较广泛,但由于该标准本身的不严格性,导致多数复杂模型的传递以失败告终,如图1所示为某汽车覆盖件在UGII中以IGES格式输出时产生的信息,可以看出其包含大量有限元分析不必要的几何信息。而SAT与ParaSolid标准较为严格,被多数CAD程序采用。由于典型通用有限元软件(如MSCPATRAN、MSCMARC、ANSYS、ABAQUS、ADINA等)的建模功能都不是很强,尤其是在面对包含复杂空间曲面的产品结构时表现出明显的不足,同时不利于建立后续的单元网格划分模型。因此,利用现有CAD平台(如CATIA、UGII、PROE)完成网格划分工作,或借助专业网格划分软件HyperMesh、AIE
virome
t等来完成任务是比较好的方法。下面分别以包含大量空间自由曲面的汽车覆盖件产品和宇航业中常用的大型整体网格筋壳体为对象,简述有限元网格划分的基本原理方法和应用。
图1IGES文件输出的图素信息分页二、有限元网格划分方法与基本原理1.有限元网格划分的指导思想
f有限元网格划分的指导思想是首先进行总体模型规划,包括物理模型的构造、单元类型的选择、网格密度的确定等多方面的内容。在网格划分和初步求解时,做到先简单后复杂,先粗后精,2D单元和3D单元合理搭配使用。为提高求解的效率要充分利用重复与对称等特征,由于工程结构一般具有重复对称或轴对称、镜象对称等特点,采用子结构或对称模型可以提高求解的效率和精度。利用轴对称或子结构时要注意场合,如在进行模态分析、屈曲分析整体求解时,则应采用整体模型,同时选择合理的起点并设置合理的坐标系,可以提高求解的精度和效率,例如,轴对称场合多采用柱坐标系。有限元分析的精度和效率与单元的密度和几何形状有着密切的关系,按照相应的误差准则和网格疏密程度,避免网格的畸形。在网格重划分过程中常采用曲率控制、单元尺寸与数量控制、穿透控制等控制准则。在选用单元时要注意剪力自锁、沙漏和网格扭曲、不可压缩材料的体积自锁等问题。
典型有限元软件平台都提供网格映射划分和自由适应划分的策略。映射划分(MappedIsoMesh)用于曲线、曲面、实体的网格划分方法,可使用三角形、四边形、四面体、五面体和六面体,通过指定单元边长、网格数量等参数对网格进行严格控制,映射划分只用于规则的几何图素,对于裁剪曲面或者空间自由曲面等复杂几何体则难以控制。自由网格划分(FreePaver)用于空间自由曲面和复杂实体,采用三角形、四边形、四面体进行划分,采用网格数量、边长及曲率来控制网格的质量。例如,在MSCMARC中,其转换(Cor