先講一下我們的原則:使用Implicit分析時,答案可以說:是;但使用Explicit分析,答案就不一定!
但是,當您還沒有確定哪裡要加密時,LS-DYNA提供更多的解決方法。
會有以上的問題,往往是發生在顧客問我們前處理有沒有局部網格加密的功能?雖然都有類似的功能,但我們還是要講一下FEM在各種使用方法的基本原則。
在Explicit的分析中,我們原則上不建議您使用局部加密網格的方式進行建模。原因是:
1. 在Explicit分析中,計算時間會受到最小的元素影響,所以當您漸變網格時,最小計算時間步長還是由漸變網格最小的那一個決定。所以局部加密只是減少元素數量,其實對於最關鍵的時間步長,影響還不是最關鍵。
2. 由於Explicit方式,能量是以波的形態傳遞,而元素大小會影響波的傳遞品質,因此均勻的網格會讓傳遞效果穩定且精確,結果會是最合理的。
3. 唯一您會認為漸變網格好處是時間比較節省,但基於1的狀況,您不會比較節省;基於2算出來的結果會不精確。網格少一點可能會節省一些時間沒錯,但以LS-DYNA來說,我們是以平行處理來解決網格多的問題。
在Implicit來講,局部加密的好處就比較顯著沒錯。但在網格比較粗的部份,事實上您也是忽略了它的精確度。
我們來看一個案例及影片:https://www.youtube.com/watch?v=Rt-Mcvv1LG4
一個球掉在一個平板上(Explicit方法),或一個球壓在一個平板上(Implicit方法)。
若標準答案的局部細化網格如下圖,請問您有辦法一開始就知道要這樣子細化網格嗎?那樣子就是神人等級囉....
所以LS-DYNA應該要怎麼做呢?
一開始就是一個均勻網格,利用*control_adpative這個功能,依據不同需求,來進行網格加密。
一開始,就是粗網格:
隨著向下碰撞,碰撞點開始加密,此時間步長開始變長,運算時間也隨時變長。
碰撞持續進行,網格會不斷的加密,如下圖。
隨著應力及邊界條件的交互影響,就會產生不同的加密結果 。但是影響計算時間最大的因素就是中央最小的網格。事實上在這個過程,您只有會節省到的一開始的計算時間。
這個過程是完全自動的~~打爆那些要手動加密,還要靠前處理來完成的系統。太遜了吧?!?!
LS-DYNA在20年前就可以這樣子了啊!!
在進行adaptive mesh的過程當中也是需要一些計算時間, 因此在類似的計算方法,會隨著網格不斷變小運算需求的時間不斷增加。
當然,你也可以一開始的時候就用中央最細的網格大小,來進行運算,然後再使用平行運算處理分散到不同的電腦以節省運算時間。其實這個時間並沒有花費比較久,有時甚至比較快。
簡單來說:漸變網格在有限元素法中,是一種"妥協"的方式─在記憶體需求與精準得到一個平衡。
但若您仔細研究這些數值方法,平均網格仍是進行"離散化"的最好選擇;至於網格很多的問題,LS-DYNA的好處就是利用它強大的平行計算來解決。
延伸課程:時間步長與最小元素長度的關係