网格对有限元分析结构的影响

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霸威升降机机械有限公司

概述
有限元网格划分是进行数值模拟分析至关重要的一步，它直接影响着后续数值计算分析结果的精确性。网格划分涉及单元的形状及其拓扑类型、单元类型、网格生成器的选择、网格的密度、单元的编号以及几何体素。
网格质量
网格质量是指网格几何形状的合理性。质量好坏将影响计算精度。质量太差的网格甚至会中止计算。直观上看，网格各边或各个内角相差不大、网格面不过分扭曲、边节点位于边界等份点附近的网格质量较好。网格质量可用细长比、锥度比、内角、翘曲量、拉伸值、边节点位置偏差等指标度量。划分网格时一般要求网格质量能达到某些指标要求。在重点研究的结构关键部位，应保证划分高质量网格，即使是个别质量很差的网格也会引起很大的局部误差。
当模型中存在质量很差的网格(称为畸形网格)时，计算过程将无法进行。网格分界面和分界点，结构中的一些特殊界面和特殊点应分为网格边界或节点以便定义材料特性、物理特性、载荷和位移约束条件。即应使网格形式满足边界条件特点，而不应让边界条件来适应网格。
单元的质量和数量对求解结果和求解过程影响较大，如果结构单元全部由等边三角形、正方形、正四面体、立方六面体等单元构成，则求解精度可接近实际值，但由于这种理想情况在实际工程结构中很难做到。因此根据模型的不同特征，设计不同形状种类的网格，有助于改善网格的质量和求解精度。
图1.1质量很差的网格及分析结果
由图可知，由于网格稀疏且不规则造成分析结果与实际应力分布差别巨大。
下图为我公司设计人员为某公司铸造进行有限元分析时网格划分情况：

图1.2复杂曲面网格划分
从图中可以看出零件由多个放样曲面，且零件安装孔及细部特征较多，零件各部分厚度不均匀，基于以上愿意，对其进行均匀的网格划分较为困难。
图1.3零件细部特征网格划分
整个零件由单一均匀的网格进行划分，已经对其细部特征进行网格细化，公用单元42.8万个，为接近实际的分析结果提供了坚实保证。
图1.4曲面部位网格划分
以下为我们对剪叉式液压升降平台，底部剪叉进行的有限元分析：

图1.5对剪叉进行网格划分

图1.6网格放大图（网格均匀一致）

图1.7铰链孔处网格处理

图1.8剪叉应力分布云图

图1.9剪叉位移矢量图