Maillez efficacement la géométrie de votre modèle avec des séquences de maillage
La résolution de votre simulation nécessite-t-elle beaucoup de temps de calcul ? L’une des causes possibles est que votre maillage contient trop d’éléments. Dans ce cas, vous avez la possibilité de passer à un maillage contrôlé par l’utilisateur pour construire et éditer manuellement les séquences de maillage disponibles dans le logiciel COMSOL Multiphysics® au lieu d’utiliser la séquence de maillage par défaut. Comme nous le montrerons à l’aide d’un exemple tutoriel, cette méthode permet de réduire les besoins en mémoire tout en fournissant des résultats précis.
Choisir un maillage précis et efficace
Le maillage que vous choisissez pour votre simulation COMSOL Multiphysics® influe fortement sur vos exigences en matière de modélisation. En fait, le maillage est l’une des étapes les plus gourmandes en mémoire lorsqu’il s’agit de configurer et de résoudre un problème éléments finis.
L’identification du maillage le mieux adapté à votre modèle spécifique implique souvent de choisir les types et les tailles d’éléments adéquats. Dans COMSOL Multiphysics®, le maillage fait appel à quatre types d’éléments différents: les tétraèdres (tets), les hexaèdres (bricks), les prismes triangulaires (prisms) et les pyramides. Il existe également neuf tailles d’éléments prédéfinies, qui vont de Extrêmement fin à Extrêmement grossier.
Images de différents types d’éléments. De gauche à droite : un tétraèdre, un hexaèdre, un prisme triangulaire et une pyramide.
Le maillage, comme de nombreux outils disponibles dans COMSOL Multiphysics®, est personnalisable et interactif. En quelques étapes seulement, vous pouvez facilement mailler des faces ou des domaines individuels. De plus, les séquences de maillage par défaut, dites contrôlées par la physique, créent des maillages composés de différents types d’éléments et caractéristiques de taille, que vous pouvez utiliser comme point de départ pour ajouter, déplacer, désactiver et supprimer des opérations de maillage. Chaque opération de maillage est construite dans l’ordre dans lequel elle apparaît dans la séquence de maillage pour produire le maillage final. La personnalisation de la séquence de maillage peut contribuer à réduire les besoins en mémoire en contrôlant le nombre, le type et la qualité des éléments, créant ainsi une simulation efficace et précise.
Personnalisation de la séquence de maillage dans COMSOL Multiphysics®
Supposons que vous souhaitiez modéliser un composant électronique fixé à un circuit imprimé par des joints de soudure. Un tel dispositif peut générer des températures élevées lorsqu’il est mis sous tension pendant de longues périodes. Comme indiqué dans un précédent article de blog, la surchauffe peut endommager l’appareil lui-même et même présenter un risque d’incendie.
Dans le cas de notre tutoriel, l’exposition à des périodes prolongées de forte chaleur peut entraîner un fluage des joints de soudure qui maintiennent le composant électronique en place. Il peut en résulter une déformation permanente et une rupture des joints. Nous examinerons ici comment différents maillages peuvent être utilisés pour étudier un tel dispositif.
Un composant électronique qui est fixé à un circuit imprimé par des billes de soudure.
Pour commencer, nous utiliserons le maillage par défaut Contrôlé par la physique, qui est un maillage tétraédrique simple et non structuré. Ce maillage est automatiquement créé et adapté aux paramètres physiques du modèle, la taille des éléments étant définie par défaut à Normal, et la séquence de maillage, composée d’un nœud Taille et d’un nœud Tétraèdre libre, est masquée.
Un maillage par défaut sur la géométrie du composant électronique.
Le maillage résultant, illustré ci-dessus, est composé d’environ 45 000 éléments. Bien que ce nombre d’éléments résolve assez bien la géométrie, il en est ainsi pour toutes les parties de la géométrie, même là où un nombre beaucoup plus faible d’éléments serait adéquat et permettrait de réduire les besoins en mémoire. Voyons comment la modification de la séquence de maillage permet de réduire le nombre d’éléments de maillage…
Utilisation des opérations de maillage et des attributs Taille dans la séquence de maillage
Afin de réduire le nombre d’éléments de maillage, il est possible de personnaliser le maillage pour qu’il soit plus fin au niveau des domaines sphériques, qui représentent les joints, et plus grossier dans le reste de la géométrie. Pour ce faire, nous pouvons maintenant porter notre attention sur les attributs de taille locale et globale dans la séquence de maillage. Dans la séquence de maillage par défaut, les réglages de la première fonctionnalité d’attribut global sont appliqués au nœud Tétraèdre libre 1 suivant. Le nom attribut global est donné au premier nœud de la fonctionnalité Taille utilisé dans une séquence parce qu’il influence toutes les opérations qui le suivent.
Pour atteindre notre objectif, nous ajoutons à l’opération Tétraèdre libre 1 un attribut local Taille qui s’applique aux domaines individuels des joints de soudure. Cela nous permet de nous concentrer sur les éléments clés de notre modèle. Le maillage initial utilisant cette méthode est constitué d’environ 28 000 éléments, soit près de la moitié du nombre d’éléments du maillage par défaut.
Un maillage personnalisé, qui contient plus d’éléments de maillage autour des domaines sphériques.
Pour réduire davantage le nombre d’éléments, nous pouvons appliquer un maillage par extrusion, ce qui réduit considérablement la taille d’un modèle et sa complexité de calcul. Dans notre exemple, nous modifions l’opération Tétraèdre libre 1 pour qu’elle ne s’applique qu’aux domaines des joints de soudure. Nous voulons maintenant utiliser la partie supérieure du circuit imprimé et le composant électronique comme sources de notre maillage extrudé. Il est important de noter, cependant, que quelques-unes de ces faces du modèle sont déjà maillées car elles touchent les joints de soudure.
Ensuite, nous ajoutons un nœud Triangle libre à notre séquence de maillage. Comme COMSOL Multiphysics® ajoute de nouveaux nœuds dans la séquence de maillage à la suite du nœud de la fonctionnalité courante, le nœud Triangle libre 1 devient la fonctionnalité courante au lieu du nœud Tétraèdre libre 1 existant. Si vous le souhaitez, vous pouvez facilement modifier cette configuration en modifiant l’ordre des nœuds dans la séquence de maillage. Gardez à l’esprit que cela peut entraîner des erreurs de construction si une opération dépend d’opérations antérieures dans la séquence.
Maillage avec ajout d’un nœud Triangle libre 1.
Nous pouvons maintenant porter notre attention sur les attributs de taille locale et globale dans la séquence de maillage. Lorsque nous avons créé le nœud Triangle libre 1, le mailleur a appliqué les réglages de la première fonctionnalité globale de Taille. Il est possible d’ajouter un maillage triangulaire plus grossier à l’opération Triangle libre 1 à l’aide d’un attribut de taille local. Le nouveau maillage a, cependant, un aspect presque identique à celui de l’itération précédente. Cela est dû au fait que le mailleur a dû utiliser le maillage préexistant des arêtes des joints de soudure et les réglages de taille globaux (qui sont réglés sur Normal) sur les arêtes extérieures. Par conséquent, le maillage local plus grossier n’a été appliqué qu’à l’intérieur des faces maillées.
Pour éviter ce problème, il suffit de s’assurer que le premier nœud Taille global est réglé sur le maillage le plus grossier pour l’ensemble de la géométrie. Il est ensuite possible de créer des nœuds de fonctionnalités de taille locale pour les opérations de maillage qui requièrent des mailles plus fines. Après avoir appliqué cette technique, nous utilisons une taille de maille prédéfinie Plus grossier pour le maillage par extrusion et continuons à extruder le maillage source dans tous les domaines restants. Le résultat est un maillage qui contient environ 17 000 éléments.
Maillage remanié avec encore moins d’éléments.
Si vous souhaitez contrôler plus précisément le nombre d’éléments de maillage, vous pouvez choisir de spécifier vous-même la distribution du maillage par extrusion. En appliquant cette approche à notre exemple tutoriel, le maillage comprend environ 21 000 éléments, avec une plus grande résolution limitée aux domaines importants pour notre analyse, les joints de soudure.
Maillage mettant l’accent sur des éléments importants du modèle, tout en étant moins dense dans d’autres domaines.
Comme nous l’avons expliqué ici, la modification des séquences de maillage est un outil puissant qui permet de réduire considérablement le nombre d’éléments de maillage et donc de minimiser le temps de calcul – tout en fournissant des résultats précis pour les zones clés d’une géométrie. Vous souhaitez en apprendre davantage sur le maillage? Consultez les ressources ci-dessous.
Consultez des ressources complémentaires sur l’utilisation du maillage pour vos simulations
- Parcourez le Blog COMSOL pour d’autres articles sur le thème du maillage
- Regardez ces vidéos pour en savoir plus sur l’utilisation des capacités de maillage de COMSOL Multiphysics®:
Commentaires (0)