将自适应网格细化与数据过滤结合

2021年3月19日

当使用随空间变化的导入数据时,我们经常面临确定需要哪种网格细化的挑战,以准确解决输入数据及其如何影响我们多物理问题的解决方案。在这些情况下,我们可以使用自适应网格细化来根据模型结果来完善网格。事实证明,我们还可以根据输入数据使用自适应网格精炼来完善。让我们了解更多!

建模不均匀的热负荷

考虑下面显示的问题的问题,该材料从上方加热,并以空间变化的热负载来自外部数据文件并具有一些不同但完全不均匀的结构。

不均匀的热负荷的示意图,以红色和黑色箭头显示,涂在以灰色正方形为单位的材料上。
从外部数据文件中读取的非均匀施加的热负载的可视化。

实际上,这根本没有ComsolMultiphysics®软件的问题。188金宝搏优惠我们可以简单地使用自适应网状精炼comsol®软188金宝搏优惠件将根据用户指定的几次自动改进网格,以使我们对问题有更准确的解决方案。下面绘制了该算法的几个迭代。

6个网状图,用于非均匀热负荷的模型,从左上方正方形的均匀网格开始,网眼变得越来越细。
结果显示使用自适应网格精炼时的网格(顶视图)。从均匀的网格开始,该软件会适应元素大小,以准确解决溶液中由于空间变化的施加热负荷而在溶液中的变化。这重现了所施加的载荷的空间变化,但是需要几次迭代才能使该结构变得明显。

我们可以观察到的是,自适应网状精炼算法始于默认网格,该默认网格不知道施加的热载荷的形状。只有经过几次迭代,算法才真正开始很好地识别负载的分布,并且这些初始迭代有一些计算费用。

如果有更好的方法怎么办?如果我们可以告诉我们要从已经适应实验数据形状的网格开始的软件,该怎么办?当然,我们仍然希望执行自适应网状精炼,但是我们希望从更合理的初始网格开始此精炼过程。

事实证明,通过仅在导入的数据上实现Helmholtz过滤器并在此上调整网格,这很容易做到。我们已经介绍了Helmholtz过滤器的概念和实现以及在以前的博客文章。现在,让我们看一下它给我们的另一个功能。

实施自适应网格细化和数据过滤

我们可以在模型的顶部表面上实现Helmholtz滤波器方程,其滤镜半径很小(认为此半径类似于输入数据的空间分辨率),并将其求解在相当粗的网格上,只是在表面。Helmholtz滤波器方程本身是线性的,因此可以在任何网格上求解,并且自适应网格算法将能够确定需要完善的网格。我们只需要对求解器和网格设置进行一些小调整即可。

具有方形几何形状和自适应网格的模型应用于其顶表面。
用于启动自适应网格细化的网格仅应用于零件的顶部表面。

固定步骤,在我们解决Helmholtz过滤器的位置,只有一个必需的更改。这几何实体选择为了适应必须进行修改,以便仅在定义过滤器的区域(在这种情况下,只有一个边界)进行适应。您还可以选择增加最大适应次数并尝试适应方法,尤其是一般修改重建网格选项。

自适应网格改进的设置窗口的屏幕截图,具有适应性和错误估计和几何实体选择的自适应部分。
定义边界的自适应网状细化的设置。

所有其他设置都可以留在默认设置。求解时,您将获得一系列网格,这些序列仅基于边界上的滤波器解决方案,如下所示。求解器中可能会有一些消息,即该卷内没有网格,但这是必需的:我们只想适应表面上的网格,而不是对卷的任何重新勾勒。

4个盒子显示了针对非均匀加热模型的自适应网状细化算法生成的前4个网格的序列。
自适应网格改进算法生成的前四个网格的序列。这些仅存在于最高边界。

使用改编的网格解决问题

接下来,我们想在用于解决传热问题的体积网格的定义中使用改编的表面网格。我们需要做的就是添加另一个网格,该类型用户自定义,添加一个参考其中的特征,全局之后立即尺寸始终以网格序列存在的功能。之后,我们添加一个自由四面体功能,我们有一个完整的网格,可用于解决传热问题。

参考设置窗口的屏幕快照,用于设置体积网格,其中参考网格设置为2级适应网格。
基于先前的适应性精制边界网的结果,构建新的体积网格。

实际上,我们甚至可以从此网格中进行额外的网状精炼。优势是我们已经从非常适合应用负载的网格开始。因此,对于这个问题,我们不需要对热溶液进行太多的自适应网格细化。

仿真结果显示了实施自适应网格细化和数据过滤后的非均匀热负荷问题的温度。
从基于输入数据精制的网格开始,我们不需要多次完善网格即可获得对模型解决方案的信心。

我们可以在这里看到,在这种情况下,有明显的计算益处。每当您在实验数据中阅读的空间截然不同的实验数据时,都值得研究这一技术,因为它可以节省大量的计算工作。另一方面,如果数据相对平滑,没有急剧的过渡,那么该技术就不会那么强烈。

还值得一提的是,在这种情况下,我们专注于2D平面表面,因此您还可以使用将热分布视为图像文件的方法,并且将该图像转换为一组曲线,可在任何2D工作平面内使用。但是,这种方法仅适用于2D平面表面,而这里提出的方法也可以在弯曲的表面甚至卷上工作。

自己尝试

单击下面的按钮以访问与此处讨论的模型示例关联的文件:


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