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[网格划分] 【原创】系列介绍之五:CAE前处理之网格划分

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发表于 2003-5-27 09:27:03 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 LAN
       网格划分可以说是CAE工作中最简单的工作,繁琐而且技术性不高,但是它却是CAE分析的基础。一个有丰富经验的划分网格高手在美国的最低年薪是10万美元,国内就不要想了,8万人民币最多。但这个收入还是一般技术人员望尘莫及的,为什么?
    你能在两个月内独立完成一个六缸发动机的六面体网格划分吗?如果你可以,你就是大牛了,不管是真的牛还是吹的牛。我连吹都不敢吹,我用了近一个月才作了一个发动机箱盖的六面体网格,还简化了很多东西。sign...实在是没面子。
  
    言归正传,划分网格要明确的几个问题:
    一、用什么类型的单元来划分网格?
    这取决于你要做什么分析和模型的结构特点,对同样的分析,采用的求解器不同也会影响这个选择。想成为专家的人可以多看看各种软件的单元类型介绍,初学者则不要漫无目的的到处留“情”,用到什么搞明白就可以了,Abaqus帮助手册是很好的东东。当然如果你是超级牛人,还可以试试开发一种全新的单元。If not, forget it.
      记住要选择的:
    1.单元的维数;一维的线单元、二维的面单元、三维的体单元,如果是一维单元,还要根据功能不同选择bar、rigid等单元类型。
    2.单元的形状;三角形还是四边形、四面体、五面体还是六面体
    3.单元的阶数;4节点的四边形还是8(9)节点的四边形,8节点的六面体还是20节点的
    4.其它的一些特征,比如Abaqus里有减缩积分单元、非协调元等等,每一种都有相应的适用范围。
  
    二、网格的大小
    这取决于模型的规模、计算机的能力(CPU、内存、硬盘、是否并行算法),还有对计算精度的要求。同时,经验丰富的技术人员还知道网格的大小调整经常可以有效地提高计算精度同时降低计算耗费。
  
    三、划分的方法
    这个问题在这个论坛上大家已经讨论过很多实例了,不同的例子有很多种划分方式,比如说那个球体。有的朋友指出对复杂的模型,思路是最重要的,工具是次要的,也有朋友认为工具相对来说更重要。仁者见仁,智者见智,大家互相学习吧。
    对曲面网格HyperMesh有很多独有的划分方法,而且在划分网格时就能人工干预划分的质量,最后还有非常优秀的检查工具,应该是非常值得推荐的(也是国际公认的)。对于实体,四面体就不多说了,有些朋友认为ansys的完全自动分网技术非常优秀,也有些朋友认为还是先生成封闭的三角形面网格然后再自动化分体网格的方式更加能保证质量(因为中间多一个检查面网格质量的步骤)。
    我想多强调一下六面体网格,因为越来越多的客户认识到六面体网格的精确性,一般的行规也是,能用六面体就不用四面体。问题出现了,又有朋友认为软件划分六面体网格的自动化程度越高越好,但我不这么认为。毕竟机器不能代替人去思考,另外对复杂模型来说,完全自动划分几乎是不可能的,算法不能实现且不说,即使划分出来质量也没办法提。
  
    四、划分网格的一些原则:
    1.计算精度和计算耗费的平衡原则。并不是节点越多越好,高密度的网格能带来计算精度的提高,但是采用适当的单元类型才是最重要的,比如一块钢板,做不同的分析时可能会选择不同类型的单元,是壳单元还是体单元?如果用体单元,用线性的还是用二次单元,是全积分还是减缩积分(Abaqus),在厚度方向上分布几层单元才合适?毕竟节点数量的增加带来的是计算量以平方增长。例如我计算过的一个钢板弹簧,涉及接触问题,采用了六千多个六面体的减缩积分单元,如果用8节点单元,计算时间是45分钟,用20节点单元,计算时间是26个小时,精度变化只有0.1%。
  
    2.自动划分和人工干预的结合原则。并不是自动化程度越高越好。这个说法可能会引起歧义,我先解释一下。什么是自动化程度高?是在复杂模型上自动生成乱七八糟的单元好呢,还是通过手工干预,合理地利用模型几何特征来实现自动划分好呢?显然是后者,因为计算机不会知道哪个圆孔是需要特别关注因而需要细化网格的,它也不会知道哪个特征是可以忽略掉的。而通过人工指定就不一样了。
  
    3.绝对不要认为一个模型划分完网格能计算通过就万事大吉了,问题肯定是存在的。CAE的目的是什么?是分析,结果是否合理,如何跟客户解释?那么计算结果的合理性取决于什么呢,除了边界条件以外,网格的质量和合理性起着决定性的作用。
       
    划分网格最重要的原则就是——态度。态度决定一切(米卢语),划分网格需要的耐心和细心都来源于认真的态度,我想无论是做人还是做事都一定要认真。
  
待续...
系列介绍之六:CAE前处理之边界条件
发表于 2003-5-27 10:49:41 | 显示全部楼层 来自 上海交通大学

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Simdroid开发平台
xiexie.
发表于 2003-5-27 11:24:59 | 显示全部楼层 来自 河南开封

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formyjoy wrote
2.自动划分和人工干预的结合原则。并不是自动化程度越高越好。这个说法可能会引起歧义,我先解释一下。什么是自动化程度高?是在复杂模型上自动生成乱七八糟的单元好呢,还是通过手工干预,合理地利用模型几何特征来实现自动划分好呢?显然是后者,因为计算机不会知道哪个圆孔是需要特别关注因而需要细化网格的,它也不会知道哪个特征是可以忽略掉的。而通过人工指定就不一样了。

  
再说几句
自动划分和人工干预的结合原则。是对的。最起码现在是这样子的。
并不是自动化程度越高越好。不见得!
什么是自动化程度高?是在复杂模型上自动生成乱七八糟的单元好呢,还是通过手工干预,合理地利用模型几何特征来实现自动划分好呢?显然是后者。后者当然好点了,不过自动剖分难道就一定生成乱七八糟的网格吗?
因为计算机不会知道哪个圆孔是需要特别关注因而需要细化网格的,它也不会知道哪个特征是可以忽略掉的。这好像不是自动剖分的问题,正如上一节说得,建模者没有搞清楚CAE模型和CAD模型的区别。如果cae模型对这些细节需要考虑的话,人工剖分也不见得能剖出多好的模型。何况,自动加密也是当前自动剖分研究的一个方向。
而通过人工指定就不一样了。确实是,不过需要使用者的经验。
  
看了老大发的好多帖子,个人感觉老大对自动剖分好像有很大的偏见哦。我在硕士期间就是做自动剖分研究的。因为一些原因,没有搞的很深入,不过还是有所体会的,所以想谈谈。
  
六面体网格全自动剖分目前还是一个国际性的难题,到现在为止,提出的各种算法只能在一定的条件下使用,也就是说目前还没有一套通用的算法。产生这个问题的原因,一方面是理论水平不够,没有人公开证明过任意物体六面体剖分的必然可行性。另外一方面,与当前的计算机计算能力有关,对于一些复杂的算法,现在的计算机还不能承受。我想随着技术的进步,这些问题可以逐渐得到解决的。
  
不过六面体网格全自动剖分是将来的一个趋势。事物的发展总是螺旋形上升的。比如计算机的鼠标,原先光电鼠标的形象昂贵、不好用、不方便。最近几年,由于技术的改进,虽然现在依然昂贵,但说它不好用,不方便的人少了,而且现在越来越成为电脑fans的时尚了。再举例来说,刚开始搞有限元的时候,大家都在研究迭代求解法,后来转向距阵分解法,现在又有人开始研究迭代求解技术了,迭代求解技术本身并没有什么错,关键是人们在使用的时候,希望能以最小的代价换来最大的效率。我想六面体剖分经历了最原始的手动剖分,又经历了现在的半自动剖分以后,自动剖分会粉墨登场的,不过是一个时间问题。
  
自动程度的高低,与单元质量的好坏没有什么必然的联系(虽然现在全自动六面体剖分几乎在圈内就是难看网格的代名词)。上面说了,现在的算法只能在一定条件下使用,只要算法是成熟的,使用条件是允许的,生成的网格不见的就会太差。何况,一般技术人员人工生成的网格不见得就比经过专家精心准备的算法生成的网格好。
  
目前半自动网格剖分的实质,就是对实体进行处理,使它或者它的一部分满足某种自动算法可以进行的条件,然后调用相应的算法进行剖分。软件提供算法的多样性是衡量一个软件功能的重要标准。算法的使用条件的广泛与否直接影响使用者的操作操作效率。学习一个前处理软件的很重要的方面就是了解所包含算法的的特点。

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 楼主| 发表于 2003-5-27 11:59:53 | 显示全部楼层 来自 LAN

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辩解一下(先给你加分先,因为你说得很有道理):
首先我现在讲的只是现状,现在的确有很多朋友过多地关注软件是不是能自动划分六面体,只要能自动划分,然后能算就可以了,也不管结果如何。我是希望纠正这个误区,让更多的人重视网格划分。
关于自动划分的现状,的确如你所说,现状就是(虽然现在全自动六面体剖分几乎在圈内就是难看网格的代名词)这样,的确需要努力解决。可现在大家连网格质量都不重视了,谁还去关心自动划分算法。功利主义已经充斥了中国的企业界和教育界。与其如此,不如号召大家少一些对软件工具的依赖性,多一些自己的主观能动性,这样才能提高分析的质量。等到自动划分技术成熟了,我也会成为这个技术的拥护者。
再次感谢你对我的批评,感觉你是一个头脑非常清楚的人,希望能多交流。
发表于 2003-5-27 12:07:01 | 显示全部楼层 来自 河南开封

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嘿嘿,向 formyjoy大虾和 lebywind大虾致敬!
发表于 2003-5-27 12:47:55 | 显示全部楼层 来自 北京

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我来也!
搅和搅和!
  
其实我觉得formyjoy   和lebywind  
   
老哥从不同的两个方面做了阐述,formyjoy老个主要是从使用Hypermesh方面如何更好、更快的应用软件自身的特点,得到好的网格。而Lebywind老哥却从现在通行的网格刨分角度特别是自动刨分说了一些自己的观点。个人感觉两位老哥出发点不一样,但是最终的目的是一样的。——更快、更省的得到六面体网格
发表于 2003-5-27 14:00:48 | 显示全部楼层 来自 河南开封

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test only
发表于 2003-5-27 15:16:48 | 显示全部楼层 来自 河南开封

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其实我对formyjoy 老大的这项工作还是很支持的,能在工作之余系统的写这些东西,本来就是值得敬佩的。
  
我提了那么多意见,倒不是认为formyjoy会犯那样的错误,只是觉得有些提法欠妥,毕竟这是技术论坛,新手也不少。对大牛来说有些问题只是提法不同,初学者看了也许会产生理解的错误。所以还是觉得提一下比较好。但愿formyjoy不要觉得太扫兴才好,后面我还又很多东西想看呢!
  
事情有时就这样,干得越多的人,挨板子的可能性越大。所以有时需要点“我不下地狱,谁下地狱”的勇气,:):)^_^
  
期待下文中……
 楼主| 发表于 2003-5-27 15:34:43 | 显示全部楼层 来自 LAN

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再接再励中。
发表于 2003-5-27 15:43:20 | 显示全部楼层 来自 上海虹口区

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老大加油
等待ing
发表于 2003-5-27 16:01:22 | 显示全部楼层 来自 天津

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板主,我是新手,看不到这些东西,
你要我获取积分,又帮不了大伙什么忙,这可怎么办呀?
发表于 2003-5-27 16:15:00 | 显示全部楼层 来自 河南开封

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yzf1111 wrote  板主,我是新手,看不到这些东西,  
你要我获取积分,又帮不了大伙什么忙,这可怎么办呀?

  
把你用hypermesh过程中的体会或者感受写写,只要言之有理、言之有物的话建议斑竹给你加分可好?:):):):)
  
老大以为妥否?:I:I:I
 楼主| 发表于 2003-5-27 16:19:15 | 显示全部楼层 来自 LAN

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yzf1111 wrote:
板主,我是新手,看不到这些东西,
你要我获取积分,又帮不了大伙什么忙,这可怎么办呀?

  
我提个建议,你可以把你学习使用HyperMesh过程中遇到的一些比较关键的问题列举一下,最好能引起大家的兴趣(初学者的共鸣或者高手的积极响应),你可以试一试。而且不一定非在我这个版,在别的版得到的分数也是一样的。
发表于 2003-5-28 06:22:06 | 显示全部楼层 来自 美国

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"一个有丰富经验的划分网格高手在美国的最低年薪是10万美元"
没这么多。况且划分网格并不等同有限元分析。
发表于 2003-5-28 08:45:53 | 显示全部楼层 来自 黑龙江大庆

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对于HYPERMESH,我想谈一些自己的看法,对一个梯形来说,用HYPERMESH划分,如果想不它划分的全都是CQUARD4单元,不采用交互式方法,你划分的单元永远不可都是CQUARD4单元,即使你选择只划CQUARD4,这是因为HYPERMESH在划分单元时,第一位的是边界上面硬点的数目,如果两个边长不相等,那么每个边上节点的数目就不同,如果幸运的话,两边的节点数目相差的是偶数,那还勉强可以,但一定有局部划分不好,如果不幸相对两边节点数目只相差一个,那么就需要手工调节,是相对两边的节点数目完全相同,这样你就会得到非常理想的划分网格。
只所以说了上面的废话,目的只有一个,要想得到一个理想的网格划分结果,必须采用交互式划分,尤其在倒角或曲面变化较大的部位,企图一次就得到理想的网格是不现实的。这可以说是我血的教训。
发表于 2003-5-28 09:25:34 | 显示全部楼层 来自 河南开封

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属于良性废话,支持!!!
发表于 2003-5-28 10:00:27 | 显示全部楼层 来自 河南开封

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对于HYPERMESH,我想谈一些自己的看法,对一个梯形来说,用HYPERMESH划分,如果想不它划分的全都是CQUARD4单元,
  
CQUARD4是四边形单元吧?
  
不采用交互式方法,你划分的单元永远不可都是CQUARD4单元,
  
怎么可能?
  
即使你选择只划CQUARD4,这是因为HYPERMESH在划分单元时,第一位的是边界上面硬点的数目,如果两个边长不相等,那么每个边上节点的数目就不同,
  
是这样,不过,有问题吗?
  
如果幸运的话,
划分网格从来都不是靠运气,而是靠技术。
两边的节点数目相差的是偶数,那还勉强可以,
  
相差偶数也只是充分条件,不是必要条件!
  
但一定有局部划分不好,
  
不见得!!!
  
如果不幸相对两边节点数目只相差一个,那么就需要手工调节,
  
有时是,但不一定!
  

是相对两边的节点数目完全相同,这样你就会得到非常理想的划分网格。

  
是啊,可是这样的话,要前处理软件有什么用?单元过渡怎么办?

  
只所以说了上面的废话,目的只有一个,要想得到一个理想的网格划分结果,必须采用交互式划分,

  
风马牛不相及!为什么不选用手工直接生成呢?  
   
尤其在倒角或曲面变化较大的部位,企图一次就得到理想的网格是不现实的。
  
有时是,不过如果对这些特征专门编写一个优化过的程序就不一定了!
  
这可以说是我血的教训。
  
有了教训,可惜没有总结经验哦。
 楼主| 发表于 2003-5-28 10:29:42 | 显示全部楼层 来自 LAN

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其实你如果使用ruled方式就会发现两边的单元节点数都一致了(别忘了用mesh, w/o surface方式)
  
HyperMesh不仅仅只有automesh,其他的菜单你也可以试试的。
发表于 2003-5-28 14:26:13 | 显示全部楼层 来自 河南开封

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right !  斑竹,请给自己加分!
 楼主| 发表于 2003-5-28 16:06:23 | 显示全部楼层 来自 LAN

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ainite wrote:
right !  斑竹,请给自己加分!

  
你怎么这么幽默呀,我没有权限给自己加分的,多谢好意。
  
站长已经很照顾我了,给我了这么多分。你们努力就好了。
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