CEL與各式網格重劃之結果比較(以金屬成型為例子)

金属成型仿真过程中的网格重划分使用与限制分析

在金属成型过程中，仿真工具的精确度与效率对实际情况的预测至关重要。本文将着重分析直接数值模拟（DNS）中四种典型方法在金属成型过程中的应用：CEL（耦合Eulerian和Lagrangian元素）、ALE（Automobisizing Lagrangian Arbitrary Eulerian），重置网格（Remeshing）以及映射解决方案（Map Solution），并通过实例给出相应的技术指导与讨论。

1. 耦合Eulerian和Lagrangian元素（CEL）




CEL技术在explicit求解中应用场景较为广泛。其基于EC3D8R来模拟三维情况。由于CELL元素的特殊性，需要通过在Z轴方向设定对称边界来模拟平面应变问题。这种方法在后处理精度上存在限制，因Eulerian材料边界不是基于离散元素边线，而是通过每个元素所占材料体积率的平均及插值来定义边界的特征值，导致在二次处理中数值平均结果的粗略性。在接触检测中，这些不准确的边界条件会导致误判，如在变形体的右上角及右下内转角处观察到的失准。因此，建议在Lagrangian元素与Eulerian元素的接触面上维持一层Eulerian元素，或者细化网格以减少误差。不同版本的结果差异明显，解析版本的比较显示6.8.1版本的结果在合理范围内，而6.8 EF在ALE和映射解决方案中均有相似的问题，对于哪个版本更准确，需要结合实验数据进行评判。

2. 自适应网格优化（ALE）

ALE技术在隐式模拟中的效果得以更高效的展现，适用于包括线性积分模型的元素，如4节点四边形和三角形，以及8节点六面体和4节点四面体。在当前实例中使用CPE4R元素。尽管在参数调试阶段展现出显著效果，但在成型后期出现单元零体积的问题，导致计算中止。这显示了ALE在应用中的限制，且相比CEL，其在该商业软件中的表现显得不够优越。通过对比未设置ALE与全部使用ALE元素的动画，可直观感受其在模拟中的差异。

3. 自适应网格重划分（Remeshing）

Remeshing技术是一种用于动态调整网格分布、提高仿真准确性的重要手段，尤其适用于需要在特定区域进行高密度网格划分的情况。例如，本文使用ABAQUS Analysis User's Manual中的描述来说明其在ABAQUS中进行平面应变问题的高精度模拟中的应用与局限。Remeshing在特定版本（如标准版）中应用，且要求模型具有几何模型，简化了重复使用模型的流程。在分析过程中，实验证明重置网格难以实现期待的收敛性，并可能导致异常的元素变形，如在某一变形阶段内部元素变形超过表面元素导致穿透刚体的状况所表现出的问题。

4. 映射解决方案（Map Solution）

Map Solution被设计用于将精细模型的分析结果映射到简化模型上，以便在同一系统中应用。这种方法允许灵活选择计算结束时的细化网格，从而提高结果的精确度。在软件中手动执行此操作时，通常派生出导入模型（Import Model）和几何模型之间的转换（GeometryBased Mesh Refinement），以及对模型参数和指令的自定义。该技术特别适用于矫正元素形状偏移及解决接触问题，但需注意在网格形状预处理、原始模型与映射模型之间的参数协调等问题。其实用性受到限制，尤其是当模型存在多个接触面或复杂几何特征时，需要进一步优化映射条件来避免收敛难题。