有限元分析中网格划分前需要考虑些什么？

有限元： 2025-07-02 15:26:17 阅读数： 603

在有限元分析中，网格划分是直接影响计算精度和效率的核心环节。一般理论是这样，但是在实际的情况下，我们操作起来并非完全按照理论执行。

一方面是网格画的越细，其消耗的时间会越多，另一方面是会消耗大量计算资源，还有就是计算精度达不到。况且并不是每一个几何模型进行网格划分都需要那样做，这时候就体现出了有经验的仿真工程师的能力了。

他们在做之前，都会考虑以下这些问题：

1、这是在进行什么类型的分析？

非线性分析对网格的要求通常比线性分析更严格。例如，在处理滑动接触问题时，需要更精细的网格来捕捉变化状态；对于具有塑性、超弹性等高级材料特性的分析，也需更精细的网格以捕捉大应变梯度；大变形分析同样要求更精细的网格以适应形状变化。

2、关注的区域在哪里？

如果事先知道关注区域在哪里，与其细化整体网格，不如将单元集中在关注的区域，粗网格通常足够用于力传递，可以用于不需要应力信息的区域。如果事先不知道要关注的区域，可先进行粗网格分析，再来确定后续分析中需要细化的区域。

3、小特征将会如何影响结果？

小孔、圆角、凸角、窄边等小特征会导致局部化精细网格自动生成，需评估这些特性是否处于关键区域、是否会影响加载路径，以便在求解精度和时间之间做出权衡。

4、需要一个什么样的结果？

对于线性分析，精确的位移结果不需要像应力结果那样精细的网格——如果分析是为了确保位移不会太大，那么可以使用较粗的网格，如果分析需要评估结构的应力，在关键的区域需要加密网格。

5、在使用什么样的单元？

有些单元在弯曲时容易变 “刚”，这时需在零件厚度上加密网格以捕捉弯曲行为，避免出现 “锁定” 问题 。一般来说，带中间节点的二次单元比线性单元更不容易被锁定。

此外，不同单元形状对变形的敏感程度也不同，例如，拉长的六面体单元仍能提供良好结果，而四面体单元在某个方向伸长时产生小角度可能会导致结果精度下降。

在网格生成之后，工程师们可以通过观察单元的质量来评估网格。单元的质量是非常主观的，一套网格在一组边界条件和载荷下给出好的结果，在另一组边界条件和载荷下可能给出糟糕的结果。

那么对于单元类型该如何进行网格配置？可以按照下面的表参考进行：

总体来说网格划分需在精度、效率、工程目标间做到动态平衡，其核心逻辑总结如下：

明确目标：应力/位移/模态？关键区域在哪？

按需加密：梯度、接触、小特征处重点细化。

质量优先：控制长宽比、扭曲度，避免畸形单元。

迭代验证：收敛性研究与误差分析必不可少。

虽然CAE软件是一个非常强大的工具，它可以为设计提供详细的“计算模拟分析”，减少工程不确定性。但是，工具会受到输入的限制，如果输入不准确也就无从谈结果的准确性，其中网格是输入中的关键部分。

划分网格之前，工程师们考虑自己分析的条件和关注的因素，有利于防止划分网格时眉毛胡子一把抓的现象，同时通过批判性地评估结果可以帮助我们更好地去提高结果的质量。

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