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1、ANSYS网格划分简介,ANSYS网格划分应用程序概述,Workbench中ANSYS Meshing应用程序的目标是提供通用的 网格划分格局。网格划分工具可以在任何分析类型中使用: FEA Simulations 结构动力学分析 显示动力学分析 AUTODYN ANSYS LS DYNA 电磁分析 CFD 分析 ANSYS CFX ANSYS FLUENT,网格详述,目的 对 CFD (流体) 和FEA (结构) 模型实现离散化。 划分网格的目的是把求解域分解成可得到精确解的适当数量的单元. 3D网格的基本形状有 :,集流管例子 : 热应力气流分析的外部铸件和内部流体的网格划分,四面体 (非
2、结构化网格),六面体 (通常为结构化网格),棱柱 (四面体网格被拉伸时形成),棱锥 (四面体和六面体之间的过渡),网格详述,需考虑的事项,细节: 多少几何细节是和物理分析有关的 不必要的细节会大大增加分析需求 细化 哪些是复杂应力梯度区域？这些区域需要高密度的网格.,有必要划分这里的网格吗？,流体边界层的网格,在螺栓孔附近进行网格细化,网格详述,质量 复杂几何区域的网格单元会变扭曲。劣质的单元会导致劣质的结果，或者在某些情况无结果! 有很多方法来检查单元网格质量 (mesh metrics*)。例如 ，一个重要的度量是单元畸变度（ Skewness ）。畸变度是单元相对其理想形状的相对扭曲的度
3、量，是一个值在0 (极好的) 到1 (无法接受的)之间的比例因子.,*更多检查网格的信息在培训讲稿的附录文件中。,CFD网格划分问题,CFD网格 细化网格来捕捉关心的梯度 例如. 速度, 压力,温度, 等. 网格的质量和平滑度对结果的精确度至关重要 这导致较大的网格数量, 经常数百万的单元 大部分可划分为四面体网格, 但六面体单元仍然是首选的 CFD网格的四面体单元通常是一阶的(单元边上不包含中节点),网格类型,四面体网格和四面体/棱柱混合网格,网格类型,六面体网格,网格划分程序,为方便使用创建命名选项 设置目标物理环境 (结构, CFD, 等)。自动生成相关物理环境的网格 (如 FLUENT
4、, CFX, 或 Mechanical) 设定网格划分方法 定义网格设置 (尺寸, 控制, 膨胀, 等.) 预览网格并进行必要调整 生成网格 检查网格质量 准备分析的网格,ANSYS网格划分应用程序流程,ANSYS网格划分应用程序使用分割 的方法 几何体的各个部件可以使用不同的网格划分方法 不同部件的体的网格可以不匹配或不一致 单个部件的体的网格匹配或一致 所有网格将写入共同的中心数据库 3D 和2D 几何存在很多不同的网格划分方法,网格划分方法,3D 几何网格划分方法,3D 几何有六种不同网格划分方法: 自动划分 四面体 Patch Conforming Patch Independent
5、(ICEM CFD Tetra algorithm) 扫掠划分 多区 六面体支配的 CFX-网格,2D几何网格划分方法,面体或壳2D几何有四种不同网格划分方法: 自动的 (四边形支配) 三角形 均匀四边形和三角形 均匀四边形,几何要求,所有的3D 网格划分方法要求 组成的几何为实体 如果输入一个由面体组成的几何，需要在ANSYS网格划分应用程序中生成3D网格，就需要额外的步骤将其转换为3D 实体 (尽管表面体可以由表面网格划分法来划分),四面体网格,优点 任意体总可以用四面体网格 可以快速, 自动生成, 并适用于复杂几何 在关键区域容易使用曲度和近似尺寸功能自动细化网格 可使用膨胀细化实体边界
6、附近的网格 (边界层识别) 缺点 在近似网格密度情况下，单元和节点数高于六面体网格 一般不可能使网格在一个方向排列 由于几何和单元性能的非均质性，不适合于薄实体或环形体,Patch Conforming 四面体,Patch Conforming 算法的四面体方法 考虑面和它们的边界 (边和顶点) 包含膨胀因子的设定, 控制四面体边界尺寸的内部增长率 包括CFD的膨胀层或边界层识别 同一个组建中可和体扫掠方法混合使用 产生一致的网格,四面体网格,扫掠网格,单元形状,Patch Conforming 四面体实例,考虑面 (和边),圆孔的识别,Patch Independent四面体,Patch I
7、ndependent (ICEM CFD Tetra)算法的四面体方法 如没有载荷,边界条件或其它作用，面和它们的边界 (边和顶点) 不必考虑 适用于粗糙的网格或生成更均匀尺寸的网格 ANSYS Meshing Application可以非常方便的生成四面体网格 ANSYS Meshing Application 标准的网格尺寸控制 Tetra 部分也有膨胀应用,粗糙网格，忽略表面模型细节处,CFD膨胀层应用,单元形状,Patch Independent 四面体,对 CAD 许多面的修补有用, 碎面、短边、差的面参数等。 用四面体方法, 设置 Algorithm为 Patch Independ
8、ent 如没有载荷或命名选项，面和边 不必要考虑 这里除设置curvature 和 proximity外， 对所关心的细节部位有额外的设置,邻近的面,小孔,四面体方法的膨胀,作用于体的膨胀，对面定义,扫掠方法,体必须是可扫掠的 膨胀可产生纯六面体或棱柱网格 手动或自动设定 source/target 通常是单个源面对单个目标面。薄壁模型自动网格划分会有多个面，且厚度方向可划分为多个单元 右击 Mesh: 选Show Sweepable Bodies显示可扫掠体,自动划分方法,自动进行四面体(Patch Conforming)或扫掠网格划分, 取决于体是否可扫掠。同一部件的体有一致的网格.,无膨
9、胀,程序化控制膨胀,四面体 (Patch Conforming),扫掠,四面体 (Patch Conforming),多区扫掠网格划分,基于 ICEM CFD 六面体模块 自动几何分解 用扫掠方法，这个元件要被切成3个体来得到纯六面体网格,用多区划分，可立即对其网格划分!,一般网格控制,命名选项,命名选项允许用户对顶点, 边,面, 或体创建组 命名选项可用来定义网格控制, 施加载荷和结构分析中的边界等 命名选项将在网格输入到CFX-Pre 或Fluent时，以域的形式出现 在定义接触区，边界条件等时可参考，提供了一种选择组的简单方法 用来方便膨胀的程序化控制 注意: 一组命名选项中只能有一种类
10、型的实体. 例如，顶点和边不能在同一命名选项中存在. 命名选项组可从 DesignModeler 和某些 CAD系统中输入,物理设置,Mechanical,CFD,CFD的缺省网格设置,作用于边和面,作用于体,作用于所有几何,无高级尺寸功能,作用于边,网格质量,Mechanical 设置,CFD 设置,网格尺寸策略: CFD,在必要区域依靠Advanced Size Functions 细化网格 Curvature (默认的) Proximity 识别模型的最小特征 设置能有效识别特征的最小尺寸 如果导致了过于细化的网格 在最小尺寸下作用一个硬尺寸 使用收缩控制来去除小边和面 确保收缩容差小于
11、局部最小尺寸 如有需要, 可对体, 面, 边或影响体定义软尺寸，对网格生成的尺寸设置施加更多的控制,相关性和关联中心,粗糙,中等,细化,拖动滑块实现细化或粗糙的网格,相关性,全局单元 尺寸,Element Size设置整个模型使用的单元尺寸。这个尺寸将应用到所有的边, 面, 和体的划分。当高级尺寸功能使用的时候这个选项不会出现 缺省值基于 Relevance和Initial Size Seed 可输入想要的值,高级尺寸功能,标准尺寸功能,高级尺寸功能,无高级尺寸功能时, 根据已定义的单元 尺寸对边划分网格, 对 curvature 和proximity, 细化，对缺陷和收缩控制进行调整, 然后
12、通过面 和体网格划分器,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 接触尺寸 细化 映射面划分 匹配控制 收缩 膨胀,局部网格控制,局部尺寸,局部尺寸: “Element Size”定义体, 面, 边,或顶点的平均单元边长 “Number of Divisions” 定义边的单元分数 球体内的“Sphere of Influence” 单元给定平均单元尺寸 以上可用选项取决于作用的实体 如使用了高级尺寸功能选项会不同,面尺寸,局部尺寸: “Element Size”定义面的平均单元边长 球体内的“Sphere of Influence” 单元给定平均单元尺寸 除了
13、顶点,影响球，对其它需要定义一个坐标系,边尺寸(偏置) 可通过对一个端部，两个端部或中心的 偏置把边离散化 考虑: 如图所示的源面使用了扫掠网格 源面的两对边定义了边尺寸. 偏置边尺寸以在边附近得到更 细化的网格,边尺寸,映射面划分,映射面划分 在面上允许产生结构网格: 下面例子中,映射面划分的内部圆柱面有更均匀的网格模式. 如果面由于任何原因不能映射划分, 划分会继续，但可从树状略图中图标上看出,映射面划分,映射面划分 如果选择的映射面划分的面是由两个回线定义的, 就要激活径向的分割数。扫掠时指定穿过环形区域的分割数。 这用来产生多层单元穿过薄环面,膨胀选项,使用自动膨胀 程序化控制 所有面
14、无命名选项 共享体间没有内部面 膨胀选项 平滑过渡 (对 2D 和四面体划分是默认的） 第一层厚度 总厚度 (对其它是默认的) 膨胀算法 前处理 (TGrid) 对Tri/Patch conforming Tet/Sweep 后处理 (ICEM CFD) 对Patch non-conforming Tetra 冲突避免 压缩(对 Fluent默认) Stair-Step (对 CFX默认) 其它详细设置见第 5章,四面体和多区的膨胀,膨胀 当网格方法设置为四面体或多区，通过选择想要膨胀的面，膨胀层可作用于一个体或多个体,扫掠网格的膨胀,对扫掠网格,通过选择源面上要膨胀的边来施加膨胀,Src/T
15、rg Selection 因此需要设置为Manual Source 或Manual Source and Target,生成网格,生成网格 生成完整体网格 预览表面网格 对大多数方法 (除 Tetrahedral Patch Independent 方法), 这个选项更快. 因此它通常首选用来预览表面网格 . 如果由于不能满足单元质量参数网格生成失败, 预览表面网格是有用的 它允许你看到表面网格, 因此可看到需要改进的地方,截面位面,在网格划分程序中, 截面位面可显示内部的网格 找到工具栏的 “New section plane” 按钮 可显示 位于截面任一边的单元 切割或完整的单元 位面上的
16、单元 可使用多个位面,四面体网格膨胀,四面体网格划分算法,Patch Conforming 默认时考虑所有的面和边 (尽管在收缩控制和虚拟拓扑时会改变且默认损伤外貌基于最小尺寸限制) 适度简化CAD (如. native CAD, Parasolid, ACIS, 等.) 在多体部件中可能结合使用扫掠方法生成共形的混合四面体/棱柱和六面体网格 有高级尺寸功能 表面网格 体网格 Patch Independent 对 CAD 有长边的面, 许多面的修补, 短边等有用. 内置 defeaturing/simplification 基于网格技术 基于 ICEM CFD 四面体/棱柱 Octree 方法 体网格 表面网格,Patch Conforming 四面体膨胀,基本设置包括膨胀选项，前处理和后处理膨胀算法,膨胀选项 平滑
