Сетка в КЭА. Параметры и настройка сетки

1. Сквозное автоматизированное проектирование электронной аппаратуры

Лекция 16.
Сетка в КЭА. Параметры и настройка сетки

2.

Создание сетки
Вкладка Симуляция → группа Сетка → Сетка. Доступна, если завершено
определение анализа. Тип сетки задается при создании анализа. Можно
создать сетку для модели без нагрузок и ограничений, но материал
должен быть задан.
Тип сетки:
Тетраэдральная сетка разбивает деталь на множество малых объемов для анализа (по
умолчанию подходит для большинства случаев анализа.
Поверхностная сетка обеспечивает более быстрый и точный анализ, когда применяется
для тонкостенных тел, таких как листовые детали и тонкостенные детали.
Сборки, которые содержат листовые и обычные детали или объединенные тела,
используют смешанную сетку.
Сетка типа Балка используется для конструкций из профилей.
Общие тела, созданные из поверхностей и тел, обеспечивают создание непрерывной сетки. Это удобно, когда
нужно создать сетку для деталей с Т-образными соединениями.

3.

Диалоговое окно «Сетка»
Доступные в окне параметры зависят от типа сетки
модели: поверхностная, тетраэдральная, смешанная.
Задать размер сетки
Задает размер сетки интерактивно. Значения шкалы
изменяются от 1 до 10. Меньшее значение создает более
грубую сетку; большее значение создает более точную сетку.
В твердотельной модели сетка должна иметь
толщину ≥ 2 элементам (по умолчанию = 3).
Один размер сетки для компонентов
Применяет тетраэдральную сетку к модели сборки.
Когда выключен, размер сетки вычисляется автоматически
наилучшим образом для каждого компонента.
Когда включен, для всех компонентов создается сетка одного
размера. Это стандартное поведение Femap.

4.

Диалоговое окно «Сетка»
Показать толщину оболочки
Задает отображение толщины для поверхностей, представляющих элементы пластины.
Показать сетку при закрытии окна
Позволяет исследовать сетку вне команды «Сетка». Позволяет также выборочно отобразить сетку для
детали из узла «Сетка» в панели дерева симуляции.

5.

Диалоговое окно «Параметры сетки»
Параметры твердотельной сетки
Параметры размера сетки
Параметры поверхностной сетки

6.

Диалоговое окно «Параметры сетки»
Параметры размера сетки

7.

Диалоговое окно «Параметры сетки»
Параметры размера сетки
Минимум элементов на ребре
Задает минимальное число элементов вдоль ребра на выбранных поверхностях.
Стандартно используется значение 1 и число элементов определяется настройкой
«Размер элемента». Используйте этот параметр и задайте большее число, если
хотите сделать улучшения.
Максимальная точность угла
Задает максимально допустимый угол между касательной к кривой границы
поверхности в начале ребра элемента и углом свободного ребра элемента (1).
Максимум элементов на мелком объекте
Ограничивает число элементов по периметру внутренней границы, обычно вокруг мелких
конструктивных элементов, в соответствии со значением, заданным в этом поле. Это исключает создание
избыточного числа конечных элементов вокруг мелких конструктивных элементов и негативное влияние
на результаты.
Когда задан этот параметр, можно ввести значение от 3 до 100000.
Максимальный размер мелкого объекта
Переопределяет размер конечного элемента и непосредственно задает размер мелкого конструктивного
элемента. Это значение представляет средний диаметр внутреннего элемента, вычисленный делением
длины периметра внутреннего объекта на число Пи.

8.

Диалоговое окно «Параметры сетки»
Рост сетки внутри поверхности – Фактор роста
Параметры размера сетки
Задает целевой размер всех элементов внутри
поверхности.
Он умножается на средний размер элементов,
расположенных по периметру поверхности. Если
вы хотите уменьшить размер конечных элементов
внутри поверхности, используйте значение от 0
до 1, а для увеличения размера используйте
значение больше 1.
Криволинейное улучшение сетки
Параметры этой группы используются для уменьшения размера конечных элементов в областях
поверхности с большой кривизной.
Сначала при создании сетки используется начальный размер конечного элемента. Затем для каждого
конечного элемента вычисляется отношение хорды высоты к хорде длины. Если это отношение больше
заданного значения, то размер конечного элемента автоматически уменьшается и сетка создается
повторно с новым размером. Этот процесс продолжается, пока все размер всех элементов будет меньше
этого отношения.
Коэффициент улучшения
Коэффициент улучшения = Хорда высоты ÷ Хорда длины,
где "Хорда высоты" (1) – это максимальное расстояние по нормали от
ребра элемента до кривой или поверхности, а "Хорда длины" (2) – это
длина ребра элемента.
Улучшить поверхностную сетку
Улучшает поверхностную сетку, используя Коэффициент улучшения.

9.

Диалоговое окно «Параметры сетки»
Использовать прогрессивную сетку
Параметры размера сетки
Когда модель содержит очень мелкие грани или ребра, которые могут вызвать ошибку при построении
сетки, этот параметр применяет прогрессивный алгоритм для упрощения геометрии и успешного
построения сетки.
По умолчанию этот параметр включен.
До – отображается кусочная геометрия.
После – геометрия упрощается.

10.

Диалоговое окно «Параметры сетки»
Параметры твердотельной сетки

11.

Диалоговое окно «Параметры сетки»
Параметры твердотельной сетки
Узлы в середине стороны на поверхностях
Создает средние узлы в тетраэдральной сетке для обеспечения высокой степени точности. На отдельных
гранях тетраэдральных элементов этот параметр создает параболические поверхностные элементы
вместо линейных поверхностных элементов.
Ограничить угол искажения в середине стороны
Ограничивает искажение параболических элементов, созданных с
помощью параметра "Узлы в середине стороны на поверхностях".
Максимальный угол
Улучшает поверхностную сетку, используя Коэффициент улучшения.

12.

Диалоговое окно «Параметры сетки»
Параметры поверхностной сетки

13.

Диалоговое окно «Параметры сетки»
Параметры поверхностной сетки
Разрешить наложение сетки
Когда включен, создает наложенную сетку с регулярными структурированными элементами.
Наложенная сетка использует значения "Максимальная точность угла" и "Минимум элементов на ребре"
для определения углов для создания поверхностных элементов.
Когда выключен, для выбранных поверхностей создается свободная сетка, которая состоит из
элементов, имеющих случайную нерегулярную форму.
Разрешить наложение сетки
Очистка после создания сетки
Этот стандартно включенный параметр
исключает специфические узоры в сетке
для повышения ее качества. Он также
выполняет дополнительную проверку
элементов, чтобы исключить проблемы для
поверхностных и твердотельных сеток.
Недостаток – очистка заменяет узоры на
меньшее число элементов, что может
сделать сетку более грубой.
Дополнительная очистка включает вставку добавочных точек сетки на длинных цилиндрических
поверхностях с грубым размером сетки. Это позволяет исключить элементы, закрывающие зазоры и
заполняющие отверстия.

14.

Диалоговое окно «Параметры сетки»
Параметры поверхностной сетки
Слои четырехугольных элементов
Задает число слоев четырехугольных элементов, размещенных вдоль каждой граничной кривой
поверхности. Можно выбрать 1, 2 или 3 слоя четырехугольных элементов вдоль каждой граничной
кривой поверхности, включая внутренние кривые.
Если вы введете число больше 3 прямо в поле, программа попытается создать заданное число
слоев четырехугольных элементов. Если будет недостаточно места для создания запрошенного
числа слоев для заданного размера сетки, то будет создано максимально возможное число
слоев.

15.

Диалоговое окно «Параметры сетки»
Сглаживание
Параметры поверхностной сетки
Настраивает расположение угловых узлов элементов для уменьшения искажения в этих элементах.
Сглаживание выполняется автоматически с помощью параметров создания свободной сетки, описанных
выше, но можно использовать этот параметр для сглаживания поверхностной или твердотельное сетки
вручную.
Оператор Лапласа
Помещает узел в центр окружающих и напрямую соединенных с ним
узлов вдоль ребра элемента. Обеспечивает сетку с наименьшим
искажением. Быстрый метод.
Центроидальное
Помещает узел в центроид окружающих элементов. обычно создает
сетку с элементами более однородного размера.
Максимум итераций
Для любого из двух методов сглаживания (оператор Лапласа или центроидальное) задает
максимальное число итераций сглаживания сетки. В конце каждой итерации выполняется новая
оценка сглаживания для измененных положений узлов. Этот процесс продолжается, пока не
будет достигнуто максимальное число итераций, или пока не будет узлов, перемещенных на
расстояние больше значения точности, заданного в поле "Сгладить до".
Сгладить до
Задает максимальное расстояние, на которое может быть перемещен
отдельный узел в итерациях сглаживания.

16.

Оценка качества сетки
Индикаторы состояния сетки
Когда сетка создана, состояние сетки для каждого
отдельного тела обозначается специальным значком в
узле Сетка.
Качество сетки определяется в Femap с помощью соотношений сторон элементов.
Соотношения сторон элементов определяют качество треугольников на поверхности,
входящих в тетраэдральную сетку. Треугольники должны иметь соотношения сторон от
1.0 до 2.0. Это обеспечивает сетку высокого качества, и на ее основе создается
твердотельная тетраэдральная сетка также высокого качества.

17.

Определение областей с сеткой плохого качества
Для определения областей, в которых нужно изменить размер
сетки и обновить сетку после изменения размера элементов,
можно использовать специальные команды. Когда объект
выбран в узле Сетка в панели Симуляция, доступны следующие
команды:
Показать сетку низкого качества
Команда Показать сетку низкого качества
доступна в контекстном меню, когда качество
созданной сетки является плохим и отображается
следующий значок состояния:
.
В графическом окне элементы сетки с хорошим
качеством имеют полупрозрачный белый цвет.
Элементы сетки с плохим качеством имеют темнопурпурный цвет.
Повторно создать сетку
Команда Повторно создать сетку находится в
контекстном меню отдельных деталей в сборке и
используется в случаях, когда:
Детали имеют ошибку сетки при ее первом
создании.
Изменены параметры сетки для детали.
Детали имеют сетку плохого качества.
Команда обновляет сетку только для выбранной детали, а не для всех тел в анализе.

18.

Улучшение сетки
После создания сетки командой Сетка можно улучшить ее с помощью команд
задания размера сетки. Размер сетки применяется к модели в следующем
порядке:
размер для тела → размер для грани → размер для ребра.
Управление размером сетки позволяет улучшить сетку в областях модели, требующих более точного анализа.
Например, любая область, где грани модели резко изменяют форму, являются кандидатами для изменения
размера сетки. Кривые и отверстия также представляют области потенциальных высоких напряжений.
В этой плоской детали с двумя отверстиями разного диаметра можно задать размер сетки в соответствии с
разными размерами отверстий:
Размер сетки для грани=5 применяется к главному телу.
Размер сетки для ребра=12 применяется к ребрам малых отверстий.
Размер сетки для ребра=24 применяется к ребру большого отверстия.

19.

Улучшение сетки. Размер сетки для тела
Команда Размер для тела
позволяет улучшить сетку для
твердых тел и поверхностей. Когда вы выбираете эту команду и есть
только один объект в модели, то он выбирается автоматически.
Если есть множество тел или поверхностей, появится запрос о
выборе нужных объектов для задания размера.
Размер сетки
Задать
Использует значение, заданное с помощью шкалы размера сетки в
меню команды. Значения могут быть в диапазоне от 1 до 10;
стандартное значение равно 3.
Задать размер
Применяет значение размера сетки, введенное в это поле,
используя единицы длины модели.

20.

Улучшение сетки. Размер сетки для тела
Для поверхностной сетки
Тип сетки
Треугольные элементы
Задает, что сетка состоит только из треугольников.
Четырехугольные элементы
Этот параметр задает создание четырехугольных элементов, когда это возможно. Треугольники
создаются там, где четырехугольники не могут удовлетворять заданным условиям размера сетки на
границе, а также там, где четырехугольники сильно деформируются.
Можно переопределить стандартно допустимую деформацию в 60°, задав любое значение. Чем
меньше значение деформации, тем больше треугольников будет иметь сетка. Всегда будет хотя бы
один треугольник, если задано нечетное число узлов на поверхности.
Четырехугольные сетки являются более точными, чем треугольные сетки. При
создании сетки на поверхности или срединной поверхности по умолчанию
используется четырехугольная сетка.
Для получения тех же результатов, что и для четырехугольной сетки, нужна очень
плотная треугольная сетка.

21.

Улучшение сетки. Размер сетки для тела
Для твердотельной сетки
Управление тетраэдральной сеткой
Коэффициент роста
Коэффициент роста – это значение, на которое умножается средний размер элементов по периметру
поверхности. Это значение используется как целевой размер для всех элементов внутри поверхности.
Чтобы уменьшить размер элементов внутри поверхности, используйте
число от 0.5 до 1.
Пример: Коэффициент роста = 1.0
При создании сетки для тонкостенных тел задайте коэффициент
роста 1.0, чтобы исключить рост сетки в направлении внутрь тела.
Чтобы увеличить размер элементов внутри поверхности, используйте
значение больше 1 (максимальное значение равно 100).
Пример: Коэффициент роста = 2.0
При создании сетки для тонкостенных тел задайте коэффициент
роста 1.0, чтобы исключить рост сетки в направлении внутрь тела.

22.

Улучшение сетки. Размер сетки для тела
Для твердотельной сетки
Коэффициент роста
На следующем рисунке показано сравнение размеров элементов сетки для двух разных коэффициентов
роста: 5.0 и 0.2.
Если нужно получить тетраэдральные элементы большего или меньшего размера, чем позволяет этот
коэффициент, снова создайте сетку на поверхностях тела, улучшая или ухудшая сетку.
Средние узлы
Включите этот параметр, чтобы создать средние узлы в тетраэдральной сетке. Средние узлы
обеспечивают высокую степень точности.
Когда этот параметр выключен, создаются линейные элементы сетки.
Практически всегда вы должны иметь этот параметр включенным. Четырехузловые тетраэдральные
элементы могут давать неточные результаты.

23.

Улучшение сетки. Размер сетки для грани
Команда Размер для грани
позволяет переопределить
размер сетки на кривых, связанных с этой поверхностью,
или задать сетку на всех кривых, для которых размер сетки
не задан в данный момент.
Размер элемента
Это номинальное введенное значение подгоняется для равномерного распределения на
каждой кривой.
Наложенная сетка
Задает тип сетки для создания на поверхности. Программа
выбирает создание свободной граничной сетки или
наложенной сетки для каждой поверхности. Эти п араметры
управляют тем, какая сетка используется, а также определяют
другие условия, которые позволяют создать наложенные сетки
на поверхностях, которые иначе не поддерживают создание
сетки.

24.

Улучшение сетки. Размер сетки для грани
Наложенная сетка
Автоматически (1)
Программа выбирает подходящую сетку на основе
геометрии, размера сетки и полученного качества сетки.
Обычно результатом является свободная сетка.
Наложение – Четыре угла (2)
Создает наложенную сетку на поверхности между четырьмя
точками, которые выбраны как углы сетки. Эти точки можно
задать в любом порядке, но вы должны выбрать четыре
разные точки. Ребрами сетки являются все кривые, которые
лежат между выбранными точками.
Наложение – Три угла (3)
Похоже на параметр Наложение – Четыре угла, но
определяет три угла вместо четырех. Полученная сетка
может состоять из четырехугольных элементов на
поверхности, обозначенной тремя углами. Однако, в
зависимости от геометрии, полученная сетка может иметь
искажения.
Наложение – Три угла (веер) (4)
Похоже на параметр Наложение – Три угла, но
результирующая сетка в первом углу имеет треугольники, а
не четырехугольники. Это единственная точка, которая
должна быть задана в нужном порядке.

25.

Улучшение сетки. Размер сетки для ребра
Команда Размер для ребра
позволяет задать
размер сетки на одном или нескольких ребрах модели.
Например, стандартная сетка для детали с
отверстиями будет лучше и хуже вокруг
разных геометрических элементов. Можно
использовать размер сетки для ребра, чтобы
увеличить размер сетки вокруг больших
отверстий и уменьшить размер сетки вокруг
малых отверстий, сокращая концентрацию
напряжений.
Число элементов
Если пусто, используется длина элемента.
Размер элемента
Изменяет стандартные параметры размера сетки
для ребра, которые можно применить для
улучшения сетки, созданной ранее. Параметры
размера элемента обычно не используются, если вы
задаете размер сетки на одной кривой. Однако, они
позволяют использовать всего одну команду для
выбора нескольких кривых (возможно, что всей
модели), задать хорошую крупную сетку и получить
улучшение сетки вдоль нужных кривых.

26.

Улучшение сетки. Размер сетки для ребра
Минимум элементов на отрезке
Обеспечивает, что каждый прямой отрезок в модели будет иметь не
меньше заданного числа элементов.
Значение должно быть от 0 до 90.
Минимум элементов на замкнутых ребрах
Задает минимальное число элементов для размещения вдоль
любого замкнутого ребра, например, окружности.
Значение должно быть от 0 до 90.
Минимум элементов на других ребрах
Задает минимальное число элементов на других ребрах, которые не
являются отрезками или незамкнутыми кривыми, таких как сплайны.
Значение должно быть от 0 до 90.

27.

Улучшение сетки. Пример
При создании поверхностной и твердотельной сетки, сначала внешняя поверхность
модели покрывается треугольниками. Каждый треугольник соединяется с тремя
другими треугольниками на каждом ребре. Затем на основе поверхностных
элементов создаются тетраэдральные элементы внутреннего объема. Если грани
твердотельных элементов имеют плохую форму или вырождаются, то это значит,
что поверхностные элементы имеют плохое качество.
Команда Размер для грани позволяет улучшить сетку вокруг отверстий в листовой
детали. Увеличение числа элементов при изменении стандартного значения 5,73
мм до 10 мм в поле Задать размер сетки диалогового окна Размер для грани
обеспечивает более регулярную сетку вокруг отверстия.