ABAQUS+ALE自适应网格技术

ABAQUSALE自适应网格技术时间：2021.03.02创作：欧阳数为了方便理解,先整体介绍一下ALE网格自适应方法的基本过程，一个完整的ALE过程可以分为若干个网格remesh子过程，而每一次remesh的过程可以分为两步：1生成一个新的网格(createanewmesh),利用各种算法以及控制策略生成一个良好的网格，主要包括划分的频率和算法。2环境变量的转换(advectionvariales),也就是将旧网格中的变量信息利用remapping技术转换到新网格中，也有不同算法，其中包括静变量(应力场，应变场等)的转换与动变量(速度场，加速度场等)的转换。上面的两步在软件设置上面，可认为是对网格划分区域的控制(ALEAdaptiveMeshDomain)和算法的控制(ALEAdaptiveMeshControls)o1ALE区域的控制(1)几何区域选择(set)探NoALEadaptivemeshdomainforthisstep该分析步没有使用ALE技术。UsetheALEadaptivemeshdomainbelow将以下区域定义为ALE区域。(2)ALEAdaptiveMeshControls自适应技术控制选项,后面介绍(3)Frequency频率控制，主要是对整个steptime中网格remesh的次数进行控制。Remesh次数n可以由n=Incrementnumber/Frequency来表达其意义，当frequency的值为i时，表示每i个增量步进行一次remesho—个典型的ALE过程，在每5-100个增量步就需要一次remesh,对于拉格朗日问题，改参数默认值为10,若变形实在太大，可适当调高，以增加网格重画的强度，对于爆炸，碰撞等变形时间极短的问题求解，则在每一个增量步都需要一次remesh,这时Frequency的值需要设置得很小，比如设为1,当然，ad叩tiveremesh过程的强度也很高,也会很废时。对于其他变形不是很剧烈的问题求解，该参数值可以适当调高。对于欧拉问题，默认值为lo图lFrequency的设置(4)Remeshingsweepsperincrement一个频率下的迭代次数，当该参数的值为n时,每一个remesh过程将对网格进行n次sweep,其实这个参数可以理解为对整个adaptiveremesh过程的每一个子过程（remesh过程）的强度进行控制。那么，我们先来理解一下sweep的概念,每sweep—次zabaqus将利用我们设置好的算法（体积算法,拉普拉斯算法或等位算法）生成一套新的网格,但这个网格不一定是符合要求的，因此，需要在生成的新网格的基础上用同样的方式再进行sweep,就像我们求解方程时迭代的概念是一样的。就这样一直sweep下去直至I」sweep的次数达到meshsweeps参数的值，这样就完成了一个remesh过程中的新网格的生成。同样/meshsweeps参数的值越高,adaptiveremesh过程强度越高,网格优化的状况良好的机率也就越大。图2Remeshingsweepsperincrement的设置（5）Initialremeshingsweeps也就是ALE过程开始之前对网格的一个优化,概念与meshsweeps类似，因为我们有可能利用已经变形的很厉害的网格进行分析，这时，在分析开始之前，就需要对网格进行重画。图3Initialremeshingsweeps的设置2ALE过程的控制算法控制包括两部分；一为网格算法控制；其二为变量转换算法控制。（1）Priority也就是指网格梯度控制（是否保持初始网格梯度，若需要保持初始网格梯度，则对网格的质量将会有影响）。探Improveaspectratio在计算过程中将考虑到网格单元高宽比的改善,不考虑对初始网格梯度的保持。探Preserveinitialmeshgrading在计算过程中保证初始的网格梯度’但不会考虑到网格宽高比的改善。图4Priority的设置界面(2)smoothingalgorithm^Useenhancedalgorithmbasedonevolvingelementgeometry主要是在几何学的方IEI对我们定义的网格sweep算法（前面提到的三种算法）进行增强,目的是为了保证ad叩tiveremesh过程的健壮性，为推荐选项,选它就行了探conventionalsmoothing利用我们定义好的算法进行计算,无几何增强。图5smoothingalgorithm的界面控制(3)MeshingPredictor也就是网格节点位置控制(理想的网格节点位置控制，将会减少需要的网格sweeps次数，减少资源浪费)。探Currentdeformedposition对于拉格朗曰'可题选择探Positionfrompreviousadaptivemeshincrement对于欧拉问题选择图6Meshingpredictor的界面控制(4)Curvaturerefinement也就是曲率较大的曲线曲面边界的网格密度控制，默认为1,该值越大，则圆角区的网格密度也就会越大,比较简单。图7Curvaturerefinement的界面控制(5)Weights在ABAQUS中是如何生成新网格的呢？即使用网格扫掠技术(meshsweeptechnique)z每sweep一次，生成一套新的网格。但是当你使用的算法不同时，sweep出来的网格也是不同的。在ABAQUS显示模块中,sweep算法用英语来说就是meshsmoothingmethod,有三种算法来sweep网格，如下所示；探体积算法(volumesmoothing)该算法十分健壮”为默认算法,再绝大多数情况下适用探拉普拉斯算法(laplaciansmoothing)耗费资源最少的算法,能力一般，作用与体积算法类似(一阶算法,类似于求平均值)，对于曲率比较高的曲线曲面边界时,效果不是很理想。探等位算法(equipotentialsmoothing)比较复杂的算法，是基于拉普拉斯算法的解之上的算法,对曲率较大的曲线曲面边界效果较好，在节点被非结构化网格包围时，次算法为推荐算法，若节点被结构化网格包围,其效果与体积算法类似。三种算法可以结合适用,利用权重值来走义,需要记住的是”三种算法各占的权值加起来必须等于lo图8Remesh网格重画的算法控制(6)BoundaryRegionSmoothing边界区域平滑主要包括以下几个参数设置:探initialfeatureangle即初始检测角度的设置(0<01<180),当两个相邻的面的法向量大于该角度值的时候，这两个相邻面形成的corner将被检测出来,在sweep时,网格不允许通过这个corner。小于的话就说明,该corner足够圆滑，网格可以通过，当然，该corner应该是具有活性的，对corner活性的控制由下面一个参数(Transitionfeatureangle)控制，否则也不会被考虑。^Transitionfeatureangle控制被检测出的corner(O<0T<18O)^}Bte的,如果被检测处的corner的两面法线夹角大于该值则该corner,在ale过程中是会被考虑的，否则就不会考虑。探Meshconstraintangle控制分析过程的一个角度参^(5<0c<85),一般大于45度，设为默认值就可以，在分析过程中，当网格内某一个角度大于该参数值时,分析终止,文档有详细介绍。图9BoundaryRegionSmoothing的设置(7)Advection在ABAQUS中是如何将旧网格中的环境变量转换到新网格中的呢？即使用remapping技术,对于静变量(应力场,应变场，位移场等)的转换(advection),有两种算法即为一阶算法(firstorder)与(secondorder)算法,secondorder算法适用于所有问题，为推荐算法，一阶算法比较简单，占资源少,速度快;对于动变量(速度/加速度等)转换(momentumadvection)，也有两种算法，elementcenterprojectionmethod与half-indexshiftmethod,前者为推荐算法，选择前者就ok了,如果想仔细研究，查查ABAqus文档就可以了z里面写的很清楚。图10Advection的控制时间：2021.03.02|创作：欧阳数