Freie Vernetzung
Aus ESOCAETWIKIPLUS
engl: free mesh Kategorie: 
Level 2 Methoden Vernetzung
Eine freie Vernetzung ist die Erzeugung eines Netzmuster bei der Vernetzung eines FEM-Modells, bei dem keine Vorgaben für die Regelmäßigkeit beachtet werden. Eine freie Vernetzung ist geeignet für
- eine automatische programmgesteuerte Vernetzung
- für unregelmäßige Geometrie-Formen.
Die freie Vernetzung wird meistens ausgeführt mit Dreiecks-Elementen (für 2-dimensionale Modelle) oder Tetraeder-Elemente (für 3-dimensionale Modelle).
Vorteil der freien Vernetzung: gut automatisch ausführbar. Nachteil der freien Vernetzung: hohe Elementanzahl, damit hoher Rechenaufwand.
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Beispiele
Armaturengehäuse
In der Abbildung rechts ist ein Armaturen-Gehäuse gezeigt, das für eine FEM-Simulation diskretisiert worden ist. Für diese Vernetzung sind hier tetraeder-förmige Volumen-Elemente mit Kantenmittenknoten verwendet worden. Nach dem derzeitigen Stand der FEM-Software wird eine solche Vernetzung automatisch in wenigen Sekunden ausgeführt. Ein solches Modell enthält relativ viele Elemente (hier ca. 100.000) Elemente bei relativ wenig Knoten (hier ca. 20.000).
Winkel Ausrundung
Bei diesem Winkel-Bauteil ist zunächst automatisch eine sehr grobe Tetraeder-Vernetzung ausgeführt worden. Danach wurde die Netzdichte im Bereich der Kehle als unbefriedigend angesehen. Der Bereich wurde hier markiert (bei der Anwendung der Software kann hierfür ein transparenter roter Ball dorthin positioniert werden) und für diesen Bereich eine Verfeinerung des Netzes angefordert.
In dem rechten Teilbild ist das Ergebnis dieser Arbeitsschritte dargestellt. Das grobe Netz ist im Bereich der Kehle deutlich verfeinert worden. Die Netzdichte ist damit geeignet, die Spannungen, die bei dieser Simulation der Strukturmechanik erwartet werden, ausreichend genau zu berechnen.
Winkel Versteifungsprofile
Dieses Bauteil ist ein Winkel, der durch Versteifungen und Absätze detailliert ausgeformt ist. Das große Teilbild zeigt eine automatisch erzeugte freie Vernetzung in 2 Varianten:
- in der rechten Hälfte wurde eine feine Netzdichte voreingestellt, das ausgeführte Netz zeigt über das gesamte Bauteil eine etwa einheitliche Kantenlänge,
- in der linken Hälfte wurde eine grobe Netzdichte voreingestellt, automatisch wurde aber an den schmalen Kanten das Netz verfeinert, da an diesen Formübergängen sonst die Genauigkeit der FEM-Ergebnisse ungenügend wäre.
In den rechts daneben gezeigten Teilbildern sind weitere Varianten der Netzdichte gezeigt, die mit geringen manuellen Eingriffen erzeugt werden können. Solche Vernetzungen sind weiterhin als freie Vernetzung anzusehen.
Winkel Plattenkonstruktion
Hier rechts ist ein 3-dimensionales FEM-Modell gezeigt. Das Bauteil zeigt eine verwinkelte Plattenkonstruktion.
Die Vernetzung der Plattenbereiche ist als freie Vernetzung ausgeführt mit tetraeder-förmigen Volumen-Elementen.
Der Übergangsbereich zwischen den Platten stellt eine Schweißnaht dar. Dieser Bereich ist mit einer regelmäßigen Vernetzung mit Hexaederförmigen Volumen-Elementen ausgeführt. Eine solche Vernetzung (hex-dominant) wird angestrebt, wenn besondere Anforderungen an eine hohe Genauigkeit der Ergebnisse bei möglichst geringer Elementzahl verlangt sind.
Sonstige Begriffe
Eine Vernetzung, bei der Vorgaben für die Regelmäßigkeit beachtet werden, wird als regelmäßige Vernetzung (mapped mesh) bezeichnet.
