網(wǎng)格劃分是有限元分析（FEA）的基本組成部分

網(wǎng)格劃分是有限元分析（FEA）的基本組成部分，其中大型復雜幾何形狀被離散為一組簡單的相互連接的元素。簡單來說，網(wǎng)絡劃分是將復雜的形狀通過有限元素劃分成較小、更簡單的形狀。由于網(wǎng)格大小、元素類型和元素質(zhì)量直接影響FEA模擬的準確性和可靠性，因此了解如何生成適當?shù)木W(wǎng)格就顯得至關(guān)重要。這篇文章中，碩迪科技帶您探討Abaqus CAE中可用的幾種三維網(wǎng)格劃分方法。

Abaqus CAE中的網(wǎng)格模塊

Abaqus CAE中的網(wǎng)格模塊包含了生成三維網(wǎng)格所需的工具，在該模塊中，值得注意的是根據(jù)所選的網(wǎng)格算法，幾何形狀將按顏色編碼，用于表示給定零件的網(wǎng)格化情況。如下所示，橙色表面表示該零件無法自動進行網(wǎng)格劃分；通?？梢酝ㄟ^清理幾何形狀、對表面進行劃分或更改所需元素的類型來解決這個問題。

Abaqus CAE 中存在的其他基于網(wǎng)格的表面顏色有粉色（自由網(wǎng)格）、綠色（結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格）、黃色（掃描網(wǎng)格）和棕褐色（自下而上的網(wǎng)格），這些顏色將在下面詳細討論部分。

1. 自由網(wǎng)格（非結(jié)構(gòu)化）
   
   
   

自由網(wǎng)格算法（由粉紅色表面顏色表示）可能是 Abaqus CAE 中最通用的網(wǎng)格。該方法使用非結(jié)構(gòu)化方法用元素填充固體空隙，并且不要求它們的尺寸規(guī)則或均勻。這種網(wǎng)格劃分方法有時是唯一的選擇，特別是對于具有高度復雜形狀的幾何形狀。下面顯示了四面體自由網(wǎng)格的示例（注意整個橫截面的網(wǎng)格不一致）。

2.掃描網(wǎng)格

掃描網(wǎng)格算法可以通過黃色表面顏色進行識別，并為建模拉伸或旋轉(zhuǎn)零件提供了一種便捷的方法。這種方法提供了比自由網(wǎng)格更一致的網(wǎng)格，因為它本質(zhì)上是沿著 3D 空間中的路徑投影 2D 網(wǎng)格；這會在整個零件上形成均勻分布的分層網(wǎng)格。下面顯示了六面體掃描網(wǎng)格的示例（注意整個橫截面的一致的分層網(wǎng)格）。

3.結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格

通常提供最高質(zhì)量網(wǎng)格的網(wǎng)格劃分技術(shù)是結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格算法。此方法由綠色表面表示，只能用于可以使用一致大小和形狀的元素進行網(wǎng)格劃分的組件。這種方法僅在幾何體被劃分為“規(guī)則”形狀（長方體、圓柱體等）時才可用，使用此算法的最大優(yōu)點是結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分可以生成一致的高質(zhì)量網(wǎng)格。然而，由于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分要求元素以規(guī)則圖案排列，因此此選項通常僅在將復雜幾何表面手動劃分為規(guī)則形狀（矩形、圓形等）時可用。

4.自下而上的網(wǎng)格

除了前面討論的自動網(wǎng)格劃分技術(shù)之外，Abaqus CAE 還提供手動網(wǎng)格劃分選項，使用戶能夠更好地控制網(wǎng)格質(zhì)量。該算法稱為自下而上的網(wǎng)格劃分，可以通過棕褐色表面顏色進行識別，并提供了生成六面體網(wǎng)格的可靠方法。由于這種增量網(wǎng)格劃分樣式使用與幾何體沒有內(nèi)在聯(lián)系的元素，因此在建模復雜幾何體時，這種方法比自動網(wǎng)格劃分算法提供了更多的多功能性。

前面我們已經(jīng)回顧了Abaqus CAE中生成三維網(wǎng)格的各種方法，接下來將繼續(xù)討論下網(wǎng)絡劃分的其他方面：

· 元素類型

為給定的模擬選擇適當?shù)脑仡愋蛯τ讷@得準確的結(jié)果至關(guān)重要。例如，在彎曲過程中使用全積分六面體元素會導致剪切鎖定（這會使模型人為地變得更加堅硬）；同樣，在壓縮過程中使用不兼容模式元素通常會導致收斂困難。

· 元素尺寸

在進行網(wǎng)格劃分時，確保使用適當?shù)脑卮笮》浅Ｖ匾?。在高梯度區(qū)域?qū)彶閼Y(jié)果時是尤為重要，因為大元素通常會低估應力（因為局部力被分布在較大的區(qū)域上）?？梢赃M行網(wǎng)格敏感性研究，以確定特定分析是否適合某個網(wǎng)格。

· 網(wǎng)格質(zhì)量

為了獲得有效的 FEA 結(jié)果，需要使用高質(zhì)量的網(wǎng)格。通常，高質(zhì)量網(wǎng)格將使用形狀良好、連接良好且尺寸均勻的元素?？梢允褂?Abaqus CAE 中的單元質(zhì)量檢查來評估網(wǎng)格的質(zhì)量。

最后的思考：

網(wǎng)格劃分是有限元分析過程中最關(guān)鍵的步驟之一。低質(zhì)量的網(wǎng)格將嚴重影響結(jié)果的準確性和可靠性，當您在下一次進行有限元模擬時，請務必使用適當?shù)木W(wǎng)格劃分技術(shù)，并遵循上述最佳方法。

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