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问题描述

在“几何序列”末尾有“形成联合体”或“形成装配”的选项。这是什么意思,我应该何时在二者之间切换?

解决方法

“模型开发器”中的“几何”分支包含一系列几何操作,例如草图、几何体素、导入的 CAD 文件和布尔操作等,用于描述要建模的几何结构。在此序列末尾,有一个定型步骤,可以设为形成联合体或形成装配。此选择会影响 CAD 描述、物理场设置以及用于几何离散化的网格。本知识库条目描述二者的区别。

形成联合体

这是默认的几何定型方法,等效于对几何序列中的所有对象执行布尔并集操作,从而创建由许多不同域组成的单个几何对象。任何重叠的几何对象都将成为由每个封闭体的不同域组成的单个对象。如下图所示,其中三个不同大小的长方体在空间重叠,图中显示“形成联合体”操作的结果,不同的结果域采用了不同的颜色。

在物理场设置中,这些不同的域都可以具有不同的材料属性。默认情况下,内部边界将保持场和通量的连续性,并且,您可以在内部边界上为各种物理场添加不同的不连续或突变条件。

在划分网格时,所有位置的网格都将一致。您可以为不同的区域应用不同的单元大小,但边界上的网格将完全匹配,如下图所示。

所有三维“电磁波”接口和三维“磁场”接口都需要网格一致;这些接口要求所有边界上的单元都一致。

“形成联合体”步骤的物理含义是模型中的域不能彼此相对滑动或移动。对于 COMSOL Multiphysics 中的大多数建模情况来说,这是一种合适的默认假设,但在使用以下任意物理场接口时,该假设不成立:

固体力学(包含“接触”特征时) 多体动力学 旋转机械,磁 旋转机械,流体流动

当您使用上述任意物理场接口时,或者希望相邻域之间包含不一致的网格时,应使用“形成装配”设置完成几何定型。

形成装配

“形成装配”与“形成联合体”的不同之处在于,前者不计算几何对象的布尔并集,其中假设所有几何对象都不重叠。因此,当对象之间存在任何空间重叠时,您不能使用“形成装配”操作。模型中的域数不会因“形成装配”而发生改变。

“形成装配”将仅标识所有对象的接触(相邻)边界,默认情况下,系统将据此形成一致对或接触对。系统的默认特性是自动创建这些“对”,但您也可以手动设置。您还可以使用压印来创建这两种“对”,此特征可以在两个对象上相互投影面的轮廓。下面的装配爆炸图呈现了这一点,其中突出显示构成“对”的面。

默认情况下,系统将为两个零件之间的所有配对面创建一个“对”,即使它们不相邻也是如此。您可以通过选择拆分非连接对来代替此操作,从而为每个配对表面对创建一个对,如上图所示。

默认情况下,边界“对”上的场或通量不具连续性。您必须为“对”边界明确应用连续性,此外,也可以应用不连续或突变条件。

使用任意“旋转机械”接口时,在不使用“压印”和“拆分非连接对”的情况下,较为合适的做法是使用“形成一致对”选项。

选择创建“一致对”还是“接触对”取决于您要求解的物理场。仅当求解包含“接触”特征的“固体力学”问题时才应创建“接触对”。这意味着,表面之间可以相互接触并脱离接触,可以彼此相对滑动,并且只有当表面为配对接触时,它们之间才会传递力和通量。

除此之外,您也可以选择不创建任何对,这种做法适用于求解“多体动力学”问题。

如果您希望在相邻域中使用不同的网格,以便一眼看出要创建的不同类型网格之间的差异,也非常适合使用“形成装配”功能。

装配的网格划分

接下来,我们对使用以下不同特征创建的网格进行比较:“形成联合体”、含“压印”的“形成装配”以及不含“压印”的“形成装配”。使用“形成联合体”创建的网格在配对面上是一致的。也就是说,边界两侧的网格单元共享相同的节点和面。采用这种网格时,通过有限元法可以很自然地满足场和通量的连续性。

使用“形成装配”创建的网格不一致,因此“对”两侧的网格会有所不同。单元的各个面不相同,节点也不同。

在启用“压印”的情况下,网格仍然不一致,但配对边界的边是一致的。尽管“对”两侧的节点不是共享的,但任一侧的网格节点都将沿配对边分布。生成的网格将更准确地表示配对面。

在使用不一致的网格时,您可以添加“对”的“连续性”条件,从而以近似强制的方式使场和通量具有连续性。但是,非一致网格不如一致网格准确,并且随着“对”中相对单元大小的变化,其精度会越来越低。因此,使用“形成联合体”创建的网格的精度最高,但求解时所需的内存最大;使用不含“压印”的“形成装配”创建的网格的精度最低,求解时所需的内存相对较小。

除了上面提到的特定领域外,对于涉及热和结构分析的问题,建议您首先考虑是否可以使用不一致的网格。这类模型通常包含特征大小可能完全不同的零件装配,因此具有不同的单元大小。在使用“装配”的“网格划分”功能时,这些案例可以表现出最大的优势,即,在降低内存使用量的同时,仍具有良好的精度。

视频教程资源

几何定型方法:“形成联合体”与“形成装配”

在结构接触建模中使用“形成装配”来创建“接触对”

在多体动力学模型中使用“形成装配”特征

在旋转机械模型中使用“形成装配”特征