理想状态下均匀分布的单元的尺寸为目标单元尺寸(target element size),但是由于几何模型形状复杂,实际单元尺寸允许在目标单元尺寸的一定范围内浮动。
单元网格质量是数值模拟的基石,需结合几何特征和物理问题选择合适的评价指标。在保证精度的同时,也要权衡计算成本(如网格数量)。建议在预处理阶段投入足够时间优化网格,以避免后期计算失败或结果不可信。
2D单元的几何形状主要是三角形和四边形,主要质是指标包括:单元长度、翘曲角、单元边长比、内角大小、扭曲角、雅可比比率(Jacobianratio)等。
【1】Warpage/翘曲角
定义:四边形单元翘曲角。该指标表征了单元在单元的面外的翘曲程度,面外翘曲发生在单元面的节点不共面的时候。
依次沿对角线将四边形分为两个三角形,寻找这两个三角形所在面构成夹角的最大值,该角即为翘曲角。即两个三角形法向的夹角。
注意:
① 该项只对四边形进行检查,将四边形沿着对角线分为两个三角形,这两个三角形的法向夹角就是翘曲角。
② 将四边形沿着对角线分为两个三角形有两种分法,取较大值为单元翘曲角。
③ 翘曲角5°以下时单元质量较高。
【2】Aspect Ratio/纵横比
定义:Aspect ratio即单元长宽比例系数。最长边与最短边或者顶点到对边最短距离(最小标准化高度)的比值。
要求:长宽比通常要求小于5:1。
理想的四边形单元是正方单元,理想的三角形单元是正三角形单元,但是由于几何模型的复杂性,在几何表面实际生成的壳单元中有很多会偏离理想形状,因此需要对壳单元偏离理想单元形状的程度进行限定,单元的长宽比即是指标之一。
【3】Skew/扭曲度
定义:扭曲度=90-Min (α,β),其中α,β为中线与底边平行线的夹角。
三角形单元扭曲
四边形单元扭曲
【4】Chordal Deviation/弦差
弦差:即单元各边中点与各点在对应边上的投影点的距离值。检查表面单元偏离真实曲面的程度。
曲面可以用许多小的平面来近似,弦差即为单元各边的中点与该点在对应面上的投影点的距离。近似直线段与实际曲线的最短乖向距离。
【5】length <
作用:检查单元的最小边长。
最小边长计算方法:
(1)单元最短边长:适用于四血体单元之外的所有单元。
(2)顶点到对边(对于四面钵单元而言是对面)的小最距离。
可以在CheckElementSettings中设定侵用哪种计算方法,如下图所示。
【6】length >
检查单元的最大边长。
【7】Jacobian/雅可比
雅可比:即单元内各个积分点Jocabian行列式值中的最小值与最大值之比,反映了单元偏离其理想形状的程度。
雅可比的取值范围为:0.0-1.0;
Jacobian=1表示理想状态,四边形单元四个内角都为0°,六面体单元内角相互垂直。jacobian越小则单元质量越差。
雅可比在0.7以上时单元质量较高,可以在Check Element settings 中设定使用哪种计算方法(高斯积分点或顶点)。
雅可比矩阵的行列式关系到单元从参数空间到全局坐标空间的转换,
HyperMesh在单元的每个积分点(高斯积分点)或者单元的顶点计算雅可比矩阵,并报告每个单元最小值和最大值之比。
【8】Taper/锥形度
定义:检查四边形单元偏离矩形的程度;三角形的taper为0。
【9】Interior Angles 内角
三角形和四边形的内角,工程上四边形最小内角40°,最大内角140°即可接受。
【10】% of tria
三角形单元数量占壳单元总量的百分比。
Hypermehs中Crash_2D_5mm网格要求
【1】MinimumLength/Size 最小长度/尺寸
HyperMesh使用两种方法计算最小长度/尺寸:最短边长和最小标准化高度。
最小标准化高度方法中,Hypermesh计算顶点到对面平面的最短垂向距离。
【2】Tetra Collapse/四面体坍塌比
计算方法:坍塌比=Min(hi/Sqrt(A))/1.24 ,其中A为顶点对面三角形的面积。
四面体坍塌比的取值范围为0.0-1.0,0为完全坍塌,1为正四面体,非四面体均不为1。
【3】Vol.Aspect Ratio/体长宽比
四面体的最长边的长度除以最短高(四面体的高,定义为从一个顶点到其相对面的距离)的长度,其他实体单元为最长边与最短边之比。
【4】Volume Skew/体扭曲度
计算方法:单元体积与相同大小外接圆条件下的理想四面体体积之比。
体扭曲度:实际体积/理想体积。
只对四面体单元有效,其他单元类型该项均为0,理想四面体取值为0。
标准:
四面体:建议 < 0.7(0为理想,1为退化)。
六面体:推荐 < 0.5。
定义:单元内部角度范围。
标准:
四面体:面内角建议在 15°~165° 之间。
六面体:面内角推荐 45°~135°。
影响:极端角度导致局部应力集中或数值不稳定。
Hypermehs中Crash_3D_5mm网格要求