网格密度对计算结果及效率的影响

网格无关性验证是有限元分析中确保结果收敛性与可靠性的必要步骤。有限元方法的本质在于将连续域离散为有限数量的微小单元,通过分段插值函数逼近真实场变量;依据数值收敛理论,随着网格不断细化,计算结果将渐近收敛于理论精确解。

计算结果表明,网格密度对等效应力具有显著影响(图2),而对变形量的影响甚微(图3)。

此外,计算成本是网格划分的关键约束:

计算时间与网格密度正相关,且随网格细化急剧增加。

如图4所示,当网格尺寸小于1 mm时,节点数、单元数及计算时间均呈指数级增长。

图1

图2

图3

图4