场.应变场.位移场等的转换〔advection.有两种算法即为一阶算法〔firstorder与〔secondorder算法.secondorder算法适用于所有问题.为推荐算法.一阶算法比