（可编辑）STAR-CCM+(使用技巧完整版)

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1、第 19 卷 第 2 期 2010 年 6 月 计 算 机 辅 助 工 程 Computer Aided Engineering Vol. 19 No. 2 Jun. 2010 STAR-CCM + 使用技巧 收稿日期: 2010-04-28 1如何充分利用 STAR- CCM + 的一体化集成 优势? STAR- CCM + 的操作是流程化的， 整个 CAE 分 析流程都集成在 1 个界面中， 用户可以完全摆脱学 习和掌握专业 CAD 造型软件， 其他网格生成、 表面 处理等前处理软件以及结果处理、 动画制作等后处 理软件的漫长和痛苦的过程. 其中， 3D- CAD 模块的 加入， 更加强化

2、一体化带来的高效便捷的优势. 如在 旋风式分离器的设计中， 出口深度通常是个需要改 变的参数， 以寻求更优的分离效率. 用户可以在 STAR- CCM + 中绘制分离器草图时， 勾选出口深度 的 Expose parameter?选项， 即将其指定为 Design Parameter. 通过对其他相关边进行位置约束， 即可实 现改变 Design Parameter 来改变整体几何外形的目 的( 见图 1) ， 用户无须设置网格模型、 尺寸及边界条 件， 就可以直接生成网格并实施计算， 大大缩短优化 改进设计的分析周期. 图 1通过 Design Parameter 改变几何外形 2多面体网格

3、有哪些优势? STAR- CCM + 中的多面体网格技术非常先进成 熟. 多面体网格具有六面体网格的精确度兼具四面 体网格的易生成性， 在 STAR- CCM + 中是最常用的 网格类型. 多面体具有比四面体网格更好的收敛性 和更小的网格依赖性， 大大降低用户的硬件资源要 求和计算时间. 用某赛车外流分析实例说明选择多 面体网格的优势， 见图 2. 在该例中， 若采用四面体 网格， 则需要 210 万个网格才能消除网格依赖性， 占 用内存 1. 3 GB; 若采用多面体网格， 则仅需 35 万个 网格就可消除网格依赖性， 占用内存 900 MB. 图 3 和 4 分别为四面体网格和多面体网格在

4、相同计算条 件下监控得到的阻力因数和升力因数曲线的收敛情 况， 可以看出， 后者收敛速度远快于前者. 图 2某赛车外流场分析 图 3四面体网格阻力因数和升力因数收敛曲线 图 4多面体网格阻力因数和升力因数收敛曲线 3STAR- CCM +中如何局部加密体网格? STAR- CCM + 中可以对局部区域内的表面参 数、 体网格参数等进行单独控制， 常用于对空间网格 进行局部加密， 见图 5. 图 5体网格局部加密 加密过程如下: 首先， 在管理树 Tools Volume Shapes 上点击右键， 在 New Shape 下选择要加密区 域的形状， 如长方体( Brick) 、 锥体( Con

5、e) 、 柱体 ( Cylinder) 和球体( Sphere) 等. 进入编辑状态后， 用 鼠标拖动或坐标输入的方式确定加密区域的大小范 围， 并点击 Create 建立， 在 Volume Shapes 节点下会 生成 1 个子节点( 如 Brick1) ， 即新建的区域. 然后， 右键点击 Continua Mesh1 Volumetric Controls 选 择 New 新 建， 出 现 子 节 点 Volumetric Control1， 在其属性窗口中将 Shapes 项选入前面新 建的加密区域 Brick1. 在 Volumetric Control1 Mesh Conditi

6、ons 中 选 择 与 体 网 格 相 关 的 Mesher ( 如 Polyhedral Mesher，Trimmer 等) 并在其属性窗口中 将 Customize项勾选. 在 Volumetric Control1 节点 下会生成 Mesh Values 子节点， 修改其参数可以单独 控制加密区域的体网格尺寸， 实现局部加密的目的. 4STAR- CCM +中如何处理无厚度表面生成双面 边界层网格? 在生成体网格时， 如果遇到空间中的无厚度表 面， 按下述方法处理可解决拓扑封闭问题， 并可在表 面两侧生成质量很高的边界层网格( 图 6) . 图 6无厚度表面边界层网格 右键点击 Regi

7、ons Region 1 Boundaries 节点 下的空间面名称， 选择 Convert to Interface( s) ， 将此 无厚度面转换成 Interface. 修改 Interfaces 节点下此 无厚度面 interface 的属性， 将 Type 选择为 Baffle. 在 该 Interface 节点下的 Mesh Conditions 下 Interface Prism Layer Option 属性打勾选中. 从 Interface 节点向双面产生边界层， 默认的边 界层参数是在 Mesh Continua 里设定的全局参数. 如果需要定义向双面生长的不同参数， 需要

8、修改 Regions Region 1 Boundaries 里， 对 应 于 生 成 Interface 节 点 的 2 个 Boundary 节 点 的 Mesh Conditions 里的 Customize Prism Mesh 参数来实现. ( 待续) ( 本文由西迪阿特信息科技( 上海) 有限公司技术部供稿. 读者 若对 STAR- CCM + 产品感兴趣， 可以联系 support cdaj- china. com. 檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 ) ( 上接第 97 页) 5在 MSC Patran 中如何撤销已选

9、择的单元或 节点? 当模型较大且选择较多单元或节点时， 如果使 用 Backspace 键撤销选择会浪费较多时间， 但采用 以下 2 种方法可以快速撤销已选单元: ( 1) 双击选 项框; ( 2) 充分利用快捷键 Tab， 同时按下 Tab 键和 Shift 键. 通过这 2 种方法就可以 1 次选中要删除的 所有单元或节点， 然后 1 次性删除即可. 6在 LS- DYNA 中简化积分时怎样避免或减小 沙漏? 在显式动力分析中采用简化积分可以极大节省 数据存储量和运算次数， 并且在大变形分析中更加 适用. 但是， 简化积分会出现沙漏( 零能模式) ， 因此 需要有效控制分析中可能出现的沙漏

10、变形， 控制沙 漏的方法有: ( 1) 尽可能使用均匀的网格划分; ( 2) 尽量避免单点载荷; ( 3) 由于全积分单元不会出现 沙漏， 用全积分单元定义模型的部分或全部以减小 沙漏; ( 4) 全局增加模型的体积黏性. 7在 HyperMesh 中如何改变壳单元的方向? 前处理有限元软件 HyperMesh 划分好面网格 后， 可能会存在同一个面上单元方向不一致的情况 ( 颜色光亮度有一定差异) ， 在后续施加面载荷或定 义单面接触时需要改变壳单元的方向， 使同一面上 壳单元的方向一致. 修改方法为: ( 1) 在主菜单区选 择 Tools - normals; ( 2) 通过组件或直接选

11、择同一 面上的单元， 并采用 color display normals 显示方式， 点击 display normals， 由此直观地通过蓝红 2 种颜色 的单 元 将 不 同 方 向 的 单 元 区 分 开 来;( 3) 在 orientation 中选 择 面 上 的 1 个 单 元， 点 击 adjust normals， 则所在面上壳单元的方向都改为 orientation 中所选单元的方向. ( 摘自同济大学郑百林教授 CAE 操作技能与实践 课程讲义. ) 99第 2 期STAR- CCM + 使用技巧 第 19 卷 第 3 期 2010 年 9 月 计 算 机 辅 助 工 程

12、Computer Aided Engineering Vol. 19 No. 3 Sept. 2010 STAR-CCM + 使用技巧( 续 1) 收稿日期: 2010-08-24 1如何通过 Sim 模板缩短从导入模型到执行计算 过程的工作时间? 对于几何模型不同但边界条件、 计算条件甚至 网格尺寸范围相同的算例， STAR- CCM + 可将已计 算过的 sim 文件作为新模型的计算模板， 大大节省 流程中网格尺寸调试、 边界条件和计算条件等设定 所花费的工时. 图 1 为模板应用方法实例. 计算模型为长方体 Box， 边界名称分别为壁面、 入口和出口， 有 1 套网格 模型物理模型及参数

13、， 同时有设定好的计算条件和 数据报告等. 新的几何模型为某分离器， 几何形状差 异较大， 但基本边界相同， 可分为壁面、 入口和出口. 网格尺度、 物理模型、 计算参数以及条件都可沿用 Box 设定. 图 1模板应用方法实例 以 Box 的设定作为分离器计算的模板， 具体操 作步骤如下: ( 1) 将已经分析过的 sim 文件除几何模 型外的所有设定作为模板. 右键删除 Representations 下除 Geometry 外的所有已存网格( Import， Remeshed Surface 和 Volume Mesh 等) ， 保留包括边界在内的 其他所有设置， 如壁面、 入口、 出口及

14、其他各项参数 等. ( 2) 点击 Import Surface Mesh 按钮， 导入新分析 对象的 CAD 模型， 在跳出的对话框中 Import Mode 选项下选择 Create New Part， 创建新的 Part， 点击 OK 确认. ( 3) 在 GeometryPart 下找到对应的几何体 ( 如名为 PIPING 的几何体) ， 在其子节点 Surfaces Faces 上点右键选择 Split By Patch， 用 Patch 方法对 其几何表面作边界分割. 用户可在编辑界面中选择 要分割的表面或在 Patch 列表中选择表面对应的 Patch 编号， 点击 Creat

15、e 进行分割( 如 PIPING 几何体 表面分为 Faces 1， Faces 2 和 Faces 3 等) . ( 4) 将已 分割好的几何体表面与区域中的边界进行关联， 即 在 Regions 下对应的区域( 如区域名称为 Body 1) 属 性中 Parts 项下选择对应的几何体( 即 PIPING) ， 在 区域内各 Boundary 的属性中 Part Surfaces 项下选择 对应的几何体表面， 对应关系见图 2. ( 5) 保留其他 设定( 可根据需要改动) . ( 6) 重新生成网格并进行 计算. 图 2几何表面与物理边界关联关系 2如何生成合理的薄壁网格? 在很多问题中常

16、会遇到薄壁几何的情况， 图 3 为流体区域中存在固体薄壁的情况示意. 图 3流体区域中存在固体薄壁的情况示意 对于存在薄壁的区域， 为满足薄壁厚度方向上 流动或传热的计算要求， 必须指定一定层数的网格 以反映该方向上速度或温度等其他物理量的梯度变 化， 同时在非厚度方向的网格尺寸可根据具体问题 设定为较大的值， 保证整体网格数量不至于过多. 由 图 3 可知， 厚度方向指定 2 层网格， 非厚度方向的网 格尺寸远大于厚度， 既保证厚度方向传热计算的要 求， 又保证整体网格数量很少. 用 STAR- CCM + 自带 的 Thin Mesher 工具可方便地达到上述目的. 在网格连续体中选择 Thin Mesher 工具， 用户可 指定相关参数控制薄壁厚度及厚度方向的网格层 数. 以某螺旋桨模型为例， 叶片为薄壁， 对该模型的 流固区域同时生成网格， 方法如下: ( 1) 导入 CAD 文件， 以 Split by Surface Topology 方法自动将流固分 为 2 个区域， 在网格连续体 Mesh 1 的属性中勾选 Per- Region Meshing;