16非线性网格自适应技术

1、非线性网格自适应技术网格非线性自适应简介网格重分准则能量准则位置准则接触准则网格质量准则生成新网格网格非线性自适应过程案例局限性网格重分的背景知识许多分析计算均需要调整网格，获取收敛解。如下情况可以使用网格重分：大变形、大扭曲模拟获取更加精确的解非线性网格自适应技术可以在求解过程中自动激活。 网格非线性自适应简介支持MAPDL：NLADAPTIVENLMESH支持Workbench GUI界面网格非线性自适应简介执行SOLVE之前，插入Nonlinear Adaptive Region“选择网格重分的区域定义网格重分的准则定义网格重分的频率及时间范围网格非线性自适应简介理解网格重分准则非常重要

2、，ANSYS支持如下重分准则：能量准则位置准则网格质量准则（偏度）接触准则（适用于经典界面） 网格重分准则能量准则:在每个子步，如果单元的应变能大于或等于单元所属组件的平均应变能，此时单元将会重分。在应力梯度大的区域细化网格，可以获取高精度的结果。二维单元和三维线性四面体单元可以使用该技术（SOLID285） 网格重分准则基于位置的准则：在一个子步内，如果一个单元的所有节点在用户定义的区域内，那么单元将会被重分。橡胶密封计算时，小的缝隙里面填充了单元，此时就需要对单元进行重分。二维单元和三维线性四面体单元可以使用该技术（SOLID285）。网格重分准则基于网格质量的重分准则网格质量可以通过网格

3、偏斜度定义: Where Vel计算时采用的网格的体积Vreg 标准四面体线性单元的体积，该四面体和计算所采用的四面体处于同一个内接圆里。理想形状：Skewness = 0 ，Vel = Vreg (标准四面体单元)最差形状：Skewness = 1 ， Vel=0 (平的单元)当网格偏斜度大于等于用户定义的阈值时，程序开始网格重分SOLID285单元才能使用此准则网格重分准则基于接触的准则（ MAPDL only ） : 处于接触状态单元的数量网格重分准则如果接触中的接触单元和目标单元的数量少于定义的值，相对应的单元将被劈分，实体面上的接触单元同时重新生成。如果接触单元远离目标面，将不会发生

4、劈分。这个准则常常用于模拟更加精确的接触面和目标面。通过目标单元来判断重分准则是否执行基于接触的重分准则 : (contd)接触面的磨损(MAPDL only) :在一个子步中，当接触单元的磨损总量超过了用户定义值时，接触区域的网格开始变形重分，提供网格质量。接触面单元才能使用磨损，命令：TB、WEAR接触单元的磨损尺寸和单元的平均厚度的比值用来作为阈值网格重分准则Wear distorting elements at interfaceAdaptive Mesh Morphing improves mesh在劈分过程中，原来的单元边被劈分成二段。生成新的网格当计算的结果达到定义的准则时，网格

5、就开始重分或者变形程序自动创建过渡区域连接重分区域和非重分区域. 对于四面体单元，网格重分过程中的一些新技术可以提高新单元的质量对于二维单元，单元劈分完成后程序才进行网格变形单元劈分与否取决于三个准则：能量准则、位置准则、接触准则WB-Mechanical:在Structural Environment branch插入 Nonlinear Adaptive Region ：选择网格重分的区域定义网格重分的准则定义基于网格重分准则检查的频率和时间范围基于WB的非线性网格自适应设置对于三维结构分析，可以使用下面的准则：能量 (应变能)区域 (位置)网格偏斜度 (网格)对于二维结构分析，可以使用下

6、面的准则：能量 (应变能)区域 (位置)基于WB的非线性网格自适应设置APDL命令如下：NLAD,Criterion *当重分准则为网格偏斜度时，细节窗口中会出现额外的的网格控制设置：可参考NLMESH命令基于WB的非线性网格自适应设置可以在某个时间段激活非线性网格自适应也可以在某个时间段抑制它* APDL命令：NLAD,ON ,1基于WB的非线性网格自适应设置*求解过程，程序会生成一个表格，这个表格展示了重分网格的一些信息。基于WB的非线性网格自适应设置定义自定义结果（PNUMELEM函数）查看新单元和原始单元数目变化基于WB的非线性网格自适应设置所有结果都存储在工作目录下的jobname.

7、rst文件基于WB的非线性网格自适应设置每次网格改变，其信息均被存储在单独的文件里面。与能量、位置、接触准则相关的信息，其二进制文件扩展名为rdxx.与网格质量准则相关的的信息，记录在ASCII CDB文件中*000 x.cdb 此种文件包含所有网格信息*000 x_gmx.cdb 此种文件只包含新网格信息对于每次网格的改变，前次网格和新网格的网格质量矩阵比较被记录在求解输出中基于WB的非线性网格自适应设置第一列代表前次的网格第二列代表更新的网格一般而言，更新的网格的skewness和Aspect ration较低，表明网格质量得到了提升。如果网格扭曲，尝试调整NLMESH选项如图所示，当载荷

8、加载到最大载荷60%时，出现单元扭曲问题，计算不收敛。三维网格自适应实例自适应网格划分及求解设置如下：.三维网格自适应实例求解过程中，程序将会进行一些的网格重分和重启动。.三维网格自适应实例后处理结果如下：.三维网格自适应实例如果模型中涉及到下列求解设置，将不能使用非线性自适应网格划分:循环对称接触算法：拉格朗日乘子法, MPC, 梁算法接触行为：自动非对称质量点、梁连接、铰接、弹簧、轴承远程力、远程位移、力矩、热边界条件、远程点变化的空间边界条件在连接中不能使用如下条件：耦合约束方程非线性自适应网格划分的限制下面一些材料模型也不支持非线性自适应网格划分：Cast IronConcreteCo

9、hesive ZoneDamageMicroplaneShape Memory AlloySwelling非线性自适应网格划分的限制非线性自适应网格划分一般通过加密和劈分网格的方式实现，不能够修复已经扭曲的网格某些情况下，小的网格会加重网格扭曲。为了减少这种效应，程序一般通过重建拓扑和网格变形的方式提高网格质量，但是这种质量提供效果很轻微。不要在网格高度扭曲的区域进行网格加密和劈分，这会导致收敛问题。非线性自适应网格划分的限制Original MeshAfter 1st Mesh Refinement对于复杂模型和复杂载荷（局部屈曲变形和橡胶轴套变形问题）的问题可以多个准则联合使用：基于接触准

10、则一般用在如下情况：实体单元和目标单位接触，以及需要更多的单元和节点模拟接触边界的细节情况。基于位置的准则一般用于如下情况：单元移动到某个特点区域是进行加密（密封）我们需要精确模拟材料进入狭小区域的变形，需要足够的单元密度和自由度数量。非线性自适应网格划分的限制非线性自适应网格划分不支持自接触非线性自适应网格划分的限制自接触穿透意味着在自动重分区域出现体积交叠，如果在非线性自适应模拟过程中出现此情况，网格重分就会失败为了避免自接触穿透，需要把原始部件劈分成两部分。不稳定的材料大部分非线性材料，特别是超弹性材料都有其使用范围当变形太大或者应力超出范围时，材料会变得不稳定，不稳定表现为网格扭曲，非

11、线性自适应网格划分不能改善这个情况。非线性自适应网格划分的限制某些情况下，很难确定材料什么时候不稳定，用户可以检查应变值、应力状态、收敛曲线。突然的收敛困难表明材料不再稳定。当超弹材料不稳定时，程序会给出提示信息不稳定的结构对于一些几何结构，在某种载荷作用的变形会导致局部失稳非线性自适应网格划分的限制KT=0ACBDO非线性自适应网格对一些行为没有太好的效果，比如说网格扭曲。通过检查变形区域或者力对位移及时间的曲线可以判别这些行为。非线性自适应技术不能够解决数值不稳定问题约束包括动力约束，如位移、位移、耦合、约束方程，体积约束如不可压缩材料里的u-p公式。大部分情况下，数值不稳定出现在计算的初始阶段非线性自适应网格划分的限制非线性自适应技术不支持下列计算特性：ANSYS分布式求解器WB-Mechanical 收敛工具重启动过程中，如果模型的网格相对于重启动点之前有改