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2D-Netzgenerator

Globale Vernetzung

Der 2D Netzgenerator ist ein Werkzeug für die automatische Vernetzung eines geschlossenen Bereiches innerhalb einer Ebene:

Die 2D-Kontur unseres Bauteils haben wir manuell aus einzelnen Konstruktionsobjekten (Linie, Bogen, Kreis) in einer Skizzier-Ebene (YZ-Koordinatenebene) gebildet. Alle Konstruktionsobjekte dieser Skizzier-Ebene wurden als Bestandteil des Bauteils in einer gemeinsamen Ebene abgelegt ( 1<YZ(-X)> ).
Für diese Ebene aktivieren wir die Funktion 2D-Netz erstellen:
Wir verwenden am Anfang die Standvorgaben für die Vernetzung und wählen als Elementtyp gemischt:
Der Wert der Netzdichte entspricht ungefähr der Anzahl der Elemente in einem Rechteck, das die Geometrie vollständig einschließt.
Die Bedeutung aller Parameter ist im Online-Handbuch beschrieben.
Der 2D-Netzgenerator erzeugt etwas andere Ergebnisse, als die Oberflächen-Vernetzung im Rahmen der 3D-Netzgenerierung und ist auf ebene Flächen beschränkt. Für unseren Spezialfall, dass man den Elementtyp 2D verwendet, musste diese Ebene die YZ-Ebene des Koordinatensystems sein:
Nach der Netzgenerierung erscheinen die Kanten des 2D-Netzes (Linien, Bögen, Kreis) als Flächen des Bauteils im Browser. Es handelt sich hier um die einzelnen 3 mmm hohen Seitenflächen des Bauteils.
Da wir nur ein vernetztes Bauteil in unserem Szenarium bearbeiten, existiert auch nur ein 2D-Netz als Eintrag unter Netze.

Netzverfeinerung mit Kantenteilungen

Anhand unseren Erfahrungen aus den Simulationen mit dem CAD-basierten Mittelflächen-Netz erscheint die Vernetzung am Lochrand als zu grob und sollte dort verfeinert werden. Im Unterschied zum 3D-Netzgenerator kann man die Netzverfeinerung im 2D-Netzgenerator nicht nur mit Verfeinerungspunkten, sondern auch mit den sogenannten Kantenteilungen steuern:

Die Steuerung der Vernetzungsdichte über Kantenteilungen ist häufig einfacher, als über Verfeinerungspunkte.
Im Beispiel aktiviert man für das Konstruktionsobjekt Kreis die 2D Netzteilungen:
Die Standardvernetzung mit einem Winkel=15° führte im Beispiel zu 24 Elementen entlang des Kreises. Das entspricht einer Elementgröße von ca. 0,5 mm. Um die Elemente auf ca. 50 µm zu verkleinern, müsste man also eine Teilung von ca. 250 verwenden:
Zum neuen Netz gelangt man auf zwei verschiedenen Wegen:

Löschen des aktuellen 2D-Netzes (unter "Netze"), dann 2D-Netz erstellen für die Ebene (wie oben) oder
2D-Netz bearbeiten für die Ebene (ohne Änderung von Werten) und Anwenden

Leider tritt nun ein uns bekannter Effekt auf - der Übergang zwischen feiner und globaler Vernetzung verläuft sehr unstetig:

Geom. Verhältnis=1,25 (Einstellung im 2D-Netzgenerator) steuert, wie schnell ein feines Netz zur nicht verfeinerten Dichte übergeht. Leider zeigt dieser Parameter keine Wirkung im Bereich der Kantenteilungen!
Die Kantenverfeinerung ist anscheinend für unser Beispiel nicht so gut geeignet. Wir werden andere Möglichkeiten ausprobieren, um den Lochrand feiner zu vernetzen.

Deaktivieren der Kantenverfeinerung:

Infolge eines Bugs (oder mangelnden Verständnisses) wird man in der aktuellen Programmversion eine aktivierte Kantenverfeinerung nicht mehr dauerhaft los!
Entfernt man für die 2D-Netzteilungen des Kreises den Haken vor "Teilungen festlegen", so wirkt dies nur für die nächste Netzgenerierung. Bei weiteren Netzgenerierungen ist der letzte Teilungswert wieder aktiv. Bisher wurde noch kein Weg für die dauerhafte Deaktivierung gefunden.
Wichtig: Vor jeder weiteren Netzgenerierung muss man Kantenteilungen wieder Deaktivieren oder man wählt eine Kantenteilung, welche den globalen Einstellungen des 2D-Netzgenerators entspricht.

Winkel-Unterteilung an geschwungenen Kanten

Der Parameter Winkel=15° des 2D-Netzgenerators bestimmt die Teilung geschwungener Kanten (Kreis, Bogen, Spline), wenn sich dadurch kleinere Elemente als die Standardnetzgröße ergeben. Dies ermöglicht eine höhere Netzdichte in scharfen Kurven, wo wahrscheinlich Spannungskonzentrationen auftreten. Der Bereich innerhalb eines Kreises (oder der Kreis, der dem erweiterten Bogen entspricht) ist mit der gleichen Netzdichte wie der Kreis selbst vernetzt. Ein Übergangsbereich um die Kurve herum lässt das Netz geometrisch von der Kante der Kurve zum standardmäßigen nicht verfeinerten Netz hin wachsen. Das wollen wir nutzen, um das Netz am Lochrand zu verfeinern:

Der Standardwert Winkel=15° führt zu der Teilung=24 der 360° des Lochrandes.
Verringern wir diesen Wert auf Winkel=1,5°, so ergeben sich 240 Elemente entlang des Lochrandes.
Wichtig: nicht vergessen, vor der Netzgenerierung die Kantenteilung des Kreises zu deaktivieren!
Da auch die Bereiche innerhalb der Abrundung fein vernetzt werden, erstreckt sich die Verfeinerung über größere Bereiche, als es erforderlich wäre:
Der Übergang vom feinen zum globalen groben Netz verläuft insgesamt harmonisch:
Geom. Verhältnis (2D-Netzgenerator) steuert hier den Übergang zwischen feiner und grober Vernetzung (größere Werte bewirken einen schnelleren Übergang / Wert=1 erweitert die Verfeinerung auf das gesamte Netz). Das aktuelle Netz wurde mit Geom. Verhältnis=1,25 (Standardwert) erzeugt.
Geom. Verhältnis=10 vermindert nicht die feine Vernetzung innerhalb der Bögen, sondern realisiert einen schnelleren Übergang zum groben Netz:
Anscheinend sind Verfeinerungspunkte im Zusammenwirken mit dem Parameter geometrisches Verhältnis oft die beste Methode, um ein Netz nur in erforderlichen Bereichen hinreichend zu verfeinern.
Die Definition der Verfeinerungspunkte und die Konfiguration der Ausdehnung und des Übergangs verläuft analog zum 3D-Netzgenerator.
Da Verfeinerungspunkte somit nichts Neues bieten, werden wir im Rahmen dieser Übung eine Kombination aus Kantenteilung und Winkel-Unterteilung benutzen, um unser Bauteil sinnvoll zu vernetzen:
- Teilung=250 aktivieren wir für den Kreis erneut (damit stört uns der Bug nicht mehr!)
- Winkel=5° erzeugt im Bereich der Abrundung eine moderate Elementgröße.
- Geom. Verhältnis=1,25 erzeugt einen harmonischen Übergang zur globalen Vernetzung: