ANSYSWorkbenchMesh网格划分自己总结.docx
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ANSYSWorkbenchMesh网格划分自己总结.docx
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ANSYSWorkbenchMesh网格划分自己总结
WorkbenchMesh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ICEMCFD,
TGrid,CFX,GAMBIT,ANSYSPrep/Post等。
网格文件有两类:
①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,ANSYS
LSDYNA);
②计算流体力学(CFD解析)解析的网格:
用于ANSYSCFX,ANSYS
FLUENT,Polyflow;
这两类网格的详尽要求以下:
(1)构造网格:
①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;②大部分可划分为周围体网格,但六面体单元依旧是首选;③有些显示有限元求解器需要六面体网格;④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:
①细化网格来捕捉关心的梯度,比方速度、压力、温度等;
②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;
③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。
④CFD网格的周围体单元平时是一阶的(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:
①构造解析:
使用高阶单元划分较为粗糙的网格;
②CFD:
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);
③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
Mechanical
Kept
Coarse
Medium
Fast
CFD
Dropped
Coarse
Medium
Slow
Electromagnetic
Kept
Medium
Medium
Fast
Explicit
Dropped
Coarse
Fine
Slow
注:
上面的几项分别对应
Advanced中的ElementMidsideNodes,以及Sizeing中的
RelevanceCenter,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
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:
①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Automatic方法能迅速生成周围体网格;
②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;
③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:
①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。
②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ICEMCFD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DesignModeler
中能够将某些部件先组成一个多体部件(Multi-BodyPart,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,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
DesignModeler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:
①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;②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;
③一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ExplodePart,每个Body都独立,变成2Parts,2Bodies:
尔后再一次FromNewPart,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(10Parts,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,该怎么办理?
WorkbenchMesh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GenerateMesh:
但却发现诚然上面我们可是选择了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,Solid1~Fluid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AutomaticMethod。
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Generate
Mesh,那个按钮是针对全局网格划分的,我们只需要在Solid3右键-GenerateMesh即可,这时划分的网格就是针对Solid3:
Solid3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GenerateMesh也许是在Mesh上右键-GenerateMesh,则节余的4个部件都会以AutomaticMethod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Solid1~4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,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Solid1~Solid3三个部件:
这时我们必然要在上面同时选中Solid1~3,再右键-GenerateMesh,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-SuppressAllOthereBodies,尔后右侧只节余需要的零部件。
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)UseAdvancedSizeFunction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:
①off,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。
②Curvature,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:
③Proximity,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。
④ProximityandCurvature,②和③情况的综合,适用于比较复杂的几何体。
以以下列图所示:
⑤Fixed,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)RelevanceCenter,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)ElementSize,全局单元尺寸
ElementSize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(UseAdvancedSizeFunction)使用
的时候这个选项不会出现。
其缺省值(默认值)基于Relevance和InitialSizeSeed,也能够手动可输
入想要的值。
(4)InitialSizeSeed,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:
①ActiveAssembly,基于这个设置,初始种子放入未控制部件,网格可改变;
②FullAssembly,基于这个设置,初始种子放入所有装置部件,无论控制部件的数量。
由于控制部件网格不改变。
③Part,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,
Explicit),迅速(Mechanical,Electromagnetics)。
(6)SpanAngelCenter,跨度中心角
SpanAngleCenter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:
91°60°;中等:
75°
~24°;细化:
36°~12°。
4、Inflation(膨胀)设置
一般而言,这里的Inflation我们不会去用它,因此UseAutomaticInflation
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-Inflation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-ContactSizing、细化-Refinement、映
射面划分-MappedFaceMeshing、般配控制-MatchControl、缩短-
Pinch、膨胀-Inflation。
(1)Method,设置网格划分方法
①Automatic-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:
②Tetrahedrons-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ICEM
CFDTetra算法(Algorithm),这两种算法分别对应于下面的
Pathch
Conforming和PatchIndependent,两种周围体算法都能够用于
CFD的界线层
鉴别。
①PathConforming:
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TGRIDTetra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PatchConforming周围体和扫掠方法共同生成网格,可联合PinchControl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PatchConforming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PatchConforming方
法产生问题,这时可使用PatchIndependent方法的“虚假拓扑选项”解决这个问题。
而且PatchIndependent方法自己也更适合于质量差的几何体。
②PatchIndependent:
基于ICEMCFDTetra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
③Sweep-扫掠型网格,这种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ManualSource则下面的Source(源面)需要手动选择;若是设置成ManualSourceandTarget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SweepableBodies和MappableFaces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:
①包括不完满闭合空间;
②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;
③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ShowSweepableBodies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ProgramControlled去设定源面和目标面,则会出现错误:
④Multizone-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:
①划分关于传统扫掠方法来说太复杂的单体部件;
②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);
③关闭对源面和侧面的膨胀;
注意,使用多区时一般把Sizing下的AdvancedSizeFunction关闭。
⑤HexDominant,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
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