网格要求和准则
Simcenter STAR-CCM+ 中的有限元应力分析需要使用 3D 体单元网格或壳单元，这类单元可以使用基于部件的网格操作生成，也可导入为 CAE 模型。对于体单元，Simcenter STAR-CCM+ 支持六面体、四面体、楔形体和棱锥体单元类型。每种类型中可能不带中间边节点（线性单元），也可能带有中间边节点（二次元）。对于壳单元，Simcenter STAR-CCM+ 支持四边形和三角形单元类型。
体单元
在 Simcenter STAR-CCM+ 中，默认情况下网格操作生成线性单元。通过使用中间边节点选项（它将中间边节点添加为网格操作生成的角节点的插值），可以获得二次元。中间边节点选项作为固体区域的物理条件提供。有关详细信息，请参见区域设置。
| 单元拓扑 | 单元名称 | 图表 | 节点 | 面 | 边 | 单元类型 FF 标识符 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 四面体 | 线性 | Tet4 |  |
4 | 4 | 6 | 10 |
| 二次 | Tet10 |  |
10 | 4 | 6 | 24 | |
| 楔形体 | 线性 | Wedge6 |
 |
6 | 5 | 9 | 13 |
| 二次 | Wedge15 |  |
15 | 5 | 9 | 26 | |
| 六面体 | 线性 | Hex8 |  |
8 | 6 | 12 | 12 |
| 二次 | Hex20 |  |
20 | 6 | 12 | 25 | |
| 棱锥体 | 线性 | Pyramid5 |  |
5 | 5 | 8 | 14 |
| 二次 | Pyramid13 |  |
13 | 5 | 8 | 27 | |
一般情况下，二次元比线性单元更精确，但会提高模拟的自由度，因此增加计算成本。在区域内应力不快速变化的结构分析中，线性单元可以提供合理准确的求解。但是，四面体 (Tet4)、楔形体 (Wedge6) 和棱锥体 (Pyramid5) 拓扑的线性单元会导致锁定，即计算的位移可能比预期小若干个数量级。对于处于弯曲负载下的单元长宽比大的薄构件，这些单元尤其会出现“刚度”问题。
- 刚度矩阵更紧凑。因此，Simcenter STAR-CCM+ 需要较少的内存便可存储矩阵和对矩阵进行因式分解。
- 甚至对于弯曲负载下的单元长宽比大的薄构件，精度级别也可以达到很高。
- 这些单元需要较少的积分点，因而计算刚度矩阵和残差所需的操作较少。
并非所有几何都可以使用六面体轻松网格化。当几何需要其他类型的单元或具有不同拓扑的混合单元时，一定要添加中间边节点以使用二次单元。一般情况下，棱锥体不精确，仅接受作为过渡单元，因而远离预期应力较大的区域。
应力分析的常规工作流一节提供了生成适用于有限元应力分析的单元拓扑的步骤。
壳单元
| 单元拓扑 | 单元名称 | 图表 | 节点 | 面 | 边 | 单元类型 FF 标识符 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 四边形 | 线性 | Quad4 |
 |
4 | 1 | 4 | 9 |
| 三角形 | 线性 | Tria3 |
 |
3 | 1 | 3 | 5 |
通常，四边形主面网格更适合连续壳体应用。Quad4 四边形单元对于平面内和平面外弯曲问题均产生良好的结果。对于平面外弯曲问题，Tria3 单元也可产生良好的结果，但往往不太准确；因此，建议仅将这些单元用作过渡单元。要生成所需的 3D Wedge6 和 Hex8 单元，中面会离散化，并使用共用节点法线矢量获得三维几何。
网格加密
- 圆角和弯曲的边
- 凹角
- 孔
- 裂纹
- 与自由表面相交的焊接表面
例如，接合角度为 90 度的两个部件之间的圆角至少需要 4 个单元才能跨半径的四分之一圆。孔应至少具有 16 个单元才能跨圆周。在裂纹根部附近，必须在表面附近大约 2 个裂纹长度的区域中高度加密单元，根部附近的加密程度最大，并随着到裂纹根部距离的增加而粗糙化。当对裂纹使用弹性模型时，矩阵为奇异矩阵，即无论网格求解如何，裂纹尖端处的应力无限。在此处，必须应用断裂力学原理来评估裂纹上的负载严重程度。这些原理确定裂纹上的负载是否会导致严重故障或在循环负载下缓慢增加裂纹。
网格质量度量
较差的单元质量会导致矩阵状况不佳。直接求解器在设计上可以接受一些状况不佳但没有时间和内存开销成本的矩阵。
网格有效性
包含无效单元的网格可能导致收敛不佳、发散或非正刚度矩阵，从而导致该区域中的有限元解不正确或问题无法解决。要查找这些无效单元，可以使用 Fe 无效单元指示器场函数。将在所有 FEA 模拟中自动检查有限元有效性。首次初始化模拟时以及每次更改网格几何时，将触发检查。如果在此检查期间发现无效单元，输出窗口中会显示一条警告消息。
在分析包含无效单元的区域中的结果时，应格外注意尽可能避免无效的有限元网格单元。
同样建议为应力模拟激活非线性几何，为非线性区域激活固体位移运动，以检测无效的扭曲单元。
弯曲负载下的薄体部件
对于弯曲负载下的薄体部件，首选 Hex8 单元。带有中间边节点的六面体单元 (Hex20) 具有更高的精度，但代价是需要较多的内存和操作。如果几何充分规则，也可以使用具有中间边节点的楔形体单元 (Wedge15)，以便沿部件厚度拉伸一个三角形面网格以创建楔形体。对于此类几何，当将薄体网格生成器与四面体网格生成器一起使用时，会自动完成此操作。但是，在从厚截面到薄截面的转换中，这些网格生成器会生成一些在较大应力的区域中不适用的棱锥体单元。
弯曲负载下的薄体部件应至少具有两个沿厚度对齐的单元。沿厚度的单元数主要影响计算的轴向应力的精度级别。梁理论表明，轴向应力沿中性轴从压缩到拉伸线性变化。因此，在中心具有中性轴的薄体部件有较高的应力梯度。在这些情况下，较高的阶次单元会更合适。但是，由于弯曲负载造成的位移会随着甚至只有一个沿厚度单元的对齐 Hex8、Hex20 或 Wedge15 单元进行合理逼近。这一准则假设薄体部件的平面中具有足够的网格分辨率。在这些情况下，Tet4 和 Wedge6 单元表现特别糟糕，因为它们甚至在单元长宽比接近 1 时也具有过度的刚性。对于 Tet4 单元，添加中间边节点特别重要。