有限元计算技巧之--混合使用低阶四面体单元和高阶四面体单元来减小模型计算规模

hyb951688 · 发表于 2011-2-15 11:19:42

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在进行有限元建模的时候，受到计算机硬件的限制，我们应该适当地控制模型的规模，本文讲述一种比较实用的能够减少计算规模的处理技巧。
当模型的结构比较复杂时，我们通常是划分2阶四面体来进行计算，2阶四面体单元有很好的计算精度，但是由于一个2阶四面体单元就有10个节点，所以使用2阶四面体单元划分网格的缺点是得到的单元和节点数目比较多，使计算规模增大。
低阶四面体单元的计算精度非常差，在静强度计算中要尽量避免使用，但是这也不是绝对的，低阶四面体也有它的好处，一个单元只有4个节点，节点数目远远小于高阶四面体，对于一个要分析的结构，如果我们只关注某些部位，其他部位不是我们所关注的，我们可以把非关注部位用低阶四面体网格，关注部位使用高阶四面体网格，高阶四面体和低阶四面体之间使用abaqus中的tie联结起来（或者ANSYS中的绑定接触）。
在实际操作中，有几点需要注意：
1.处理时，要注意使用高阶四面体和低阶四面体交界处的节点完全保持一致。虽然使用Tie或者Bonded contact并不要求被联结的部件节点完全匹配，但是你最好保证节点完全一致，因为如果交界面处节点不一致，使用tie时，交界处可能产生虚假的应力集中。
另外需要注意的是：我说的节点完全一致仅仅指corner node,不包含中间节点，低阶的四面体是没有中间节点的。
2.高低阶单元的交界面并不需要刻意为一个平面，可以从随意位置把单元分开。
3.交界面上，高阶单元和低阶单元的节点位置重合，但是注意不要把节点合并了。
通过这种高低阶单元的混合使用，充分利用了高低阶单元各自的优点，可以有效地减少单元数目，同时又能保证关注部位的计算精度，这在工程实际中是一种非常实用的处理技巧。
下面是一个高低阶单元混合的示例：

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有限元计算技巧之--混合使用低阶四面体单元和高阶四面体单元来减小模型计算规模

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