Qualità della mesh

Nella valutazione dell'idoneità di una mesh, occorre considerare le seguenti caratteristiche:

• Ordine di elementi: in Fusion sono disponibili due diverse impostazioni di ordine degli elementi:
  • Lineare: gli elementi lineari dispongono di nodi solo in corrispondenza degli angoli e hanno spigoli diritti. Un elemento tetraedrico lineare presenta quattro facce triangolari, sei spigoli e quattro nodi.
  • Parabolico: gli elementi parabolici dispongono di nodi angolari e di un nodo aggiuntivo nel punto medio di ogni spigolo. Un elemento tetraedrico parabolico ha dieci nodi (quattro nodi angolari e sei nodi di metà spigolo).
• Elementi mesh curvi: questo miglioramento è possibile solo per gli elementi parabolici. Quando abilitato, gli elementi situati lungo le facce curve presentano spigoli curvi. Questa funzionalità consente di posizionare i nodi di metà spigolo sulla superficie effettiva della faccia curva. In altre parole, non è necessario che i nodi centrali si trovino su una linea retta che collega i nodi in corrispondenza degli angoli. Gli elementi mesh curvi si conformano più accuratamente alla geometria curva e migliorano pertanto la precisione della simulazione.
• Proporzioni: esistono diversi modi per definire e calcolare le proporzioni di un elemento. Il metodo più semplice consiste nel dividere la lunghezza dello spigolo più lungo per la lunghezza di quello più corto. Un elemento ideale ha una proporzione di 1. Si consiglia di evitare elementi con proporzioni superiori a 10 nelle regioni di sollecitazione critica e limitarli anche ad una piccola percentuale del volume totale. Talvolta, in particolare nella geometria complessa, sono comuni proporzioni fino a 40. A patto che questi elementi di qualità inferiore non vengano posizionati in regioni di sollecitazione critica, possono essere tollerati.

Se si specificano dimensioni di elementi grandi per un modello che ha lavorazioni relativamente piccole, vengono generati elementi con rapporto prospettico di forma elevata lungo le lavorazioni di piccole dimensioni. Gli spigoli corti devono conformarsi alle lavorazioni di piccole dimensioni, ma gli altri spigoli sono lunghi a causa della dimensione dell'elemento specificata. Analogamente, una parte sottile con una dimensione di mesh di superficie di grandi dimensioni contiene elementi solidi con rapporto prospettico elevato. In questi casi, è possibile ridurre le dimensioni dell'elemento a livello globale o locale per migliorare le proporzioni.

• Rapporto dimensioni mesh adiacenti: misura del tasso di transizione tra elementi di piccole dimensioni in una regione localizzata e dimensioni globali maggiori. La maggior parte delle routine di mesh, inclusa quella di Fusion, esegue automaticamente una transizione graduale tra gli elementi piccoli e grandi.
• Numero di elementi attraverso lo spessore: esiste una regola per cui le parti soggette a sollecitazioni di flessione (piega) devono avere almeno quattro elementi attraverso lo spessore della parte. Questa regola si applica agli elementi lineari. I diversi elementi sono necessari per rappresentare ragionevolmente l'intensità della sollecitazione di trazione variabile e inversa attraverso lo spessore. Quando si utilizzano elementi parabolici, due elementi che attraversano lo spessore producono risultati simili (a causa dei nodi aggiuntivi tra i vertici degli angoli).

Per le parti sottili, è spesso difficile ottenere una mesh abbastanza densa da soddisfare questa linea guida. È possibile utilizzare l'affinamento mesh locale per ridurre le dimensioni dell'elemento solo nelle regioni critiche. In questo modo, è possibile ottenere il numero di elementi consigliato senza produrre un eccessivo numero totale di elementi.

Non tutte le parti sottili richiedono elementi multipli attraverso lo spessore per garantire una precisione accettabile. Se la sollecitazione è principalmente sollecitazione di tipo membrana a trazione o di compressione (non sollecitazioni di flessione), può essere adeguato un elemento attraverso lo spessore. Prendere in considerazione il seguente confronto:

Figura 1: quando sono necessari più elementi che attraversano lo spessore di una parte?

Entrambe le parti sono fisse all'estremità sinistra e hanno applicata una forza verso il basso, che produce la flessione. Nella parte orizzontale dell'angolo, Parte (a), la sollecitazione di trazione si inverte attraverso lo spessore della parte. La superficie superiore è in tensione e la superficie inferiore è in compressione. In tali casi, è necessario un minimo di quattro elementi lineari o due elementi parabolici attraverso lo spessore per acquisire adeguatamente il gradiente di sollecitazione.

Nella Parte (b), le pareti superiore e inferiore del tubo quadrato subiscono solo una leggera modifica dell'intensità della sollecitazione di trazione attraverso lo spessore. La parete superiore è in tensione e la parete inferiore è in compressione. Per gli elementi lungo le due pareti laterali, la sollecitazione passa gradualmente dalla trazione alla compressione mentre ci si sposta dall'alto verso il basso. In questi casi, è sufficiente un singolo elemento lineare che attraversa lo spessore. La sfumatura della sollecitazione attraverso lo spessore è minima e non è presente inversione della sollecitazione.