Mentre gli altri ragazzi hanno spiegato il quadro teorico alla base del meshing, la pratica è nettamente diversa e non è affatto automatica nei settori in cui la qualità della mesh è della massima importanza dato che i risultati dell'analisi degli elementi finiti coprono gran parte del processo di sviluppo del prodotto.
Vediamo innanzitutto come viene eseguita la mesh:
La mesh per domini strutturali è di tre tipi: mesh 1D, mesh 2D e mesh 3D in base al tipo di elementi utilizzati per la mesh.
Mesh 1D: elemento di linea
Mesh 2D: elemento quad / tria
Mesh 3D: elementi hexa (mattone) / penta / tetra.
La mesh da utilizzare, ad es. 1D, 2D o 3D, dipende principalmente dall'accuratezza computazionale richiesta, dal costo computazionale (tempo richiesto per risolvere il problema) e dalle proporzioni del dominio . Le proporzioni più alte dovrebbero essere più di 10 (come regola dei pollici in generale) per trascurare una dimensione e scegliere una mesh di dimensioni ridotte.
Lasciatemi spiegare.
Un dominio 100X50X80 ha tutte dimensioni comparabili e le proporzioni più alte sono 100/50 = 3. Pertanto, gli elementi 3D verranno utilizzati per mesh quella parte.
Un dominio 100X50X8 ha una dimensione trascurabile e le proporzioni più alte sono 100/8 = 12. Pertanto, verranno utilizzati elementi 2D. Una parte in lamiera è un perfetto esempio di questo.
Un dominio 100X5X8 ha due dimensioni trascurabili e le proporzioni più alte sono 100/5 = 20. Pertanto, verranno utilizzati gli elementi 1D. Un assieme di truss serve da esempio.
Una volta deciso il tipo di elementi da utilizzare, la qualità degli elementi viene visualizzata. Per mantenere la qualità, la mesh deve essere eseguita manualmente .
Tutti i software di mesh sono dotati di un'opzione automesh, che funziona solo con parti mappabili e facce / blocchi diritti. La maggior parte delle spiegazioni in altre risposte (in particolare la risposta di Wes) sono correlate a ciò che viene fatto in background affinché automesh funzioni.
L'idea quindi è quella di dividere il dominio in più patch e automatizzarle patch per patch e garantire continuamente la connessione tra le patch . Garantire che la connettività sia per lo più automatica in base a un controllo basato sulla tolleranza. Il meshing 1D è più semplice in questi aspetti.
La prossima cosa è mantenere il flusso e la simmetria della mesh. Il flusso di mesh indica la trasformazione delle dimensioni degli elementi. Quando devi rappresentare una caratteristica complessa, la dimensione dell'elemento cambierà da più grande a più piccola. Ciò non dovrebbe accadere in un lampo e il graduale cambio di dimensione deve essere mantenuto. Inoltre, le parti simmetriche dovrebbero avere una maglia simmetrica per mantenere l'integrità dei risultati della FEA.
Tutti i punti precedenti aiuteranno a mantenere la qualità della mesh. Tuttavia, i software di meshing di solito hanno una disposizione per controllare la qualità della mesh utilizzando alcuni parametri che possono essere regolati secondo le proprie esigenze. Un controllo finale su qualità e connettività è essenziale per garantire risultati di qualità da FEA.
Alcune qualità attese da una buona maglia:
dalla maglia 1D
- Nessun problema con la connettività dei nodi
- Nessun elemento duplicato
- Mantenere la lunghezza minima e massima
da mesh 2D / 3D
- Angolo di deformazione inferiore a 5 gradi {calcolato dividendo un quadrante in due trias e trovando l'angolo tra i due piani che formano il trias}
- Proporzioni inferiori a 5 {che divide il lato di lunghezza massima di un elemento per il lato di lunghezza minima dell'elemento.}
- Inclinare l'angolo di oltre 60 gradi {l'angolo minimo tra il vettore da ciascun nodo al lato mediano opposto e il vettore tra i due lati centrali adiacenti su ciascun nodo dell'elemento. Sono riportati novanta gradi meno l'angolo minimo trovato.}
- Giacobiano più di 0,7 {Il rapporto giacobino è una misura della deviazione di un dato elemento da un elemento di forma ideale. Il valore giacobino varia da -1,0 a 1,0, dove 1,0 rappresenta un elemento dalla forma perfetta. La forma ideale per un elemento dipende dal tipo di elemento.}
- Elementi tria con angolo tra 20 e 120 gradi
- Elementi quadrupli con angolo compreso tra 45 e 135 gradi
- Mantenere la lunghezza minima e massima
- Connettività degli elementi
- Meno del 10% di elementi tria in mesh 2D
- Normali di elementi 2D orientati nella stessa direzione per parti particolari.
- Tet collapse for tetra elements {Definito come la distanza di un nodo dalla faccia opposta divisa per l'area della faccia moltiplicata per 1,24}
da tutte le maglie
- Numerazione dei nodi e degli elementi correttamente in intervalli definiti
- Deviazione minima dalla geometria e deviazione supportata da un solido giudizio ingegneristico.
- Collegamenti speciali tra diversi tipi (1D / 2D / 3D) di elementi correttamente definiti.
Tuttavia, tutti questi parametri di qualità possono variare a seconda del tipo di analisi, dell'accuratezza richiesta, delle linee guida aziendali e dei costi di calcolo.
Perché questi elementi non sono automatizzati:
L'analisi degli elementi finiti richiede una mesh corretta per ottenere risultati corretti. Questa correttezza non può essere definita con alcuni parametri e anche in questo caso, saranno contraddittorie.
Anche in questo caso per diversi tipi di analisi, la definizione della qualità della mesh può essere diversa.
La non linearità di materiale, geometrica e di contatto complica ulteriormente i requisiti definendo una buona mesh.
Un blocco iniziale che ho osservato utilizzando la funzione automesh è la rappresentazione errata della geometria per mantenere la qualità della mesh in altri aspetti. Entrambi sono importanti. Inoltre, la rappresentazione della geometria può essere semplificata con buoni giudizi ingegneristici, che è difficile da automatizzare poiché varia da caso a caso.
Ad esempio, Hypermesh è un pacchetto di mesh commerciale molto popolare di Altair Engineering che ha un'applicazione Batchmesher che esegue il meshing per te. Tuttavia, non riesce a mantenere le giuste deviazioni della geometria e le connessioni tra elementi per parti complesse.
tl; dr:
Ecco come il meshing viene eseguito in modo professionale
- Decidi quale tipo di mesh utilizzare
- Mesh le parti patch per patch e garantire connessioni adeguate
- Mantenere il flusso e la simmetria della mesh
- Effettuare tutti i controlli di qualità e garantire la qualità
- Garantire una connettività adeguata
- Controllare le deviazioni della geometria e la massa degli elementi finiti
- Fornire il modello agli analisti che potrebbero ricombinare nuovamente determinate aree in base ai requisiti di analisi.
PS: sono nuovo di questo forum e questa è una delle mie prime risposte che mi sono impegnata molto. Gradirei molto se avessi un feedback. Ho alcune risposte di Quora su mesh e FEA in cui questi punti sono spiegati in dettaglio con la grafica. [Analisi pratica agli elementi finiti]