“形成联合体”和“形成装配”的用法

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，我应该如何选择？

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，用于创建要建模的几何结构。在此序列末尾，有一个形成联合体 节点，也可以更改为形成装配。此选择会影响用于物理场设置和网格划分的最终几何模型的生成方式，本篇“知识库”文章描述了这些差异。

形成联合体

这是生成几何模型的默认方法，相当于对几何序列中的所有对象执行布尔并集操作，并保持内部边界，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，通过不同的颜色显示了产生的不同域。

在划分网格时，网格将会在边界处被连接起来，因此所有位置的网格都将是共形的，也就是说，内部边界两侧的网格单元共享相同的节点、边和面。基于内部边界已划分的网格，您可以在不同的域中应用不同的单元大小，如下图所示。

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，您也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。

所有求解磁矢势、电场或磁场的两个或三个分量（作为因变量）的电磁接口都需要共形网格，此类接口要求网格单元在所有边界上都是共形的。

“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。这是因为“形成联合体”操作将在两个域之间为每一对接触边界形成一个内部边界，从而使生成的网格跨内部边界进行连接（并保持共形）。对于 COMSOL Multiphysics 中的大多数建模情况来说，这是一种适当的默认假设，但在需要移动相邻对象时，该假设就不成立了，对于这类情况，或者当您希望在相邻域之间具有非共形网格时，请将“形成联合体”更改为“形成装配”。

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，而是将它们收集到一个装配对象中。在执行“形成装配”操作后，相邻对象将变成断开的域，并可以根据需要进行移动。因此，当几何序列包含相邻、接触对象时，需要在以下物理场接口中切换为“形成装配”：

• 包含“接触”特征时的结构力学模型
• 多体动力学
• 旋转机械，磁
• 旋转机械，流体流动

由于“形成装配”不计算对象的布尔并集，因此不能使用“形成装配”为对象之间的重叠区域生成求解域，几何中的域数量不会因“形成装配”操作而发生改变。下图中圆环和长方体的相邻对象在“形成装配”后成为两个不相连的域。

“形成装配”操作将标识所有对象的接触边界，默认情况下，系统将据此形成一致对 或接触对。系统的默认行为是自动创建这些对，但您也可以手动设置。此外，您还可以使用相关选项来生成带压印的这两种“对”，从而在两个对象上相互投影面的轮廓。下面对接触圆环和长方体的这些选项进行了说明，爆炸图中突出显示了组成这些对的面。

默认情况下，将为两个域之间的所有接触面创建一个定义配对面的对，即使这些面在每个域内不相邻。您可以通过选择拆分非连接对 来代替此操作，从而为每个配对面“对”创建一个对，如上图所示。

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“结构力学”问题时才应创建“接触对”。这意味着，面之间可以相互接触并脱离接触，可以彼此相对滑动，并且仅当这些面发生接触时，它们之间才会传递力和通量。

在使用任何“旋转机械”接口时，使用形成“一致对”（无压印，且不拆分非连接对）的选项是正确的做法。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。

您可以禁用自动生成的边界对，也可以更改对的类型，例如，如果只在几何的某些位置应用“接触”特征。或者，您也可以在几何序列中使用“布尔并集”操作来合并一些对象，然后可以使用“形成装配”为其余对象之间的配对面生成“接触对”。

使用“形成装配”时创建的网格未跨边界对的两侧连接，因此，网格在断开的域之间非共形，配对面上的网格单元不共享节点、边或面。配对面上的网格可以是匹配的，也可以不匹配，具体取决于它的创建方式。启用压印后，“对”的配对面将获得完全相同的形状，尽管两个配对面的网格不相连，并且可能不匹配。使用此选项时，您可以使用“复制面”操作在配对面上创建匹配的网格。首先为该对的一侧创建网格，然后使用“复制面”将网格复制到另一侧。下图是接触圆环和长方体示例，其右侧显示了此类网格。

在“形成装配”情况下，跨边界对的场或通量的连续性由应用于该物理场的“连续性”边界条件强制执行，您必须为模型中的每个对和物理场接口明确应用“连续性”边界条件。此外，也可以应用“不连续性”或“突变”条件。“连续性”边界条件将大致强制场和通量在整个对上具有连续性。相比之下，“形成联合体”后的网格在内部边界上是一致的，因此，通过有限元法可以自然满足场和通量的连续性。采用非共形网格得到的结果不如采用共形网格得到的结果准确，非匹配网格得到的结果也不如匹配网格得到的结果准确，并且随着对中相对单元大小的不同，结果的精度会越来越低。因此，“形成联合体”后的网格将给出最准确的结果，但需要最多的内存进行求解，而使用“形成装配”（无压印）后的非匹配网格最不准确，并将使用相对较少的内存进行求解。

如果您希望减少网格中的单元数，从而减少求解所需的内存，切换到“形成装配”可能会有所帮助。对于涉及热和结构分析的问题，建议使用非共形网格进行研究。这类模型通常由特征大小可能完全不同的几何对象组成，因此具有不同的网格单元大小。在使用“形成装配”方法生成几何模型进行物理场设置和网格划分时，这些案例可以表现出最大的优势：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

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