Netzqualität

Beachten Sie bei der Bewertung der Eignung eines Netzes die folgenden Merkmale:

• Elementreihenfolge: In Fusion sind zwei unterschiedliche Einstellungen für die Elementreihenfolge verfügbar:
  • Linear: Lineare Elemente haben nur an den Ecken Knoten und weisen gerade Kanten auf. Ein lineares Tetraederelement verfügt über vier dreieckige Flächen, sechs Kanten und vier Knoten.
  • Parabolisch: Parabolische Elemente haben Eckknoten und einen zusätzlichen Knoten in der Mitte jeder Kante. Ein parabolisches Tetraederelement hat zehn Knoten (vier Eckknoten und sechs Knoten in der Kantenmitte).
• Bogenförmige Netzelemente erstellen: Diese Erweiterung ist nur für parabolische Elemente möglich. Wenn diese Option aktiviert ist, verfügen Elemente auf bogenförmigen Flächen über bogenförmige Kanten. Diese Funktion platziert die Knoten in der Kantenmitte auf der tatsächlichen Oberfläche der bogenförmigen Fläche. Anders ausgedrückt müssen die mittleren Knoten nicht auf einer geraden Linie liegen, die die Eckknoten verbindet. Mit bogenförmigen Netzelementen wird eine bessere Übereinstimmung mit bogenförmiger Geometrie erreicht, wodurch die Genauigkeit der Simulation erhöht wird.
• Seitenverhältnis: Es gibt mehrere Möglichkeiten zum Definieren und Berechnen des Seitenverhältnisses eines Elements. Die einfachste Methode besteht darin, die längste Kantenlänge durch die kürzeste zu teilen. Ein ideales Element weist ein Seitenverhältnis von 10 auf. Elemente mit einem Seitenverhältnis größer als 10 sollten in kritischen Spannungsbereichen vermieden werden und auch nur einen kleinen prozentualen Anteil der gesamten Menge ausmachen. In einigen Fällen, insbesondere bei komplexer Geometrie, sind Seitenverhältnisse von bis zu 40 nicht ungewöhnlich. Solange sich diese Elemente mit geringerer Qualität nicht in kritischen Spannungsbereichen befinden, sind sie möglicherweise zulässig.

Wenn Sie eine große Elementgröße für ein Modell mit relativ kleinen Elementen angeben, werden Elemente mit einem hohen Seitenverhältnis entlang der kleinen Elemente erzeugt. Kurze Kanten sind zur Anpassung an die kleinen Elemente erforderlich, andere Kanten sind aufgrund der angegebenen Elementgröße jedoch lang. Auch ein dünnes Bauteil mit einer großen Flächennetzgröße enthält Volumenkörperelemente mit einem hohen Seitenverhältnis. In solchen Fällen können Sie die Elementgröße global oder lokal verringern, um die Seitenverhältnisse zu verbessern.

• Verhältnis benachbarter Netzgrößen: Ein Maß für die Übergangsrate zwischen kleinen Elementen in einem lokalisierten Bereich und der größeren globalen Größe. Die meisten Routinen zur Netzerstellung, einschließlich der in Fusion, führen automatisch einen allmählichen Übergang zwischen kleinen und großen Elementen durch.
• Anzahl der Elemente über die Dicke: Es gibt eine Faustregel, dass Bauteile, die Biegespannungen ausgesetzt sind, mindestens vier Elemente über die Dicke des Bauteils hinweg aufweisen sollten. Diese Regel gilt für lineare Elemente. Mehrere Elemente sind deswegen erforderlich, um die unterschiedliche und die Richtung umkehrende Größe der Zugspannung durch die Dicke angemessen darzustellen. Bei Verwendung von parabolischen Elemente liefern zwei Elemente über die Dicke hinweg ähnliche Ergebnisse (aufgrund der zusätzlichen Knoten zwischen den Eckknoten).

Bei dünnen Bauteilen ist es oft schwierig, Netze zu erstellen, die dicht genug sind, um diese Richtlinien erfüllen. Sie können die lokale Netzverfeinerung verwenden, um die Elementgröße nur in kritischen Bereichen zu verringern. Auf diese Weise können Sie die empfohlene Anzahl von Elementen erzielen, ohne dass die Gesamtanzahl der Elemente extrem hoch wird.

Nicht alle dünnen Bauteile erfordern mehrere Elemente über die Dicke für eine akzeptable Genauigkeit. Wenn es sich bei der Spannung größtenteils um Zug- oder Druck-Membranspannungen (und nicht um Biegespannungen) handelt, kann ein Element durch die Dicke ausreichend sein. Sehen Sie sich den folgenden Vergleich an:

Abbildung 1: Wann sind mehrere Elemente durch die Dicke eines Bauteils erforderlich?

Beide Bauteile sind am linken Ende befestigt und einer nach unten gerichteten Kraft ausgesetzt, wodurch Biegung verursacht wird. Im horizontalen Teil des Winkels, Bauteil (a), kehrt sich die Spannung durch die Dicke des Bauteils um. Auf die obere Fläche wirkt Zug und auf die untere Fläche wirkt Druck. In solchen Fällen sind mindestens vier lineare oder zwei parabolische Elemente über die Dicke erforderlich, um den Spannungsverlauf angemessen zu erfassen.

In Bauteil (b) zeigt sich an der oberen und der unteren Wand des Vierkantrohrs nur eine geringfügige Änderung der Zugspannungsgröße durch die Dicke. Auf die obere Wand wirkt Zug und auf die untere Wand wirkt Druck. Für die Elemente entlang den beiden Seitenwänden ändert sich die Spannung von oben nach unten allmählich von Zug- in Druckspannung. In solchen Fällen ist ein einzelnes lineares Element durch die Dicke ausreichend. Der Spannungsverlauf durch die Dicke ändert sich minimal, und die Spannung wird nicht umgekehrt.