ADINA实例：连续与不连续网格分析

在ADINA软件中，网格的连续性与节点是否拟合有关。所谓“节点拟合”指的是同一几何位置处或其相邻区域内的两个或多个节点是否合并为一个节点。如果合并为一个节点，则称为节点拟合；否则，则称为节点不拟合。对于模型的边界（二维模型为线，三维模型为线和面）：如果节点都拟合，则网格连续；如果部分节点没有拟合，则网格在不拟合处不连续。

下面将详细介绍检查模型网格连续性的方法。对于二维和三维模型的外边界，单击显示工具条中的（Node Labels）图标和（Node Symbols）图标，如图4-9a所示，如果边界上存在重合的节点，则表明节点没有拟合（网格不连续）；图4-9b中的上半部分使用高阶单元，下半部分使用低阶单元，在交界处节点没有拟合（网格不连续），即使下半部分在水平方向的网格密度缩小一倍，使边界处的节点全部拟合，网格也依然不连续，原因是：低阶和高阶单元在边界处的形函数不一致。此时，可以采用Glue Mesh（参看本节后面的介绍）将网格粘结在一起。如果希望生成连续网格，同一模型中应该采用相同节点数的单元。

图4-9 检查模型网格的连续性

检查三维模型内部网格连续性的方法如下：首先退出几何显示状态，检查（Show Geometry）图标是否按下，如果按下则单击该图标，让图形区退出几何显示状态。此时，图形区将只包含有限元模型信息。单击（Model Outline）图标只显示有限元模型的外边界，然后再单击（Wire Frame）图标查看图形区，如果图形区模型的内部包含虚线面，则表明模型在此虚线面处网格不连续；如果模型内部为空白，则表明模型内部节点都连续，如图4-10所示。

图4-10 检查模型内部网格的连续性

如果图形区中包含一些比较乱的线，不一定表明网格不连续，有些情况下可能是网格单元显示角度不当出现的错觉。单击（Modify Mesh Plot）图标将弹出modify mesh plot对话框，单击Rendering按钮将弹出Define Mesh Rendering Depiction对话框，将Element Face Angle修改为一个较大值（例如，45°），如图4-11所示，单击两次OK按钮退出对话框，此时图形区的杂线将会消失。

图4-11 消除图形区中的杂线

划分网格时进行节点重合性检查的设置是保证网格连续的关键。下面以Mesh Volumes对话框为例（如图4-12所示）加以说明：在Nodal Coincidence标签页下单击Check下拉菜单，可以选择如表4-2所示的6种节点检查方式。读者可以根据模型的实际情况选择适当的节点重合性检查方式来确定网格的连续与否。实现网格不连续的方法很多，例如，图4-10b所示的网格不连续实例，可以将网格不连续的面设定为一个域，划分网格时选择Exclude Surfaces in Domain即可。

图4-12 网格划分的节点重合性检查

表4-2 节点重合性检查说明

节点重合性检查的默认方式是Nodes Generated at Boundaries，因此，默认状态下生成的网格都是连续的。如果发现生成的网格不连续，而几何方面没有问题，则可以调大图4-12所示的Tolerance值（例如，修改为1e-3），然后划分网格并检查网格是否连续。如果不连续，则应继续增大Tolerance值，直到网格连续为止。

通常情况下，希望模型中生成的网格都连续。但是，当模型中包含接触、断裂及其他边界条件（例如，膜结构的流固耦合界面、流场滑移壁面等）时，则不要求网格连续。图4-13给出了两个网格不连续的实例，图4-13a的两个几何面共用1条几何边L3，且L3处网格不连续，该不连续网格可以用于计算裂纹；图4-13b的两个几何面在交界处有两个边（L3和L5，L3属于面S1，L5属于面S2），网格在交界处不连续，该不连续网格可以用于计算接触，而且面S1和面S2在交界处的网格密度也可以不一致。需要注意的是：图4-13a所示的网格不能用于计算接触，原因是无法指定接触面，初学者很容易犯这种错误。

图4-13 不连续的网格

实现不连续网格的方法也有很多，以包含6个面的图4-14为例来说明，如果希望黑色边的网格不连续，实现方法如下：(www.xing528.com)

第1种方法：首先为面2和面5划分网格，节点检查方式选择为No Check，然后为面1、3、4、6划分网格，节点检查方式选择为Nodes Generated at Boundaries。

第2种方法：首先为面1、2、3划分网格，节点检查方式选择Nodes Generated at Bound-aries，然后为面5划分网格，节点检查方式选择No Check，最后再为面4和面6划分网格，节点检查方式选择Nodes Generated at Boundaries。

图4-14 不连续网格划分示例

对于包含多个体（body）的三维结构，如果希望保证网格连续，最好的做法是首先定义face link，对应的菜单操作为Geometry→Faces→Face link。face link定义完毕再划分网格时，ADINA软件将让body交界处的网格自动保持连续。如果不定义face link，出现网格不连续的可能性就非常大。

有些情况下，采用ADINA软件默认的Tolerance（1e-5）无法成功地进行Face Link，对于由其他CAD软件导入的几何体更是如此。此时，可以尝试将Tolerance值设置的大些，如图4-15中方框所示，以便能够成功地进行Face Link。

图4-15 定义Face Link

如果相邻的两个body连接面形状不同（如图4-16所示），则不能直接设定face link，必须首先做印记，做印记时需要用到ADINA-M模块的布尔运算命令，保留被减体（勾选Keep the Subtracting Bodies），并保留印记（勾选Keep the Imprinted Edges Created by the Sub-traction），如图4-17所示。做好印记后单独显示body1（见图4-16），可以发现body1的上表面多了一个圆面。有了这个圆面就可以做Face Link。另外，做印记的另一个作用是便于在选定的区域施加载荷，例如，在图4-16所示的圆面加载，此时往往不保留被减体。

图4-16 不同性质的body进行连接

图4-17 印记示例

设定Face Link、指定网格密度和定义单元组结束即可划分网格。不同的body可以划分为不同节点数的单元，且在边界处保持网格连续。例如，图4-18下部的块体选用六面体单元，上部的圆柱体选用四面体单元。此时，如果查看节点编号将会发现边界处无重节点。

图4-18 做好Face Link后划分的连续网格

如果模型中包含多个body，做Face Link时可以将type选择为Create For All Faces/Sur-faces，如图4-15所示，此时就可以将所有可能相连的面一次性都做好Face Link，节省很多时间。

如果执行上述操作时包含了并不希望做Face Link的区域，此时可以查看Face Link，并手动删除不想要的Face Link。只要剩余face-link的数目大于删除的数目，该操作就是合适的。