自適應格線方法是指計算中,在某些變化較為劇烈的區域,如大變形、激波面、接觸間斷面和滑移面等,格線在疊代過程不斷調節,將格線細化,做到格線點分布與物理解的耦合,從而提高解的精度和解析度的一種技術。自適應格線希望在物理解變動較大的區域格線自動密集,而在物理解變化平緩區域格線相對稀疏,這樣在保持計算高效率的同時得到高精度的解。自適應格線技術主要有移動格線方法和局部細化或粗化的格線方法。近三十年來,自適應格線方法一直引起國際學術界和各類套用部門的高度重視,並且成為格線方法研究的熱點問題,發展了很多方法,在一些領域套用非常廣泛。
比如在成型過程模擬中,坯料遇到比較劇烈的變形時可以自動進行局部區域的格線細分,以提高這些部位計算的準確度,如圖9-1所示。自適應格線技術對衝壓成型是至關重要的,因為初始的衝壓板材通常比較平坦、形狀很簡單,採用有限元格線離散化時,如果格線較粗,可能引起較大誤差。但如果採用細密的有限元格線,將增加單元的總數,並且由於單元尺寸減小將降低極限時步長,增加計算的機時。雖然採用局部細分格線可以節省機時,但由於板料大變形和在模具中相對滑動,難以預測局部細分格線在初始狀態板料上的位置,而且局部細分格線在前處理時也有很大麻煩。自適應格線技術剛好解決了這一問題,並在時間與精度上巧妙地取得了平衡。自適應格線技術提高了對零件的表面質量(表面缺陷、擦傷、微皺紋等現象)判斷的準確性,並且可以節約大量的計算時間。
9.2 h-adaptive方法和r-adapdve方法
在LS-DYNA中,自適應格線劃分方法可以分為兩種:h-adaptive方法和r-adaptive方法。h-adaptive方法是指單元變形較大時,將單元細分為更小的單元以改善精度,目前僅適用於殼單元,主要用於金屬成型模擬、薄壁結構受壓屈曲等問題。
在h-adaptive方法中,某些單元分割為更小的單元以改善計算精度,如圖9-2所示,薄壁方形梁屈曲分析採用的是一級自適應格線劃分計算。LS-DYNA中採用自適應格線方法的目的在於使用有限的計算資源獲得最大的計算精度。用戶設定好初始格線和自適應劃分級別後,程式根據需要將某些單元進行分割。雖然這種方法並不能完全解決求解過程中的誤差,但與固定格線相比,可以使用較少的單元和計算資源來儘可能地提高求解精度。
h-adaptive方法中,某些單元由於精度需要細分為更小的單元,這個過程稱為裂變。裂變後,新單元的邊長尺寸是原來的1/2,通過各邊中點以及單元質心,一個四邊形單元可以分割為四個四邊形單元,如圖9-3所示。
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