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ALE自适应网格的适用范围与特点

作者:管理员    发布于:2015-01-28 00:38:37    文字:【】【】【

ALE网格自适应方法结合了单纯的拉格朗日方法与欧拉方法的分析特征,通常被称为任意拉格朗日-欧拉方法。

在理解ALE网格方法之前,需要对拉格朗日方法与欧拉方法补一下课,先理解一下这两种方法是什么样的,有何区别。

拉格朗日方法:拉格朗日方法是比较经典的一种分析方法,它采用的是拉格朗日坐标来描述的,反映了物体质点与它每瞬间所处的位置关系,不同的坐标代表不同的质点,也称为物质坐标,在有限元方法里面来说的话,也就是材料与网格结合在一起,网格代表坐标,材料也就是无数个质点,二者在整个分析过程中是联系在一起的。

欧拉方法:在传统的拉格朗日方法中,网格与材料是绑定的,也就是材料流动,网格也会随之变形,拉格朗日网格始终是被一种材料填满的,所以材料边界与网格边界是一样的。相反,欧拉方法则不同,欧拉方法则是用欧拉坐标(也叫空间坐标)描述的。欧拉坐标只识别空间,所以也叫空间坐标,每一个坐标代表一个空间点,同一个空间点,在不同的时刻可以由不同的物质点占据。在有限元方法中来说的话,也就是欧拉网格与材料完全脱离,欧拉网格允许网格不被材料100%充满(许多网格是部分充满或者说是有空隙的),这样的话,这使得需要在每一步增量对材料边界进行计算。如果在欧拉方法分析过程中,某些材料流出了欧拉网格,那么这些材料就流失了,欧拉方法对其就不会起作用了。

ALE网格自适应方法结合了上述两种算法特征,主要是用来使网格在整个分析过程中保持一种比较良好的状态,不出现巨大的扭曲与变形(通常情况下网格与材料是联系在一起的,当发生大变形的时候,材料流动显著,这就会导致某些网格节点在材料流动的带动下发生很大位移,造成网格畸变与扭曲,主要是在大变形或者材料破坏流失的情况下作用明显)。它的主要原理则是让网格脱离材料而流动,但与欧拉方法不同,比较明显的一个不同点就是,它的网格必须被一种材料充满,而且材料边界条件复杂(我也不是非常清楚,就不一一说明了)。ALE网格自适应方法使得网格脱离材料独立流动,就可以改善网格状况,使得网格在整个分析过程中保持比较良好的状态。ALE网格自适应方法不会改变网格的拓扑结构。

要对该方法做完全理解的话还得看看ABAQUS文档中的详细介绍了,比如网格重划域的概念,以及如何定义,域的边界有哪些(拉格朗日边界,欧拉边界,滑动边界),他们的定义与区别等,网格限制等等。文档里面有详细介绍,也不是很难,基本可以看懂。

下面说一下ALE adaptive meshing适用范围与特点:

显示模块中:

1.通常能够在材料严重变形的情况下保持比较好的网格状态;

2.在整个分析过程中不改变网格的拓扑结构;

3.能用来分析拉格朗日问题(即材料不离开网格的问题)与欧拉问题(材料 在网格内流动的问题);

4.能用于动态分析中的大变形情况(冲压,穿刺等);

5.能用于准静态分析(轧制,金属成形等)。

隐式模块中:
主要用于声畴,冲蚀,磨损等,分析的问题也主要是拉格朗日问题等,作用不是很大。
下面是一个金属成型的例子,左边是没有使用ALE网格适应技术的网格状况,右边是使用了该技术的网格状况,可以看到,网格状态有很明显的改善。

 

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