Nonpositive Jacobian 错误或扭曲单元

当实体网格创建非常细长的四面体单元时,可能会出现求解问题。对于线性应力分析,这些单元的体积将接近零或为负值(因化整导致),从而导致 Jacobian 为负值或结果精度欠佳等求解难题(在“结果”环境中,使用“结果等值线”“电压和电流”“流通量精度”)。

对于非线性应力分析,扭曲单元可能会发出以下类似警告消息:** 警告: 部件 2 中的扭曲单元 2456 仍保留其完整性。

查看以下所示的实体网格统计信息。(从“FEA 编辑器”环境中,转到“网格”“网格”“查看网格划分结果”,并查看“部件”信息。对于最后生成的实体网格,其实体网格统计信息仍位于 ds.hlg 文件中,且您还可从输出栏中查看。)常规概述之后,每行统计信息还会提供许多列。从左至右,它们分别表示“四面体”(4 节点)、“锥体”(5 节点)、“楔形体”(6 节点)和“块体”(8 节点)单元。达到最大值后,将出现 Jacobian 问题。长度比相对较大。这通常出现在 4 节点单元中。

网格类型 块体、楔形体、锥体和四面体的混合体
无间隙
网格有微孔
节点总数 966
体积 136.799506 in3
单元总数 1511
  四面体 锥体 楔形体 块体
单元 744 384 140 243
体积 % 10.96 12.33 9.31 67.38
最大长度比 105.2 44.6 5.4 2.3
平均长度比 5.9 4.1 3 1.5
平均纵横比 1.3 1.4 1.2 1
不受约束的纵横比 3.1 3.2 1.3 1.1

在上述示例中,已构建 243 个块体单元、140 个楔形体单元、384 个锥体单元,且已创建 744 个四面体单元。要获得最大长度比,块体单元应为 2.3 个,四面体单元应为 105.2 个。

通常,对于可接受的最大长度比,没有统一的指导准则。由于每个模型各不相同,因此在某些情况下,值 10000 可以接受,但另一些模型即便使用更小的值也会遇到问题。

您可以采用多种方式减少长度比问题。如果部件未在激活微孔选项的前提下划分网格,则可考虑使用该选项。这将删除长度比较大的碎片单元。(有关讨论,请参见微孔在实体网格内的作用页面。)在“FEA 编辑器”环境中,选择要重新划分网格的部件,单击鼠标右键,然后选择“已创建实体网格”“选项”“允许微孔”。然后,创建实体网格,并使用更好的网格运行分析。(您还可以从“网格” “网格”“创建实体网格”中访问实体网格对话框。您必须先选择要划分网格的部件。)

下一选项将使用最大纵横比设置重新创建实体网格。其目的是在实体网格无法创建完整网格、或者实体网格引擎未达到指定的纵横比之前减少此值。因此,您可以运行实体网格引擎,并将纵横比减少一半(50、25 等),直到达到该限制值为止。在“FEA 编辑器”环境中,选择要重新划分网格的部件,单击鼠标右键,然后选择“CAD 网格选项”“创建实体网格”“质量”。(有关输入的说明,请参见“实体”页面上的控制纵横比。)然后,创建实体网格,并使用更好的网格运行分析。

请确保在每个实体网格生成后检查日志文件。如果实体网格引擎无法使用您指定的参数完全填充体积,则将显示一条错误消息。以下列出了日志文件的一部分。

TYPE OF OPERATION:
Meshing only surface defined by part 4
Generating bricks, wedges, pyramids and tetrahedra elements
Keeping maximum aspect ratio below 10.0

ERROR NUMBER 300:
Cannot continue meshing solid; yet, solid is unfilled.

FINAL STATISTICS:
Still have: 4 nodes; 6 lines; 4 triangles
Elements built (4,5,6,8 noded): 1953 (1153, 482, 73, 245 )

最后,如果模型不位于原点附近,则节点坐标中的化整错误可能会创建扭曲单元。如果模型完全位于数千个坐标的某一坐标内,则其他解会移动 CAD 模型,使其更靠近原点。(理想情况下,模型应以原点为中心。)这要求导入整个模型,并重新划分网格。

如果 Jacobian 问题仍出现,则必须更改表面网格,以获得另一实体网格。