有限元网格的数量和密度直接影响计算精度和计算成本。一般地,网格数量增加、网格尺寸减小,会提高计算精度、改善计算的收敛性,但同时计算成本也会增加;而减少网格数量、增大网格尺寸,则会降低计算成本,但有时会影响计算精度,甚至会造成计算的不收敛。所以在确定网格数量时应权衡这两个因素综合考虑。
典型的焊接温度场及过渡化网格划分如图 4-4所示。由图 4-4 可见,由于焊接局部加热的特点,较大的温度梯度发生在焊缝及其附近,为了得到精细的计算结果,需要将焊缝及近缝区的网格划分得密一些,而远离焊缝区域由于并不存在较大的温度梯度,可划分得相对粗大一些。值得注意的是,在划分网格时要保证网格的连续,这样才能保证计算变量的连续。
图4-4即为一种连续过渡型网格划分方法,这种方法既可保证焊缝区域计算的精确,又兼顾了计算的成本。
关于焊缝区域网格的大小,作者的经验是,如果只进行热分析,焊缝区网格尺寸至少应不大于热源模型特征尺寸的一半左右。例如,在某焊接模拟中采用表面高斯分布热源,其特征尺寸R=6mm,则焊缝区网格大小应小于3mm。再如,
采用双椭球形体热源,其特征尺寸a=7mm,a=14mm,b=7mm,c=5mm,则取最小特征尺寸c的一半(2.5mm)比较合适。如果还需进行焊接应力分析、微观组织转变分析等,则需要进一步减小网格尺寸。
图 4-4典型的焊接温度场及过渡化网格划分
图 4-5 对比了不同网格尺寸下,采用双椭球形体热源模型(a,=7mm,a,=14mm,b=7mm,c=5mm)进行焊接温度场分析时的计算时间与计算焊缝熔宽。
图4-5 网格尺寸对计算时间与计算焊熔宽的对比
由图 4-5 可以看出,随着网格尺寸的减小,计算时间增加,在网格尺寸小于2.5mm 后,随着网格尺寸继续减小,计算时间迅速增加,而计算焊缝熔宽变幅较小,说明其对计算精度提高影响不大。
(内容、图片来源:《焊接过程数值模拟》一书,侵删)
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