ANSYS仿真小知识

ANSYS仿真技术中的网格划分与高精度建模策略探讨


引言

ANSYS仿真技术在机械工程、土木工程、生物医学工程等多个领域发挥着巨大作用。实现精确和高效的仿真需求，首先在于合适的网格划分，紧接着涉及材料属性定义与应力应变分析。本文旨在深入解析ANSYS仿真中网格划分的选型、接触面处理、材料属性定义及局部高精度优化等策略，以最终提高仿真结果的可信度与预测能力。




1. 几何尺寸、类型与网格划分策略

在ANSYS仿真中，根据分析对象的具体情况，几何尺寸和类型将直接影响网格划分的效率与精度。一般来说，分析对象的尺寸可大致分为一维、二维及三维类别，并且根据具体应用，筛选最适合的网格单元类型至关重要。

结构与疲劳分析：此情景偏向使用六面体单元，原因在于其能够更精确地模拟应力分布和疲劳损伤累积，尽管四边形和四面体单元在处理复杂几何变形方面具有优势，而三角形、四面体、五面体等单元类型在碰撞类非线性分析中，尤其是接触表述上存在局限性。

模流分析：相比二维网格，三角形单元因其良好适应性和较复杂的边界条件处理能力，在模流（流动塑性）分析中更占优势，提供更为准确的塑料变形预测。

接触面考量：接触面的几何一致性对于迭代收敛性具有显著影响，合理的网格尺寸布局能够提升仿真迭代效率与结果精度。

2. 网格划分高效的mesh模型与自动化策略

为了解决复杂形状的高效网格划分问题，ANSYS中的MultiZone网格模型提供了一种创新途径。其自动区域分解特性允许通过简单的面指定与网格控制参数设置，实现对零件的精确分区，并生成高质量网格。这一方法特别适用于传统扫掠方法难以直接生成理想的高质量网格的规整单体部件，在兼顾几何复杂性和计算效率上表现出色。

3. 数值精度与计算效率的权衡

网页混合网格模型区分了结构化网格与非结构化网格概念，前者主要由四边形与六面体单元组成，后者则涵盖三角形、四面体、五面体等多种单元类型。高阶单元，即具有更高阶精度的单元，虽然能够提供更精确的计算结果，但也伴随着计算量大幅增加的挑战。在大部分物理场的数值计算中，1阶2次单元通常能提供较好的性价比，即实现了算得准、算得快的良好平衡。

4. 接触面处理：对称与非对称接触选择

接触面处理对仿真结果的质量和计算效率产生重要影响。在后处理阶段，若接触面设置为对称，则计算得到的压力值可能存在偏差，正确做法是取两个压力值的平均或者明确调整为非对称接触。这种情况的合理调整客观上有助于结果的准确度和计算的收敛性，特别是在接触行为显得紊乱、无法明确区分接触与非接触面的复杂场景。

5. 网格划分参数的设置优化策略

在接触行为设置中，选择对称或非对称接触的基本原则是根据实际工程需求和仿真预期的目标。对称接触由于提供了额外的接触条件，在特定的几何复杂性和网格一致性情况下可能促进迭代的快速收敛，但也可能引入额外的计算负担。权衡接触计算结果的准确性和计算效率，是网格设置策略的关键。