搜索ABAQUS中ALE方法詳解及參數(shù)意義
2016-12-16 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
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的過程可以分為以下兩步:
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
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
生成的新網(wǎng)格成功與否則在于對這兩步的控制
一.對整個(gè)adaptiveremesh過程控制
包括兩個(gè)方面:一個(gè)是對adaptiveremesh過程的算法控制,另一個(gè)對adaptive mesh過程強(qiáng)度的控制
1.對adaptive remesh的算法控制
算法控制包括兩部分算法控制,其一為網(wǎng)格算法控制,其二為變量轉(zhuǎn)換算法控制
(1)網(wǎng)格重畫算法控制:
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)(meshsweep 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,得到的網(wǎng)格質(zhì)量也會(huì)不一樣。
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sweep網(wǎng)格,如下所示:
1)體積算法(volume smoothing)
該算法十分健壯,為默認(rèn)算法,在絕大多數(shù)情況下適用
2)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),對于曲率比較高的曲線曲面邊界,效果不是很理想
3)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),此算法為推薦算法,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,三種算法各占的權(quán)值加起來必須等于1。
在ABAQUSCAE中,在step模塊中定義
選項(xiàng)卡如下所示:
(2)變量轉(zhuǎn)換算法控制:
在ABAQUS中將舊網(wǎng)格中的環(huán)境變量轉(zhuǎn)換到新網(wǎng)格中使用的是remapping技術(shù),對于靜變量(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)與二階(second order)算法,second order算法適用于所有問題,為推薦算法,一階算法比較簡單,占資源少,速度快;對于動(dòng)變量(速度,加速度等)轉(zhuǎn)換(momentum advection),也有兩種算法,element center projection method與half-index shift method,前者為推薦算法,選擇前者就ok了,如果想仔細(xì)研究,查查ABAQUS文檔就可以了,里面寫的很清楚。
在ABAQUSCAE中,在step模塊中定義
選項(xiàng)卡如下所示:
2. 對adaptive remesh過程強(qiáng)度控制
在ABAQUS中對adaptive remesh過程的強(qiáng)度進(jìn)行控制需要涉及到以下幾個(gè)參數(shù)。
(1)Frequency控制(頻率控制),主要是對整個(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=Increment 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)很費(fèi)時(shí)。對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。對于歐拉問題,默認(rèn)值為1。
(2)Mesh Sweeps參數(shù)控制,當(dāng)該參數(shù)的值為n時(shí),每一個(gè)remesh過程將對網(wǎng)格進(jìn)行n次sweep,其實(shí)這個(gè)參數(shù)可以理解為對整個(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將利用我們設(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mesh 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。
在ABAQUSCAE中,在step模塊中定義
選項(xiàng)卡如下所示:
二.對adaptive remesh其他方面控制
對adaptive remesh其他方面的控制主要包括以下幾個(gè)參數(shù)設(shè)置:
1、Priority參數(shù)設(shè)置:
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,則對網(wǎng)格的質(zhì)量將會(huì)有影響)。
對于拉格朗日問題選擇Improveaspect ratio,在計(jì)算過程中將考慮到網(wǎng)格單元高寬比的改善,不考慮對初始網(wǎng)格梯度的保持。
對于歐拉問題選擇:Preserveinitial 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。
2. Smoothingalgorithm 參數(shù)設(shè)置:
選項(xiàng):Useenhanced algorithm based on evolving element geometry
主要是在幾何學(xué)的方面對定義的網(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)。
選項(xiàng):conventionalsmoothing
利用我們定義好的算法進(jìn)行計(jì)算,無幾何增強(qiáng)。
3. Meshingpredictor參數(shù)設(shè)置
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sweep次數(shù),減少資源浪費(fèi))
對于拉格朗日問題選擇Currentdeformed position,
對于歐拉問題選擇Positionfrom previous adaptive mesh increment
4. Curvaturerefinement參數(shù)設(shè)置
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。
5. Boundaryregion smoothing參數(shù)設(shè)置
5.1. Initial feature angle
即初始檢測角度的設(shè)置,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。
5.2.Transition feature angle
控制被檢測出的corner的活性的,如果被檢測出的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。
5.3. Mesh constraint angle
控制分析過程的一個(gè)角度參數(shù),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。
6. Initialremeshing sweeps參數(shù)設(shè)置
也就是ALE過程開始之前對網(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,就需要對網(wǎng)格進(jìn)行重畫。
最后總結(jié)下ALE的一個(gè)總過程,假定每5個(gè)增量步進(jìn)行一次remesh,mesh sweeps參數(shù)值為m,advection sweeps的值為n,一個(gè)ALE具體過程可由下圖表示:
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