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        更準確更高效!Ansys Mechanical 2023R1新功能之GPAD

        1年前瀏覽4380

        導讀:Ansys 2023 R1為Ansys Mechanical帶來了許多新功能,使用戶能夠執行更準確、更高效的結構仿真。結構產品組合推出新的特性和功能,支持用戶執行更準確可靠、更高效和可定制的仿真分析。其中基于幾何的網格自適應功能,可以讓用戶在進行計算之前,不關注初始網格的質量,同時能保證一定的計算精度。本文將詳細介紹基于幾何的網格自適應功能。

        一、概述

        標準非線性網格自適應性(NLAD)在所需的分析子步中創建網格,這些網格與幾何體的邊界表示(bRep)是不相關的。初始網格到模型邊界(bRep)的保真度決定了后續NLAD過程中重新劃分網格的保真度。初始網格會用基于多面網格的幾何體替換真正的bRep,作為后續重新劃分網格的參考。對于幾何上的曲線模型邊界,如果采用了非常粗糙的網格表示,即使經過網格細化,模型的保真度也不會得到改善。

        為了在傳統NLAD中通過重新劃分網格來充分表示邊界,需要采用精細網格來表示幾何體。就自適應分析而言,這種方法效率低下,因為精細的初始網格相當于需要在模型計算之前就進行網格細化。

        理想的解決方案是在整個變形歷史中保持不斷演變的bRep,并在非線性自適應分析期間保持相應的網格/幾何的演變關系。NLAD-GPAD通過使用bRep而不是前一步的變形網格作為新網格的參考幾何來實現此目的。優點是初始網格不需要很精細,這樣自適應過程可以在邊界和體內部的感興趣區域中細化網格,同時bRep可確保重劃分網格時能基于實際模型邊界。

        NLAD-GPAD能夠在求解階段更改網格以提高精度,不需要用戶手動干預。它可以指定一些標準,從而確定網格是否需要修改;如果需要,需要修改哪些部分。

        二、使用方法

        NLAD-GPAD功能在Ansys的經典界面Mechanical APDL中沒有對應的GUI入口,但是可以使用命令代碼來使用;在Ansys的workbench環境中的Mechanical中可以通過Geometry Based Adaptivity功能來使用。這個功能基于載荷步,因此如果在分析中定義了多個載荷步,可以按載荷步來激活或停用該功能。

        Geometry Based Adaptivity具體的使用步驟如下:

        (1)在分析環境中插入Geometry Based Adaptivity

        2選擇作用對象

        3指定網格重劃分條件

        當前的GPAD功能,支持的網格重劃分準則為能量(Energy)和位置(Box)。各種參數的具體含義與傳統的NLAD中的含義相同。

        (4)按載荷步指定激活狀態。表格數據窗口將提供鼠標右鍵單擊選項,以激活(或抑制)所需加載步的條件。默認設置為激活。

        當使用NLAD-GPAD時,程序會自動啟用非線性解算法。為了確保在分析過程中至少發生一次網格劃分,可以根據需要設置子步的數量。對于線彈性問題,最少的子步數為 2,確保至少進行一次網格細化。

        三、使用限制

        1、建模限制

        (1)僅支持線性和二次四面體單元(SOLID285和SOLID187);

        (2)不支持具有線性和二次單元混合的多實體零件或多實體組件;

        (3)不支持使用收斂(convergence)對象;

        (4)不兼容以下邊界條件-循環對稱

        -基于梁的接觸算法

        -接觸行為為自動非對稱

        -點質量、梁連接、鉸接、彈簧和軸承連接

        -隨坐標變化的邊界條件

        -遠程邊界條件中的行為屬性為梁

        -弱彈簧

        -耦合

        -約束方程

        (5)不兼容以下材料本構-Cast Iron

        -Concrete
        -Cohesive Zone
        -Damage Initiation Criteria and Damage Evolution Law
        -Microplane
        -Shape Memory Alloy

        -Swellin

        2、求解限制

        目前,在應用GPAD功能時,只支持小變形分析(大變形開關需要關閉),但是可以包含接觸和材料的非線性(彈塑性材料)。當前的GPAD功能也只能在靜力學結構分析中調用。

        3、后處理限制

        GPAD功能會導致在求解過程中網格發生變化,因此在提取結果時會有一些限制,主要包括:

        (1)只能查看體的結果,不能查看點、線、面、節點、單元及單元面的結果。
        (2)不支持傳遞變形后的幾何。
        (3)查看接觸的穿透量時,可能在網格重劃分前后表現不連續。
        (4不支持查看“Maximum Over Time/Time of Maximum”或“Minimum Over -Time/Time of Minimum”。
        (5)重新劃分網格后的穿透圖可能顯示曲線不連續性。

        (6)在傳遞變形結果的變形幾何體和網格時不受支持。

        四、不同網格重劃分控制的使用對比

        在Ansys Mechanical 2023R1,要引起網格重劃分,一共有3種方法:Nonline

        在Ansys Mechanical 2023R1,要引起網格重劃分,一共有3種方法:Nonlinear Adaptive Region、Geometry Based Adaptivity和Convergence。由于都會引起網格重劃分,因此,這3個功能是互斥的,相互之間不兼容。

        1、Nonlinear Adaptive Region

        主要用于非線性分析中由于網格變形較大而導致不收斂的情況,例如橡膠的非線性分析;如果用于小變形分析中,則主要是為了提高應力分析的精度。其主要是通過設定一定的準則,來確保網格在整個分析過程中的質量,避免因為網格質量導致不收斂或網格太粗糙而應力精度太低。網格重劃分的觸發方式是設定的準則,支持能量、位置和網格質量三種準則。

        2、Geometry Based Adaptivity

        其與Nonlinear Adaptive Region類似,不同之處在于其進行網格重劃分時,可以基于幾何進行,而不是基于網格。這樣可以提高網格模型的保真度,從而提高曲線邊界處的應力精度。當前僅支持小變形分析,主要用于初始網格太粗糙而損失了幾何模型的保真度,從而導致計算結果精度較低的情況。其主要是通過設定一定的準則,來確保網格在整個分析過程中的質量,避免因為網格質量導致計算結果精度低。網格重劃分的觸發方式是設定的準則,支持能量和位置兩種準則。

        3、Convergence

        主要用于提取指定局部位置的高精度結果。其主要是通過加密局部網格來比較不同網格密度下結果的變化。網格重劃分的觸發方式是結果的變化百分比。使用這個功能,網格的重劃分是基于幾何的(與Geometry Based Adaptivity類似,可以保證幾何模型的保真度)。

        五、總結

        Ansys Mechanical 2023R1中新引入的GPAD功能,其在進行網格重劃分時,以幾何邊界為參考來進行,能幫助用戶在進行分析之前即使使用較粗的網格,也能保證曲線邊界處的應力精度。用戶在平時使用的過程中,可以有針對性的選擇不同的網格重劃分功能(Nonlinear Adaptive Region、Geometry Based Adaptivity和Convergence)來幫助提供仿真的計算精度或改善非線性分析的收斂性。

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        (完)
        來源:仿真秀App
        MechanicalMechanical APDL靜力學非線性材料控制ANSYS
        著作權歸作者所有,歡迎分享,未經許可,不得轉載
        首次發布時間:2023-04-27
        最近編輯:1年前
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