ANSYSWorkbenchMesh网格划分自己总结.docx

1、ANSYSWorkbenchMesh网格划分自己总结Workbench Mesh 网格划分解析步骤网格划分工具平台就是为 ANSYS 软件的不一样物理场和求解器供应相应的网格文件， Workbench 中集成了好多 网格划分软件 /应用程序 ，有 ICEM CFD ，TGrid， CFX， GAMBIT ，ANSYS Prep/Post 等。网格文件有两类：有限元解析（ FEM ）的构造网格：构造动力学解析，电磁场仿真，显示动力学解析（ AUTODYN ， ANSYSLS DYNA ）；计算流体力学（ CFD 解析）解析的网格： 用于 ANSYS CFX ，ANSYSFLUENT ， Poly

2、flow ；这两类网格的详尽要求以下：（1）构造网格： 细化网格来捕捉关心部位的梯度 ，比方温度、应变能、应力能、位移等；大部分可划分为周围体网格， 但六面体单元依旧是首选 ；有些显示有限元求解器需要 六面体网格 ；构造网格的周围体单元平时是二阶的（单元边上包括中节点）；（2）CFD 网格：细化网格来 捕捉关心的梯度 ，比方速度、压力、温度等； 由于是流体解析，网格的质量和圆滑度对结果的精确度至关重要 ，这以致较大的网格数量，经常数百万的单元；大部分可划分为周围体网格， 但六面体单元依旧是首选 ，流体解析中，同样的求解精度，六面体节点数少于周围体网格的一半。 CFD 网格的周围体单元平时是一阶

3、的（单元边上不包括中节点）一般而言，针对不一样解析种类有不一样的网格划分要求：构造解析：使用高阶单元划分较为粗糙的网格； CFD：好的，圆滑过渡的网格，界线层转变（不一样 CFD 求解器也有不一样的要求）；显示动力学解析：需要平均尺寸的网格；物理选项 实体单元默 关系中心缺 圆滑度 过渡认中结点 省值MechanicalKeptCoarseMediumFastCFDDroppedCoarseMediumSlowElectromagneticKeptMediumMediumFastExplicitDroppedCoarseFineSlow注：上面的几项分别对应Advanced 中的 Elemen

4、t Midside Nodes ，以及 Sizeing 中的Relevance Center， Smoothing ， Transition 。网格划分的目的是对 CFD (流体 ) 和 FEM (构造 ) 模型实现失散化，把求解域分解成可获得精确解的适合数量的单元。用户需要权衡计算成本和网格划分份数之间的矛盾。精细的网格能够使结果更精确，但是会增加 CPU 计算时间和需要更大的储藏空间，特别是有些不用要的细节会大大增加解析需求。 而有些地方，如复杂应力梯度地域，这些地域需要高密度的网格，以以下列图所示。 一般而言，我们需要特别留意几何体中物理量变化特别大的地域，这些地方的网格需要划分得精细一

5、些！在理想情况下，用户需要的网格密度是结果不再随网格的加密而改变的密度（比方，当网格细化后解没有什么改变），收敛控制能够达到这样的目的。注意：细化网格不能够填充模型不正确的假设和输入引起的错误。网格划分的利害对后边的求解有十分重要的影响，上图例子列举了一个集流管固体铸件中不收敛的热场。很明显低质单元地域的解析不能能获得符合本质的数据场。下面是几种典型网格的形状表示图，其中“周围体网格”和“六面体网格”是主要种类：（1）周围体网格：能够迅速地、自动地生成，并适合于复杂几何。如采用网格划分方法中的Automatic，关于一般几何体外形不那么规整，难以被 Sweep，因此很难生成六面体网格，这时采用

6、 Automatic 方法能迅速生成周围体网格；有等向细化特点，如为捕捉一个方向的梯度，网格将在所有的三个方向细化，这会以致网格数量迅速上升；界线层有助于面法向网格的细化，但 2-D 中仍是等向的（表面网格）。（ 2）六面体网格：大多 CFD 程序中，使用六面体网格能够使用较少的单元数量来进行求解求解。如流体解析中，同样的求解精度，六面体节点数少于周围体网格的一半。对任意几何体，由于其外形平时不是很规整，难以被 Sweep，因此要想获得高质高效的六面体网格，需要好多步骤。如在 ICEM CFD 中划分六面体网格就比较费时，需要对几何体进行切割，以以下列图所示：但对好多简单几何，用 Sweep方

7、法是生成六面体网格的一种简单方式，详尽能够采用的划分方法是 Sweep和 Multizone 。注意点 1：多体部件“接触面”的网格般配的问题：在 Ansys 中，有时经常需要解析比较复杂的装置体，在 Design Modeler中能够将 某些部件先组成一个多体部件 （Multi-Body Part ，实体 -Body，部件 -Part），即一个 Part 下面含有多个 Body，一旦形成多体部件后，从前相互独立的这些 Bodies在后边的设计仿真中就能拓扑共享 ，在 Mesh 中就表现为它们接触面上的网格是相互般配的，不像它们相互独马上划分网格是相互间没有任何关系。这个功能是 DM 的亮点，

8、差异于其他 CAD 画图软件。但我们一般画图是在其他CAD软件中完成，不再DM中。那若是是在Solidworks中先画了一个单一几何体，以以下列图中的一个T 型部件（命名为T台），尔后将其用“切割”命令划分成两部分，此后导入Workbench 中，在Design Modeler 中我们看到其被组成了一个多体部件，1Parts，2Bodies：在Mesh 中我们知道，关于一个多体部件其划分网格时有以下特点：每一个实体 -Body，都独立划分网格，但在实体间的关系依旧被保留；实体间结点能够共享，意味着 两个实体间的接触区网格是连续的 。其网格效果就将这些不一样的 Bodies 用布尔操作变成一个

9、Body 后划分网格同样，但实际上它们是无接触的，即没有成为单个 Body，不一样 Bodies 间依旧相互独立；一个多体部件体能够由不一样的资料组成；但是我们本质大将上图所示的部件 直接导入 Mesh 中划分网格此后的结果以以下列图所示：发现两部分实体之间的网格其实不连续，这也就是说本质上它们并没有形成一个多体部件，而是两个实体（ Body）都各自单独地域分网格， 它们在接触处的结点地址也不同样，不共享。 为什么？我们需要在 DM 中将该几何体 重新组成一次多体部件 ，以以下列图所示，在DM 中先将几何体 Explode Part，每个 Body 都独立，变成 2Parts，2Bodies：

10、尔后再一次 From New Part，重新变成一个多体部件， 1Pat，2Bodies：此后再在 Mesh 中划分网格，会发现两个 Bodies 间的网格般配了：造成这个的原因可能使 Solidworks 中的多体部件和 DM 中的多体部件不匹配，必定要在 DM 中重新进行一次多体部件的组成操作！若是是在 DM 中直接画几何体，不会出现该问题。那若是我在 SW 中画的是一个装置体，不像上面例子是先画一个单体，尔后再“切割”，这会怎么样？以以下列图所示，是将一个 SW 中画好的装置体直接导入 DM 中后的结果，我们能发现其 10 个 Bodies 之间都是相互独立的，并没组成多体部件（ 10P

11、arts，10Bodies）：我们将该装置体直接划分网格，由于每一个 Bodies 都是独立的，因此这些不一样 Bodies 之间的网格也没有般配：现在在 DM 中将其组成一个多体部件（ 1Part，10Bodies）：组成多体部件后我们采用了其中 top-cover，down-base，bolt-1 几三个零部件画网格，结果以以下列图所示：发现它们之间的网格都般配，不再是单独划分网格了。注意点 2：多体部件采用不一样的网格划分方法注意点 1 中讲了多体部件接触面之间的网格划分，上面是针对一个多体部件全局网格划分的情况，那若是我一个多体部件不一样 Bodies 想采用不一样的网格划分方法，该怎

12、么办理？Workbench Mesh网格划分应用程序可运用 “切割” 的思想，即几何体的各个部件能够使用不一样的网格划分方法（如 Sweep， Multizone 等）。 不一样部件的体的网格能够不般配或不一致，单个部件的体的网格般配一致。 那多体部件的网格该怎么操作才能使每一个 Solid（在 DM 中对应Body）都有不一样的网格划分方法？看下面三通管的例子：既然要选择不一样的网格划分方法， Mesh-Insert-Method-采用某一小部件，以以下列图中我们选择的小部件为 Solid3，其颜色已变成蓝色：这时我们点击工具栏最上方的 Generate Mesh：但却发现诚然上面我们可是选

13、择了 Solid3 这一小部件，但划出来的结果倒是把其他的部件也一起划分了网格，即相当于整个装置体一起划分了，以以下列图所示：这时候能够注意到一点， Solid1Fluid 这 5 个部件前面都变成了绿色小勾上加一横线，这说明这 5 个部件都已经完成了网格划分，其所用的方法就是从前为 Solid3 设定的 Automatic Method。那怎么样才能防备这种情况？要点在于我们在选择了 Solid3 此后，不要去点击工具栏最上方的 GenerateMesh，那个按钮是针对全局网格划分的，我们只需要在 Solid3右键 -Generate Mesh 即可，这时划分的网格就是针对 Solid3：S

14、olid3 网格划分获得的结果：这时我们发现，只有 Solid3 前面绿色勾加了一横，其他都正常，这说明只有Solid3 被划分了网格。 注意，这时 Mesh 旁边有一个黄色闪电标志，此时若是点击工具栏上的 Generate Mesh也许是在 Mesh 上右键 -Generate Mesh，则节余的 4 个部件都会以 Automatic Method 方法被生成网格：其实不用管这个黄色标志，等我们给这 5 个部件分别划分好网格此后其自动回消失。以以下列图是我们给 Solid14 依照上面的方法单独划分了网格，这时还剩下 Fluid 没有划分，此时黄色标志还存在：等到 Fluid 也划分好此后，

15、黄色标志自动消失，而且部件前面的绿色小勾也都加上了一横：注意：若是我们在划分网格时有时需要给几个部件一起划分，以以下列图中一次选中了 Solid1Solid3 三个部件：这时我们必然要在上面同时选中 Solid13，再右键 -Generate Mesh，若是可是采用了它们中的一个，则划分出来的网格可是对应那个部件的：三个部件一齐划分网格：除了上面讲的方法， 特点控制 也能够用来单独划分网格：对其他部件进行特点控制 Suppress。以以下列图所示：我们将其他暂时不用划分网格的部件进行控制，在需要划分网格的部件上面右键 - Suppress All Othere Bodies，尔后右侧只节余需要

16、的零部件。这时再Mesh-Insert-Method-采用部件，我们用 Hex-Dominant 划分网格。划分完此后再清除控制，可获得整个装置体只有刚刚部件划分了网格：需要对第二个部件进行单独网格划分时，找到对应的部件也同样执行，划分完此后清除控制，尔后获得以下所示结果。可知只有选中的两个部件被划分了网格：1、第一是输入几何体， 尔后点击树形窗口中的 mesh此后，主要设置一下几大块内容：2、Defaults设置确定物理场，一共对应四种， Mechanical-构造场， Electromagnetics-电磁场， CFD-流场， Explicit- 显示动力学。 Relevance-指网格相

17、关度，数值从 -100+100，代表网格由疏到密，不一样的值对应不一样的网格数和节点数：3、Sizing（网格尺寸函数）设置Sizing 设置中，关于不一样的物理场选择会稍有不一样，但基本一致，以下列图以Mechanical 为例。（1）Use Advanced Size Function高-级尺寸函数 ，主要用于控制曲线 /曲面在曲率较大地方的网格，其有以下几种设置：off ，先从边开始划分网格，在在曲率比较大的地方细化边网格，接下来再产生面网格，最后体网格。Curvature，由曲率法确定（细化）边和曲面处的网格大小。在有曲率变化的地方，网格会做的比较漂亮，会自动地加密。以以下列图所示：P

18、roximity ，这将对网格划分算法增加 更好的办理周边部位的网格 ，即控制模型周边区网格的生成，主要适用于窄 /薄处的网格生成。关于狭长 /修长的几何体，网格会做的比较好，但是关于曲面则不好办理，会做的失败。Proximity and Curvature，和情况的综合， 适用于比较复杂的几何体。以以下列图所示：Fixed，只以设定的大小划分网格，不会依照曲率大小自动细化网格。（2） Relevance Center，关系中心代表网格的“粗糙，中等，细化”三种模式。其会和上面的 Relevance-网格相关度（ -100+100）一起对网格产生影响，以以下列图所示：（3） Element S

19、ize，全局单元尺寸Element Size设置用于整个模型使用的单元尺寸。这个尺寸将应用到所有的边、面、体的划分。当上面高级尺寸功能（ Use Advanced Size Function）使用的时候这个选项不会出现。其缺省值（默认值）基于 Relevance和 Initial Size Seed，也能够手动可输入想要的值。（4） Initial Size Seed，初始尺寸种子用于控制每一部件的初始网格种子，关于已定义单元尺寸则被忽略。如同上所示三种模式： Active Assembly，基于这个设置，初始种子放入未控制部件，网格可改变；Full Assembly，基于这个设置，初始种子放

20、入所有装置部件，无论控制部件的数量。由于控制部件网格不改变。 Part，基于这个设置，初始种子在网格划分时放入个别特别部件。由于控制部件网格不改变 。（5） Smoothing以及 Transition，圆滑和过渡Smoothing 圆滑网格，经过搬动周围节点和单元的节点地址来改进网格质量，圆滑有助于获得更加平均尺寸的网格 。以下选项和“网格划分器开始圆滑的门槛尺度”一起控制圆滑迭代次数，设置判据以下：中等（ Mechanical ，CFD，Electromagnetics），高（ Explicit ）。Transition 过渡，用于过渡控制周边单元增加比，设置判据：缓慢（ CFD，Expl

21、icit ），迅速（ Mechanical，Electromagnetics）。（6） Span Angel Center，跨度中心角Span Angle Center设定基于边的细化的曲度目标，网格在波折地域细分，直到单独单元超越这个角。有以下几种选择：粗糙： 9160；中等： 7524；细化： 3612。4、Inflation（膨胀）设置一般而言，这里的 Inflation 我们不会去用它，因此 Use Automatic Inflation设置为 None，即初始网格无膨胀。 等到我们在确定局部网格设置时，若是对几何体界线处的物理条件感兴趣，能够利用 Mesh-Insert-Inflat

22、ion 来设置详尽的膨胀。5、确定局部网格设置注意，上面介绍的 Defaults，Sizing， Inflation 三项设置是针对 mesh全局的，对整个几何体都起作用。关于简单的几何体，也许关于网格要求不高的情况，设置好前三项就可以了，后边的几项能够先不用管。能够等网格划分完此后在进行局部网格设定。但是本质上我们经常要对几何体进行局部优化，这时就需要进行 “局部网络设置” 。也就是说， mesh的整体思路是“先进行整体和局部网格控制，尔后对被选的边、面进行网格细化” 。以以下列图中左侧致密网格就是由后期局部优化获得的：详尽操作为： Mesh-Insert，以以下列图所示：而且在 Mesh

23、的基础上每插入一项，都会在树形窗口下面跳出对应的局部网格设置项，以及每一项对应的参数设置窗口，以以下列图所示：下面列出了可用到的局部网格控制（可用性取决于使用的网格划分方法）： 尺寸 -Sizing、接触尺寸 -Contact Sizing、细化 -Refinement、映射面划分 -Mapped Face Meshing、般配控制 -Match Control、缩短 -Pinch、膨胀 -Inflation 。（1）Method，设置网格划分方法Automatic-自动划分法 ，是在周围体和扫掠型网格之间切换，取决于被划分的几何从整体上而言可否被扫掠， 遇到不规则的地方（不能够被扫掠）程序就

24、自动生成周围体，反之生成六面体。由于 Automatic 划六面体是依照对“整个几何体”而言可否被扫掠，要达到整个几何体都能被扫的几率是很低的，由于我们用来解析的几何体经常没有那么规整。由此也就带来了一个问题，在用 Automatic 划分网格时，经常划出来的都是周围体，以以下列图所示：Tetrahedrons-周围体网格， 在三维网格中，相对而言周围体网格划分是最简单的。周围体网格的优弊端以下：Workbench 中周围体网格的生成主要基于两种算法： TGRID 算法和 ICEMCFD Tetra 算法（ Algorithm ），这两种算法分别对应于下面的PathchConforming 和

25、 Patch Independent，两种周围体算法都能够用于CFD 的界线层鉴别。Path Conforming： 默认考虑几何面和体生成表面网格， 会考虑小的边和面，基于 TGRID Tetra 算法由表面网格生成体网格（表面网格 体网格）。 此方法适用于多体部件 ，可混杂使用 Patch Conforming 周围体和扫掠方法共同生成网格，可联合 Pinch Control 功能有助于移除短边，基于最小尺寸拥有内在网格弊端。也正是由于 Patch Conforming 方法会考虑到几何体中比较小的边和面，因此像以下列图中这种包括太多不一样尺寸和形状的面的几何会使 Patch Confor

26、ming 方法产生问题，这时可使用 Patch Independent方法的“虚假拓扑选项”解决这个问题。而且 Patch Independent方法自己也更适合于质量差的几何体。Patch Independent： 基于 ICEM CFD Tetra 算法，先生成体网格并照射到表面产生表面网格（体网格 表面网格）。若是没有载荷或命名，就不考虑面和界线（极点和边）。 此法更加赞同质量差的 CAD 几何体，对 CAD 好多面的维修适用，如碎面、短边、差的面参数等。 若是面上没有载荷也许命名，就不考虑面和边，直接将网格跟其他面作一体划。倘如有命名则要单独划分该地域网格Sweep-扫掠型网格， 这种

27、方法 主若是产生六面体网格 ，也许棱柱型网格，但要注意被划分体必定是可扫掠的，即是规则几何体：几个重要的设置项目（源面，目标面）：在Sweep设置中，上图中的几项表示扫掠“源面 /目标面”的选择 , 以及网格种类。若是选择 Manual Source则下面的 Source（源面）需要手动选择；若是设置成 Manual Source and Target则源面和目标面都需要手动选择。当创办六面体网格时，先划分“源面”再延伸到“目标面”，其他面叫做侧面。“扫掠方向”或“路径”由侧面定义，源面和目标面间的单元层是由插值法而成立并投射到侧面。当扫掠几何包括好多扭曲 /波折时，扫掠划分器会产生扭曲单元以

28、致网格划分失败。若是想知道几何体哪些部位能被 Sweep的话，能够在树形窗中的 Mesh 上点击右键， Show，能够看到几何体 Sweepable Bodies和 Mappable Faces即“可被扫掠”和“可被照射”的部分 （满足条件的部位会变成绿色，若是没有绿色则说明不能够够） ，以以下列图所示：一个可扫掠体需满足的条件是：包括不完满闭合空间；最少有一个由边或闭合表面连接的从“源面”到“目标面”的路径；没有硬性切割定义以致在源面和目标面相应边上有不一样切割数；诚然我们经过 Show Sweepable Bodies可能找不到可扫掠体的轴，即系统显示没有部位能够被 Sweep。但我们依旧

29、能够手动设置来找到源面和目标面，其他源面和目标面不用是平面或平行面，也不用是等截面的。若是整个几何体在上面 Show 步骤此后显示没有部位能够被 Sweep，则我们在用 Sweep方法划分网格时用系统 Program Controlled 去设定源面和目标面，则会出现错误：Multizone-多地域扫掠型，主要用来划分六面体网格 。其特点是有几何体自动分解功能 （切割功能） ，从而尽量使每一部分都能被扫掠，多生成 六面体网格。以以下列图，用扫掠方法，这个元件要被切成 3 个体来获得纯六面体网格：我们发现，扫掠 Sweep 和多区 Multizone 方法的目标均是生成六面体网格，关于有些几何体

30、而言这两种方法都能够使用，但这两种方法之间也有好多不一样。“扫掠方法”是单个源面对单个目标面的扫掠，很好地办理扫掠方向多个侧面，需要分解几何以致每个扫掠路径对应一个体。“多区方法”是自由分解方法，多个源面对多个目标面。一般满足以下条件时会使用多区：划分关于传统扫掠方法来说太复杂的单体部件；需考虑多个源面和目标面（不能够使用 VTs 集成一个源面 /目标面）；关闭对源面和侧面的膨胀；注意，使用多区时一般把 Sizing 下的 Advanced Size Function关闭。Hex Dominant，六面体主导网格法。 先在几何体表面生成“四边形主导”的面网格，尔后再获得六面体，再按需要填充棱锥和周围体单元。最后经常是在模型的 外面生成六面体单元，里面周围体单元 。以下面所示的是用 Automatic