为什么要在有限元分析中使用六面体单元？
在本文中，我们将比较四面体单元和六面体单元，并举例说明为什么后者对于在您的有限元分析 (FEA) 研究中实施至关重要。
四面体单元
SOLIDWORKS Simulation等 FEA 工具使用三角形四面体 (TET4) 单元对模型进行网格划分（图 1）。
当用户不想花费大量时间对模型进行网格划分时，这种元素类型非常有用。
四面体网格划分可以通过软件开发人员有效地实现自动化，有时用户唯一需要注意的事情很简单：不断添加更多元素来提高问题的精确度，直到时间耗尽。
该元素的通用性和易用性依赖于所有形状都可以可靠地近似为三角形的原理。
六面体单元
像SIMULIAworks这样的高级有限元分析工具包含更多单元类型，使用户能够更好地控制网格，从而优化求解时间。其中一种常用的单元是方形六面体（HEX8）单元。
由于以下几个原因，这种元素类型有更严格的要求：
并非所有形状都能用正方形有效近似，因此经常需要混合网格划分。
用户需要找到合适的自然表面来放置这些元素。
对于更复杂的形状，可能需要更多的反馈，因此对于某些几何形状，使用六面体是不切实际的。
但是，当需要应用此元素时，花费额外的时间来配置它们是值得的。
六面体与四面体碰撞示例
为了比较四面体单元和六面体单元，我使用几种不同的有限元分析工具运行了一个简单的冲击试验。我调整了网格尺寸，使每次试验的求解时间约为 1000 秒。以下是我的结果：
仔细观察图 5 中的并排比较。你认为哪种类型的网格性能最好？
在这个冲击案例中，四面体单元似乎存在大量的数值噪声。即使是更高阶的 TET10 单元，其性能也相对较差，甚至可能比 TET4 单元还要差。这或许可以解释为什么一些高级有限元分析工具不支持 TET10 单元进行冲击分析。
该研究的完整细节可查看，但以下是简要概述：
结论
对于某些类型的问题，六面体单元提供了一种更高效的求解策略。通常，冲击研究中出现的较高程度的局部变形可能会使使用六面体单元带来显著优势。
然而，对于简单的静态分析，用户可能更倾向于快速跳过网格划分阶段。如果变形整体上并不复杂，四面体网格是这种情况下的理想选择。
