通过 2 种网格自适应方法实现更高效的计算
2019年 1月 16日
网格自适应的目标是通过修改网格实现更高效地求解。通常，我们希望使用尽可能少的网格单元获得精确的解，在不太重要的区域使用较粗的网格，在感兴趣的区域使用较精细的网格。有时，我们甚至可能会考虑各向异性单元。从 5.4 版本开始， COMSOL Multiphysics® 软件包含了一些增强方法以调整网格。这篇博客，让我们来看看如何使用这些方法。 确定所需网格单元的大小 要对网格进行自适应操作，必须知道所需的网格单元大小。然而，找到合适的网格大小并不容易，事实上这需要进行大量的研究。对于稳态和特征值问题，我们可以使用COMSOL Multiphysics 中的 自适应和误差估计 功能基于内置的误差估计自动调整网格。 COMSOL 软件中的网格自适应方法并不局限于使用内置的误差估计，它还具有更高地灵活性。可以先在粗网格上求解一个较简单的问题，然后基于此解通过求解一个表达式来控制较难问题的单元大小。另外，还可以使用导入的插值函数或任何自定义表达式来控制单元大小。 本文不讨论这方面内容，而是假设已经隐式或显式地知道所需的单元大小是 x，y 和 z（三维空间）的函数。也就是说，网格单元的边长由该边中点坐标的函数表达式确定。当然，一般情况下不可能完全满足此要求，即使是一个三角形单元也需要满足三角形不等式。但是，请记住：大小表达式代表空间中每个点所需的单元边长。 根据大小表达式调整网格的 2 种方法 COMSOL Multiphysics 的 网格节点下有 2 种不同的方法可以构建适应大小表达式的网格。 第一种方法，我们可以在网格划分序列中使用大小表达式 属性来改变生成网格的大小。如果使用研究中的网格自适应功能，则相当于选择了 重新生成网格 选项，其中的自由网格生成器（自由三角形网格，自由四边形网格和自由四面体网格）会考虑网格大小。另一方面，例如 映射 、扫掠 和某种程度上的 边界层）会忽略大小表达式属性（根据定义，结构化网格不能遵循大小可变的字段）。简单来说，就是如果我们构建的是结构化网格，可能无法使用此方法。 另一种方法是使用 自适应 操作。此操作通过单元细化和粗化来修改现有网格。我们可以在具有任何单元类型的网格上以及在导入的网格上使用 自适应 操作。这是一种更强大的方法，并且可能更好地遵循指定的大小表达式。但是，结果通常不如从头开始生成的网格平滑。 下面，我们将详细讨论这 2 种方法，并看看二者产生的结果有何不同。 使用大小表达式属性 如前所述，使用大小表达式属性方法通常能获得高质量的网格。但是，如果这种方法产生的单元质量较差（在大小过渡较快时会出现这种情况），则可能无法达到所需的单元大小。有关网格质量的讨论，请阅读博客：如何检查 COMSOL Multiphysics® 中的网格质量。由于每次调整都是从头开始构建网格，因此对于复杂的几何结构而言，此过程可能非常耗时。 使用 大小表达式 属性对一个圆形几何的三角形网格应用大小表达式，得到高质量的网格单元和大小过渡平滑的网格。 如果已知大小表达式（例如，一个全局插值函数），在背景栅格上进行计算通常很方便（上图中的基于栅格计算）。需要确保栅格分辨率足够高，才能捕获大小表达式描述的所有特征。 当大小表达式取决于已知的空间变化量（例如材料），可以使用 初始表达式 计算选项。这样，就可以使用模型中的任何表达式。软件将在求解前计算表达式（与可用于研究步骤的 获取以下步骤的初始值 命令对比）。我们还可以指定某个研究步，因为一些表达式的值取决于研究。 最后，还可以基于现有解计算。内置的 误差 估计使用的是 误差指示器 表达式类型 ，但也可以使用任意的大小表达式，这取决于现有的解决方案。例如，有时可能想在应力较大的地方细化网格。 使用自适应操作 另一种方法是基于现有的网格进行修改来匹配所需的单元大小。这就是 自适应 操作的作用。它适用于所有单元类型，也可作用于导入的网格。它的许多选项和输入字段与 大小表达式 属性相同。 该操作有三种适应方法：最长边细化，常规细化 和 通用修改。前两种细化方法是基于单元边的二等分法操作。由于这些单元边太长，所有现有网格的顶点被保留，因此这些方法无法被粗化。 自 5.4 版本开始，COMSOL Multiphysics 软件内置了 通用修改 方法。顾名思义，就是以非常通用的方式修改网格： 单元可以被细化 […]
