“质量差”的网格不一定是差网格
导读：初学有限元分析时，看到规则的网格会觉得赏心悦目；当了解到网格质量有一些参数专门去评判后，发现以前看到的某些网格貌似存在质量问题；对分析有了更深入的了解之后，明白网格是一个个力学单元组成，而评判网格的好坏也不再那么一板一眼。
前言
现在大部分有限元分析软件的前后处理界面已经做得非常人性化，使用者很多时候只需要点两下鼠标就能生成一个复杂模型的高阶四面体网格，再点几下鼠标就能得到一个分析结果。
但是，软件的便捷性很容易隐藏一些问题，阻碍人的思考。
对于了解分析的人员来说，工具的便捷性极大地提高了效率，对于不了解的人员来说，表面看起来很快掌握了分析软件，实际上和别人的差距可能在后续学习的过程中越来越大。
因此个人准备就有限元分析中的典型问题进行系列化总结，给初入分析门槛的新手一些建议。
本篇从网格开始，结合一个典型的例子进行说明。
问题说明
对于一个光轴模型，刚开始学习有限元分析的时候，很多学习者看到这样的网格都觉得非常漂亮，认为网格就应该这样规整。
经过一段时间的学习，了解到网格质量是有一定的评判标准，上述模型经质量检查后发现，轴中的质量很差，因为单元内角过小：
在这个阶段，我们会认为这样的网格才是合理的：
这个时候学习者也很容易陷入一个误区：全局网格质量一定要高，否则算出的结果就是不合理的。我经历过那个时期，有些时候因为局部几个质量差的单元而苦恼，恨不得把网格全部删了重新划分。
那么，以上述简单的例子为引，我们来对比下两种网格到底谁更适合用来进行分析？
分析说明
为了对比两种网格谁更适合分析，这里需要构造几种典型工况进行对比。由于轴体主要承受的载荷为弯曲和扭转，因此使用以下工况进行分析对比：
如图，固定轴体一端，在另一端通过rbe3单元施加端面的集中力和集中力矩，来模拟轴受到弯曲和扭转载荷的工况，现在来对比两种网格模型在典型工况下的变形和应力表现。
弯曲工况
首先我们来看下弯曲工况下两种有限元模型的变形和米塞斯应力分布：
变形结果
应力结果
可以很清晰的看到，两种网格模型对应的弯曲变形基本一致，米塞斯应力结果也只相差3.0%（大家也可以对比弯曲正应力）。
扭转工况
然后来看下扭转工况下两种有限元模型的表现：
变形结果
应力结果
在扭转工况下两者相差得其实也非常小，扭转刚度基本一致，米塞斯应力结果也仅相差3.8%（大家也可以对比扭转切应力）。
疑惑
通过上述结果的对比，我们自然会有些许疑惑：
1.为什么旋转方式得到的网格中心质量那么差，但是在弯、扭工况下得到的结果却还比较好？
2.通过对比会发现，符合质量规则的网格柔性更好，按照有限元分析的规律，确实得到的结果更好，那么为什么还需要划分那种辐射状的网格呢？
个人理解
1.为什么芯轴网格质量很差，但是分析结果良好？
对于问题1其实很多小伙伴都比较容易理解，结合材料力学的理论知识和结构的应力分布都不难看出，这类结构的刚度主要由靠近外侧的结构承担，而芯轴在弯曲和扭转载荷作用下能够分担的应力较小。
因此就算这部分网格质量很差，但是由于它们不在结构的主要传力部位，并没有对整体结构的静刚、强度产生较大影响。
2.为什么有些时候还会使用这类辐射状网格？
其实不光文章举例的这类网格，大家如果查看不同行业的网格标准，总会发现一些比较奇怪的建模方法，用一句话来说就是这些网格划分方法有其行业适应性。
以辐射状的网格为例：
它的轴向，径向以及周向非常清晰，这样不管是在指定路径上的结果提取还是前处理一些特殊载荷的施加和相关方法的使用都会带来一定的便捷性。
小结
本文通过一个简单轴类结构的两种网格对比了解到：从网格质量检查角度来说，不合格的网格整体上看不一定就是差的网格；将质量好的网格放在主传力路径上，对于非主传力路径上的网格可以适当降低质量要求。
文章来源仿真求知之路
