ABAQUS+ALE自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)(共8頁)

1、ABAQUS ALE自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)為了方便理解，先整體介紹一下ALE網(wǎng)格自適應(yīng)方法的基本過程，一個(gè)完整的ALE過程可以分為若干個(gè)網(wǎng)格remesh子過程，而每一次remesh的過程可以分為兩步：1生成一個(gè)新的網(wǎng)格（create a new mesh），利用各種算法以及控制策略生成一個(gè)良好的網(wǎng)格，主要包括劃分的頻率和算法。2環(huán)境變量的轉(zhuǎn)換（advection variales），也就是將舊網(wǎng)格中的變量信息利用remapping技術(shù)轉(zhuǎn)換到新網(wǎng)格中，也有不同算法，其中包括靜變量（應(yīng)力場，應(yīng)變場等）的轉(zhuǎn)換與動(dòng)變量（速度場，加速度場等）的轉(zhuǎn)換。上面的兩步在軟件設(shè)置上面，可認(rèn)為是對(duì)網(wǎng)格劃分區(qū)域的控制（ALE

2、 Adaptive Mesh Domain）和算法的控制（ALE Adaptive Mesh Controls）。1 ALE區(qū)域的控制（1）幾何區(qū)域選擇（set） No ALE adaptive mesh domain for this step該分析步?jīng)]有使用ALE技術(shù)。 Use the ALE adaptive mesh domain below將以下區(qū)域定義為ALE區(qū)域。（2）ALE Adaptive Mesh Controls自適應(yīng)技術(shù)控制選項(xiàng)，后面介紹（3）Frequency頻率控制，主要是對(duì)整個(gè)step time中網(wǎng)格remesh的次數(shù)進(jìn)行控制。Remesh次數(shù)n可以由n=Incr

3、ement number /Frequency來表達(dá)其意義，當(dāng)frequency的值為i時(shí)，表示每i個(gè)增量步進(jìn)行一次remesh。一個(gè)典型的ALE過程，在每5-100個(gè)增量步就需要一次remesh，對(duì)于拉格朗日問題，改參數(shù)默認(rèn)值為10，若變形實(shí)在太大，可適當(dāng)調(diào)高，以增加網(wǎng)格重畫的強(qiáng)度，對(duì)于爆炸，碰撞等變形時(shí)間極短的問題求解，則在每一個(gè)增量步都需要一次remesh，這時(shí)Frequency的值需要設(shè)置得很小，比如設(shè)為1，當(dāng)然，adaptive remesh過程的強(qiáng)度也很高，也會(huì)很廢時(shí)。對(duì)于其他變形不是很劇烈的問題求解，該參數(shù)值可以適當(dāng)調(diào)高。對(duì)于歐拉問題，默認(rèn)值為1。 圖1 Frequency的設(shè)置

4、（4）Remeshing sweeps per increment一個(gè)頻率下的迭代次數(shù)，當(dāng)該參數(shù)的值為n時(shí)，每一個(gè)remesh過程將對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行n次sweep，其實(shí)這個(gè)參數(shù)可以理解為對(duì)整個(gè)adaptive remesh過程的每一個(gè)子過程（remesh過程）的強(qiáng)度進(jìn)行控制。那么，我們先來理解一下sweep的概念，每sweep一次，abaqus將利用我們?cè)O(shè)置好的算法（體積算法，拉普拉斯算法或等位算法）生成一套新的網(wǎng)格，但這個(gè)網(wǎng)格不一定是符合要求的，因此，需要在生成的新網(wǎng)格的基礎(chǔ)上用同樣的方式再進(jìn)行sweep，就像我們求解方程時(shí)迭代的概念是一樣的。就這樣一直sweep下去直到sweep的次數(shù)達(dá)到mes

5、h sweeps參數(shù)的值，這樣就完成了一個(gè)remesh過程中的新網(wǎng)格的生成。同樣，mesh sweeps參數(shù)的值越高，adaptive remesh過程強(qiáng)度越高，網(wǎng)格優(yōu)化的狀況良好的機(jī)率也就越大。圖2 Remeshing sweeps per increment的設(shè)置（5）Initial remeshing sweeps 也就是ALE過程開始之前對(duì)網(wǎng)格的一個(gè)優(yōu)化，概念與mesh sweeps類似，因?yàn)槲覀冇锌赡芾靡呀?jīng)變形的很厲害的網(wǎng)格進(jìn)行分析，這時(shí)，在分析開始之前，就需要對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行重畫。 圖3 Initial remeshing sweeps的設(shè)置2 ALE過程的控制算法控制包括兩部分；一為

6、網(wǎng)格算法控制；其二為變量轉(zhuǎn)換算法控制。（1）Priority 也就是指網(wǎng)格梯度控制（是否保持初始網(wǎng)格梯度，若需要保持初始網(wǎng)格梯度，則對(duì)網(wǎng)格的質(zhì)量將會(huì)有影響）。 Improve aspect ratio在計(jì)算過程中將考慮到網(wǎng)格單元高寬比的改善，不考慮對(duì)初始網(wǎng)格梯度的保持。 Preserve initial mesh grading在計(jì)算過程中保證初始的網(wǎng)格梯度，但不會(huì)考慮到網(wǎng)格寬高比的改善。圖4 Priority的設(shè)置界面（2）smoothing algorithm Use enhanced algorithm based on evolving element geometry主要是在幾何學(xué)的

7、方面對(duì)我們定義的網(wǎng)格sweep算法（前面提到的三種算法）進(jìn)行增強(qiáng)，目的是為了保證adaptive remesh過程的健壯性，為推薦選項(xiàng)，選它就行了 conventional smoothing利用我們定義好的算法進(jìn)行計(jì)算，無幾何增強(qiáng)。圖5 smoothing algorithm的界面控制（3）Meshing Predictor 也就是網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)位置控制（理想的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)位置控制，將會(huì)減少需要的網(wǎng)格sweeps次數(shù)，減少資源浪費(fèi)）。 Current deformed position對(duì)于拉格朗日問題選擇 Position from previous adaptive mesh increment對(duì)于

8、歐拉問題選擇圖6 Meshing predictor的界面控制（4）Curvature refinement 也就是曲率較大的曲線曲面邊界的網(wǎng)格密度控制，默認(rèn)為1，該值越大，則圓角區(qū)的網(wǎng)格密度也就會(huì)越大，比較簡單。圖7 Curvature refinement的界面控制（5）Weights在ABAQUS中是如何生成新網(wǎng)格的呢？即使用網(wǎng)格掃掠技術(shù)（mesh sweep technique），每sweep一次，生成一套新的網(wǎng)格。但是當(dāng)你使用的算法不同時(shí)，sweep出來的網(wǎng)格也是不同的。在ABAQUS顯示模塊中，sweep算法用英語來說就是mesh smoothing method,有三種算法來sw

9、eep網(wǎng)格，如下所示； 體積算法（volume smoothing）該算法十分健壯，為默認(rèn)算法，再絕大多數(shù)情況下適用 拉普拉斯算法（laplacian smoothing）耗費(fèi)資源最少的算法，能力一般，作用與體積算法類似（一階算法，類似于求平均值），對(duì)于曲率比較高的曲線曲面邊界時(shí)，效果不是很理想。 等位算法（equipotential smoothing）比較復(fù)雜的算法，是基于拉普拉斯算法的解之上的算法，對(duì)曲率較大的曲線曲面邊界效果較好，在節(jié)點(diǎn)被非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格包圍時(shí)，次算法為推薦算法，若節(jié)點(diǎn)被結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格包圍，其效果與體積算法類似。三種算法可以結(jié)合適用，利用權(quán)重值來定義，需要記住的是，三種算法各占

10、的權(quán)值加起來必須等于1。圖8 Remesh網(wǎng)格重畫的算法控制（6）Boundary Region Smoothing邊界區(qū)域平滑主要包括以下幾個(gè)參數(shù)設(shè)置： initial feature angle 即初始檢測角度的設(shè)置(0I180)，當(dāng)兩個(gè)相鄰的面的法向量大于該角度值的時(shí)候，這兩個(gè)相鄰面形成的corner將被檢測出來，在sweep時(shí)，網(wǎng)格不允許通過這個(gè)corner。小于的話就說明，該corner足夠圓滑，網(wǎng)格可以通過，當(dāng)然，該corner應(yīng)該是具有活性的，對(duì)corner活性的控制由下面一個(gè)參數(shù)(Transition feature angle)控制,否則也不會(huì)被考慮。 Transition

11、feature angle 控制被檢測出的corner(0T180)是活性的，如果被檢測處的corner的兩面法線夾角大于該值則該corner,在ale過程中是會(huì)被考慮的，否則就不會(huì)考慮。 Mesh constraint angle控制分析過程的一個(gè)角度參數(shù)(5C85)，一般大于45度，設(shè)為默認(rèn)值就可以，在分析過程中，當(dāng)網(wǎng)格內(nèi)某一個(gè)角度大于該參數(shù)值時(shí)，分析終止，文檔有詳細(xì)介紹。 圖9 Boundary Region Smoothing的設(shè)置（7）Advection在ABAQUS中是如何將舊網(wǎng)格中的環(huán)境變量轉(zhuǎn)換到新網(wǎng)格中的呢？即使用remapping技術(shù)，對(duì)于靜變量（應(yīng)力場，應(yīng)變場，位移場等）的轉(zhuǎn)換（advection），有兩種算法即為一階算法（first order）與（second order）算法，second order算法適用于所有問題，為推薦算法，一階算法比