利用自適應網格以保持網格品質

當預計幾何形狀會出現顯著扭曲時，將很難保持網格的品質，因為它會像孩子手中的黏土一樣變形和扭曲。在這種情況下，重新劃分網格以避免網格扭曲是很有效的方法。但這可能會很麻煩，尤其是重新劃分網格的步驟要自動進行，而無需使用者干預時。幸運的是，Ansys Mechanical 可以在 2D 和 3D 分析中，重新劃分扭曲元素的網格。接著讓我們來看看求解器網格劃分技術，對於解決複雜問題至關重要的兩個實際應用。

 

什麼是非線性自適應網格 Nonlinear Mesh Adaptivity, NLAD

在模擬軋製、拉伸和沖壓等製造工藝時，通常伴隨著顯著的形狀變化。 在分析防止液體或氣體洩漏的橡膠密封件或是軟化的延展性金屬時，也會出現嚴重的變形。在這些類型的分析中，形狀的變化非常劇烈，導致初始網格的品質不再適用。
而非線性網格自適應(NLAD) 解決了這類分析中的網格變形問題。求解器會持續追蹤網格品質，當偵測到變形時，就會產生更高品質的網格。使用者可以透過細化網格、保持原有大小或是粗化網格，來靈活地重新劃分變形區域的網格。

 

非線性自適應網格適用於多個外殼之間壓接的彈性線材

 

非線性自適應網格的優勢

非線性網格自適應技術可以在出現自接觸（self-contact）時重新進行網格劃分。這在模擬將橡膠密封圈擠入小縫隙以防止高壓容器、管線和其他機械設備中的液體或氣體洩漏時很常見。
NLAD 的一大優點是控制網格離散化誤差。當工程師在設計零件時，常常會擔心分析結果的準確性。一個常見的錯誤是，感興趣區域中的粗略網格導致低估了關鍵位置的應力。而非線性網格自適應能透過監控網格捕捉應力與應變變化的能力，自動針對這些變化進行網格細化，從而更精確地反映鄰近元素的應力與應變分佈。針對引擎缸體這類的大型模型，或是包含複雜組件且熱點應力位置尚不明確的模擬分析，讓求解器自動細化特定區域的網格來提升結果的準確性，具有非常大的好處。

 

 

使用自適應網格重新劃分技術來模擬裂紋擴展 Adaptive Remeshing

重新劃分網格技術 (Adaptive Remeshing) 也可應用於裂縫擴展模擬。疲勞裂縫擴展是工業設備、航空結構和交通工具框架的常見故障，會導致生命和財產損失。因此預測裂縫擴展對於確保安全至關重要。當裂縫出現在幾何形狀複雜的位置時，傳統的設計手冊就不再適用。分離、形變、自適應、重新網格劃分技術 (S.M.A.R.T.) 可讓我們準確預測複雜疲勞載荷循環下的裂縫擴展行為。主要的挑戰是不僅要能夠預測裂縫的擴展和方向，還要自動處理網格中的拓撲變化，並自動針對新的裂縫面重新劃分幾何形狀。

S.M.A.R.T 技術如今已發展成熟，可處理燃氣渦輪引擎的葉片、引擎缸體和焊縫等複雜幾何形狀。重新劃分網格技術自動建立新的裂縫面，細化裂縫前緣的網格，並粗化其他區域的網格，可在維持最小網格數的同時保持精度。

NLAD 和 S.M.A.R.T 都是非常實用且基於求解器的重新劃分網格技術。自動重新劃分網格功能，將重新劃分新拓撲網格的負擔從使用者轉移到求解器。以往繁瑣、耗時且容易出錯的模擬過程，現在變得友善易用了。這讓一般使用者和模擬專家能夠處理以前難以解決的複雜工程問題。

 

 

渦輪增壓器幾何形狀上顯示的裂紋擴展

 

參考資料：Ansys Blog

 

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