搜索ABAQUS中ALE方法詳解及參數意義
2016-12-16 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
為了方便理解,先整體介紹一下ALE網格自適應方法的基本過程
一個完整的ALE過程可以分為若干個網格remesh子過程,而每一次remesh的過程可以分為以下兩步:
1、生成一個新的網格(create a new mesh)
利用各種算法以及控制策略生成一個良好的網格
2、環境變量的轉換(advection variales)
也就是將舊網格中的變量信息利用remapping技術轉換到新網格中,也有不同算法,其中包括靜變量(應力場,應變場等)的轉換與動變量(速度場,加速度場等)的轉換
生成的新網格成功與否則在于對這兩步的控制
一.對整個adaptiveremesh過程控制
包括兩個方面:一個是對adaptiveremesh過程的算法控制,另一個對adaptive mesh過程強度的控制
1.對adaptive remesh的算法控制
算法控制包括兩部分算法控制,其一為網格算法控制,其二為變量轉換算法控制
(1)網格重畫算法控制:
在ABAQUS中是如何生成新網格的呢?
即使用網格掃掠技術(meshsweep technique),每sweep一次,生成一套新的網格。但是當你使用的算法不同時,sweep出來的網格也是不同的,得到的網格質量也會不一樣。
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網格,如下所示:
1)體積算法(volume smoothing)
該算法十分健壯,為默認算法,在絕大多數情況下適用
2)拉普拉斯算法(laplacian smoothing)
耗費資源最少的算法,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,在節點被非結構化網格包圍時,此算法為推薦算法,若節點被結構化網格包圍,其效果與體積算法類似。
三種算法可以結合適用,利用權重值來定義,需要記住的是,三種算法各占的權值加起來必須等于1。
在ABAQUSCAE中,在step模塊中定義
選項卡如下所示:
(2)變量轉換算法控制:
在ABAQUS中將舊網格中的環境變量轉換到新網格中使用的是remapping技術,對于靜變量(應力場,應變場,位移場等)的轉換(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;對于動變量(速度,加速度等)轉換(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
選項卡如下所示:
2. 對adaptive remesh過程強度控制
在ABAQUS中對adaptive remesh過程的強度進行控制需要涉及到以下幾個參數。
(1)Frequency控制(頻率控制),主要是對整個step time中網格remesh的次數進行控制。Remesh次數n可以由n=Increment number /Frequency來表達其意義,當frequency的值為i時,表示每i個增量步進行一次remesh。
一個典型的ALE過程,在每5-100個增量步就需要一次remesh,對于拉格朗日問題,改參數默認值為10,若變形實在太大,可適當調高,以增加網格重畫的強度,對于爆炸,碰撞等變形時間極短的問題求解,則在每一個增量步都需要一次remesh,這時Frequency的值需要設置得很小,比如設為1,當然,adaptive remesh過程的強度也很高,也會很費時。對于其他變形不是很劇烈的問題求解,該參數值可以適當調高。對于歐拉問題,默認值為1。
(2)Mesh Sweeps參數控制,當該參數的值為n時,每一個remesh過程將對網格進行n次sweep,其實這個參數可以理解為對整個adaptive remesh過程的每一個子過程(remesh過程)的強度進行控制。
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)生成一套新的網格,但這個網格不一定是符合要求的,因此,需要在生成的新網格的基礎上用同樣的方式再進行sweep,就像我們求解方程時迭代的概念是一樣的。就這樣一直sweep下去直到sweep的次數達到mesh sweeps參數的值,這樣就完成了一個remesh過程中的新網格的生成。同樣,mesh sweeps參數的值越高,adaptive remesh過程強度越高,網格優化的狀況良好的機率也就越大。
在ABAQUSCAE中,在step模塊中定義
選項卡如下所示:
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參數設置:
1、Priority參數設置:
也就是指網格梯度控制(是否保持初始網格梯度,若需要保持初始網格梯度,則對網格的質量將會有影響)。
對于拉格朗日問題選擇Improveaspect ratio,在計算過程中將考慮到網格單元高寬比的改善,不考慮對初始網格梯度的保持。
對于歐拉問題選擇:Preserveinitial mesh grading,在計算過程中保證初始的網格梯度,但不會考慮到網格寬高比的改善。
2. Smoothingalgorithm 參數設置:
選項:Useenhanced algorithm based on evolving element geometry
主要是在幾何學的方面對定義的網格sweep算法(前面提到的三種算法)進行增強,目的是為了保證adaptive remesh過程的健壯性,為推薦選項。
選項:conventionalsmoothing
利用我們定義好的算法進行計算,無幾何增強。
3. Meshingpredictor參數設置
也就是網格節點位置控制(理想的網格節點位置控制,將會減少需要的網格sweep次數,減少資源浪費)
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參數設置
也就是曲率較大的曲線曲面邊界的網格密度控制,默認為1,該值越大,則圓角區的網格密度也就會越大,比較簡單。
5. Boundaryregion smoothing參數設置
5.1. Initial feature angle
即初始檢測角度的設置,當兩個相鄰的面的法向量大于該角度值的時候,這兩個相鄰面形成的corner將被檢測出來,在sweep時,網格不允許通過這個corner;小于的話就說明,該corner足夠圓滑,網格可以通過,當然,該corner應該是具有活性的,對corner活性的控制由下面一個參數(Transition feature angle)控制,否則也不會被考慮。
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過程中是會被考慮的,否則就不會考慮。
5.3. Mesh constraint angle
控制分析過程的一個角度參數,一般大于45度,設為默認值就可以,在分析過程中,當網格內某一個角度大于該參數值時,分析終止,文檔有詳細介紹。
6. Initialremeshing sweeps參數設置
也就是ALE過程開始之前對網格的一個優化,概念與mesh sweeps類似,因為我們有可能利用已經變形的很厲害的網格進行分析,這時,在分析開始之前,就需要對網格進行重畫。
最后總結下ALE的一個總過程,假定每5個增量步進行一次remesh,mesh sweeps參數值為m,advection sweeps的值為n,一個ALE具體過程可由下圖表示:
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