有限元网格划分技术研究黄志超.pdf
第23卷第4期南昌大学学报(工科版)Vol.23No.4
2001年12月JournalofNanchangUniversity(EnginringTechnology)Dec.2001
文章编号:1006-0456(2001)04-0025-07
有限元网格划分技术研究
黄志超,包忠诩,周天瑞,陈泽中
(南昌大学机电工程学院,江西南昌330029)
摘要:以有限元方法为代表的数值模拟可以形象地描述金属在成形过程中的流动行为,提供
变形体及模具在成形过程中各种物理学场量的分布及变化规律,从而为模具设计提供依据.较系
统地论述了有限元中几种网格划分技术,分析了各种网格生成方法的优缺点,并展望有限元网格
划分发展趋势.
关键词:网格划分;有限元;塑性成形
中图法分类号:TP393.02文献标识码:A
在挤压、锻造、轧制等体积形成过程中,以有限元方法为代表的数值模拟得到了较为广泛
的应用.它可以形象地描述金属在成形过程中的流动行为,提供变形体及模具在成形过程中
各种物理学场量的分布及变化规律,从而为模具设计提供依据.而在复杂的三维数值模拟中
经常会出现网格畸变和工模干涉等,为了能使模拟进行下去就要进行网格重划,因而网格划分
技术在有限元中就有重要地位.本文系统地分析了网格划分的几种方法以及网格划分技术的
最新进展.
有限元网格划分技术
有限元网格划分技术随着有限元技术的发展而发展.最早的有限元网格自动剖分出现于
20世纪70年代初[1,2,12].网格自动剖分一直是国内外有限元研究和应用的热点,也产生了很
多不同的算法.以下分别介绍网格划分目前主流算法,并分析其优缺点.
.映射网格生成法
[3][4][5][6][7]
MartinsPAF,PartrickKnupp,ZienkiewiczOC,BerryKJ,杨名生等人对此
进行了研究.
“映射”方法的基本思想是:
双射
实际图形标准图形
也就是根据形体边界的参数方程,利用映射函数,把参数空间内单元正方形或单元三角形
(对于三维问题是单元立方体或单元四面体)的网格映射到欧氏空间,从而生成实际的网格.
这种方法的主要步骤是,首先人为地把分析域分成一个个简单可映射的子域,每个子域为
三角形或四边形,然后根据网格密度的需要,定义每个子域边界上的节点数,再根据这些信息,
利用映射函数划分网格.图1是它的图示过程.
收稿日期:2001-07-02
基金项目:江西省教委资助项目;铁道部基金资助项目(J2000Z062)
作者简介:黄志超,男,1971年生,博士研究生,华东交通大学讲师.
·26·南昌大学学报(工科版)2001年
()单元正方形网格映射
()分析对象()子域划分()最终网格
到实际图形网格
图1映射法网格生成过程
这种网格控制机理有以下几个缺点:
1)它不是完全面向几何特征的,很难完成自动化,尤其是对于3D区域.
2)它是通过低维点来生成高维单元.例如,在2D问题中,先定义映射边界上的点数,然
后形成平面单元.这对于单元的定位,尤其是对于远离映射边界的单元的定位,是十分困难
的,使得对局部的控制能力下降.
3)各映射块之间的网格密度相互