ANSYS网格质量检查.ppt

附录A网格质量 概述 网格质量度量Skewness可接受比最差单元FLUENT求解器的网格质量考虑一般考虑求解中网格质量的影响CFX求解器的网格质量考虑网格质量影响因子CAD问题网格分解和分布划分方法膨胀改进网格质量策略CAD清除虚拟拓扑收缩控制理性网格尺寸和膨胀设置一般推荐作业A 1汽车集流管的虚拟拓扑作业A 2FLUENT和CFX网格质量度量 ANSYS网格划分的网格度量 Mesh选项中可得到MeshMetric 可对其进行设置和查看来评估网格质量不同物理环境和不同求解器对网格质量有不同的要求ANSYS网格划分中可得到的网格度量有 单元质量纵横比雅可比扭曲因子平行误差最大拐角偏斜 偏斜两种方法定义偏斜 基于等边形的体的误差 偏斜 只用于三角形和四面体三角形和四面体的默认方法基于规一化的角误差 偏斜 其中是等角的面 单元 对三角形和四面体为60 对四边形和六面体为90 适用于所有的面和单元形状使用于棱柱和棱锥 最优 等边的 单元 实际单元 球 网格质量度量 网格质量度量 纵横比一般三角形和四边形的形貌是最长比与最短边比的函数 详细见UserGuide 对等边三角形或正方形等于1 理想的 ANSYS网格质量统计 对表面网格 在预览表面网格生成后 和体网格 在预览膨胀层或网格生成后 已选择的网格度量 将显示min max averaged和standarddeviation在树状略图的Mesh对象下 使用ShowWorstElements可突出显示最坏单元 FLUENT网格质量考虑事项 FLUENT需要高质量的网格来避免数值发散涉及几个网格质量度量 但skewness是主要的度量纵横比和胞格尺寸也很重要最坏情况并取决使用的求解器 基于密度或基于压力 FLUENT可容忍差的网格质量 而一些程序可能需要更高的网格质量 分辨和好的网格分布差质量单元的位置有助于确定它们的影响Statistics中将得到一些总体的网格质量度量其它网格质量度量FLUENT用户图形界面菜单中Mesh Info Quality下得到 或使用TUI命令 mesh quality FLUENT网格质量要求 对Fluent最重要的网格质量度量是 SkewnessAspectRatioCellSizeChange ANSYS网格不能执行 对所有或大多数程序 Skewness 对六面体 三角形和四边形 应小于0 8对四面体 应小于0 9AspectRatio 应小于40 但取决于流体特性膨胀层可容忍大于50CellSizeChange 应在1与2之间 差网格质量可能导致不精确求解和缓慢收敛一些程序可能要求比建议值更低的偏斜值 Skewness和Fluent求解器 不推荐高skewness值一般保持体网格最大skewness值 0 95 而这个值和物理分析类型和单元位置紧密相关如果体网格包含退化单元 FLUENT会报告负的单元体积skewness网格质量度量等级 一些情况下 基于求解器的压力可运用包含少量skewness为0 98单元的网格 max avg CSKEW 0 912 0 291 max avg CAR 62 731 7 402 max avg CSKEW 0 801 0 287 max avg CAR 8 153 1 298 VzMIN 100ft minVzMAX 400ft min VzMIN 90ft minVzMAX 600ft min 求解中网格质量的影响 Largecellsizechange 例子 网格2 网格1 CFX网格质量考虑事项 CFX求解器对网格质量要求和FLUENT求解器有点不同 由于两个编码的求解器结构的不同Fluent求解器是单元为中心的 流体变量计算在单元的中心分配 其网格单元和求解器单元相同CFX求解器是顶点为中心的 流体变量单元在顶点存储 求解器单元是双重网格单元 这意味着网格单元的顶点是求解器单元的中心 CFX网格质量考虑事项 CFX求解器有3个重要的网格度量标准 每次运行和更新开始的畸形网格网格正交性纵横比扩展因子 MeshStatistics DomainName AirDuctMinimumOrthogonalityAngle degrees 20 4okMaximumAspectRatio 13 5OKMaximumMeshExpansionFactor 700 4 DomainName WaterPipeMinimumOrthogonalityAngle degrees 32 8okMaximumAspectRatio 6 4OKMaximumMeshExpansionFactor 73 5 GlobalMeshQualityStatistics MinimumOrthogonalityAngle degrees 20 4okMaximumAspectRatio 13 5OKMaximumMeshExpansionFactor 700 4 好的 OK 可接受的 ok 可疑的 正交性度量由以下组成 ip face法向向量 n 与node to node向量 s 正交性椅子 n s 1 3想要的正交角 90 acos n s 20 想要的这不同于CFD后处理中Max Min面角 YES 对应于边之间角的面角如果一单元在两个方向偏斜 可有一个可接受面角和一不可接受正交角 CFX网格正交性 CFX网格扩展因子 扩展因子度量相对控制体质心的差节点位置 网格扩展因子 节点周围的最大单元体积和最小单元体积的比 20是想要的在CFD后处理中 网格扩展因子本质上和单元体积比是同样的 CFX网格纵横比 纵横比度量控制体的伸长 纵横比 节点周围每个单元最大和最小ip areas的比的最大值 100是想要的在CFD后处理中 纵横比和边长度比很相似 CFX网格质量重要性 离散误差的来源流量逼近法中非正交性引入误差存储和源逼近法中大网格扩展引入误差离散误差的扩大对减小非正交性误差的校正可引起非物理影响线性化方程求解难点大纵横比需要使用更多重要数字 如 双精度求解器的使用 为什么网格质量重要 网格质量影响要素 CAD问题小边 尖锐边和面边和面间小缝隙 通道未连接几何体 需确定CAD问题并消除 网格质量影响要素 网格分解和分布急剧变化的几何 不连续或小缝隙可能需要更多分解适当的网格分布可预测物理条件不适当的分解和分布可能导致大的单元尺寸变化 纵横比和 或 偏斜 网格质量影响要素 尺寸功能类型不适当的使用 或根本不使用 高级尺寸功能 ASF 可能导致差网格质量对弯曲特征支配的几何使用CurvatureASF对有缝隙或狭窄成份的几何使用ProximityASF对综合这些特征的几何使用CurvatureandProximityASF ASF可用来消除 网格质量影响要素 划分方法划分方法不适当的使用 自动 四面体 扫掠 多区和CFX 网格 会导致大的偏斜划分方法的选择取决于几何和应用程序使用Outline中Mesh对象下ShowtheSweepableBodies是一个好习惯许多程序利用PatchConforming和扫掠划分方法 Arelatively good meshintermsofmaxskewness howevertheaverageandstandarddeviationarelarge 网格质量影响要素 膨胀不适当的 表面网格质量膨胀表面选择膨胀选项膨胀算法 compression或stair stepping层 膨胀参数高级膨胀选项可能导致差的网格质量 受影响的膨胀 改进网格质量策略 CAD清除使用CAD或DM 简化几何合并小边合并边以减少面的数量避免狭窄面只在重要地方保留体间隙分解几何移除不必要几何几何相加几何修补 DM中分裂边 项目边 合并面后 改进网格质量策略 虚拟拓扑AM中使用VT在简化几何细节可在Outline中Model下添加创建虚拟边 面可改进网格如果结果表面网格扭曲 则考虑修整DM或CAD中几何问题 用宽面虚拟合并狭小面后 改进网格质量策略 收缩控制允许在网格水平移除小的特征 小边或狭小面 供Patch Conforming四面体方法使用当收缩标准合适的时候 小的特征从网格中消除 用Outline中Mesh下PinchControls自动探测收缩位置 改进网格质量策略 Sensible网格尺寸和膨胀设置 最小尺寸减少2X以适应狭小几何 结果网格质量得到改进 局部面尺寸也可能使用 一般建议如果体网格满足以下一个或更多条件 则认为不可接受 FLUENT网格非常高的偏斜 0 98 退化单元 偏斜 1 高纵横比单元负体积单元质量改进 改进表面网格质量移动网格节点CAD修整几何问题如尖角 小边 合并面和 或分解几何DM中Clean up工具简化几何和它们的实体ANSYSMeshing程序中不同方法 全局和局部尺寸和参数ANSYSMeshing程序中收缩控制消除小特征ANSYSMeshing程序中虚拟拓扑以简化几何 改进网格质量策略 混杂的 如果模型包含多个部件或体 需在Outline中Geometry对象下加亮它们来显示网格度量信息影响体 BOI 技术也可用来控制网格质量和适当局部分解包括直方图的更多高级网格度量可通过FEM中FEModelerMeshMetrics展示也可在CFD后处理中查看不同网格质量度量 汽车集流管的虚拟拓扑 作业A 1 目标 这个作业使用作业5 2的集流管几何 这个几何包含很多有问题的小面和尖角 作业5 2中 PatchIndependent方法被用来生成了一个高质量网格 而不用修改几何 这个作业中将使用虚拟拓扑移除问题几何 然后使用默认的PatchConforming网格划分方法 开始项目 启动ANSYS12 0Workbench点击左边工具箱中ComponentSystems双击Mesh选项将其添加到项目示图区在ProjectSchematic中右击Geometry并选择ImportGeometry Browse 选择Auto Manifold agdb文件 命名选项 接下来 确定NamedSelections被引入Meshing 右击cellA2然后选择Properties确保NamedSelections是选中的 并且NamedSelectionKey是空白的关闭Properties窗口 编辑网格 编辑网格 cellA3 打开网格划分窗口抑制流体区域 对固体划分网格 选择工具栏的Bodyselection图标选择内部流体区域 以致其绿色加亮显示 然后右击并选择SuppressBody 网格设置 选择Outline中Mesh在Details中设置PhysicsPreference为CFD这里假设固体中热传递用CFD求解器求解 展开Sizing选项 设置 SpanAngleCenter MediumMinSize 1 0mmMaxFaceSize 10 0mmMaxTetSize 10 0mm右击Outline中Mesh并选择PreviewSurfaceMesh由于体是不可扫掠的 将应用默认的PatchConforming方法 检查网格 PatchConforming方法划分每个单独表面 在这个几何中将使某些面产生差的网格质量 检查表面网格并注意差网格质量区域 通过在Geometry和Mesh间切换 使差网格质量区域和下表面几何相联系 这里显示了几个例子 添加虚拟拓扑 虚拟拓扑允许合并相邻面 移除不想要的表面几何特征 并生成更高质量网格 右击Model A3 并选择selectInsert VirtualTopologyVirtualTopology项添加到了Outline中Details中注意Behaviour设为Low右击VirtualTopology并选择GenerateVirtualCells自动使用 Low 合并策略创建虚拟单元 Medium 和 High 策略可能导致更多面合并成虚拟单元 虚拟拓扑 当选择了VirtualTopology 指示器会显示所有已创建的虚拟单元 检查新的表面几何 注意到大多问题面已被合并为一个cleaner表面几何Details中将Behaviour改为Medium右击VirtualTopology并选择GenerateVirtualCells 注意更多的面合并到虚拟单元尝试使用Behaviour的High选项生成虚拟单元如右边所示 这个选项不能作用于这个几何切换回Medium选项 重新生成虚拟单元 检查改进网格 重新生成表面网格 并检查前面出现差质量网格的区域应该发现表面得到很大地改进仍然有些区域的网格需要改进 下面箭头标示的是其中一个区域 如果放大并检查几何 会发现表面的边上有个缺陷 手动添加虚拟单元 可手动添加虚拟单元进一步改进网格拾取工具栏的Faceselection图标视图方向大约如下所示 注意X Y轴 从Outline中选择VirtualTopology选择如下4个面 然后右击并选择Insert VirtualCell 1 2 4 3 检查改进网格 重新生成网格 再次检查前面出现差质量网格的区域 看到改进的表面网格如有必要继续添加VirtualCells在某些情况 自动添加可能会合并一些并不想合并的面 可选择VirtualTopology项下的VirtualFace并右击delete来删除个别虚拟单元 右击Mesh并选择GenerateMesh生成最终固体网格 察看流体 下一步是创建流体区域的网格在Outline中展开Geometry Partsection右击第一个固体并选择HideBody来隐藏固体区域右击被抑制的 第二个 固体并选择UnsuppressBody对第二个选择固体 在Details视窗展开GraphicalPropertiessection并设置Transparency为1 添加膨胀 从Outline选择VirtualTopology流体区域的虚拟单元早已建立检查自动虚拟单元看是否合理模型中应该没有小面残留下一步是对流体壁添加膨胀右击Mesh并选择Insert Inflation在Geometry栏需选择对应流体区域的固体 然后点击Apply一旦已选择了固体 在Boundary栏点击NoSelection 出现Apply Cancel按钮 创建流体网格 现在选择模型的非入口或出口的一个面从工具栏选择ExtendtoLimitst 选择所有流体壁点击Boundary栏的Apply右击Mesh并选择GenerateMesh生成最终网格 检查网格质量 展开Statistics项并设置MeshMetric为Skewness 注意最大偏斜在FLUENT求解器可接受范围内 如果生成了无虚拟拓扑的网格 最大偏斜将相当高 无虚拟单元 流体区域网格 无虚拟拓扑 虚拟拓扑 FLUENT和CFX网格质量度量 作业A 2 目标 这个作业将示范如何应用ANSYS网格划分程序对一内部流动场生成inisCFD网格几何表示的是航空航天气阀部分 已分解为3个体目标是生成包含六面体 棱锥 棱柱和收缩控制四面体单元的共形混合CFD网格 并对Fluent和CFX求解器参数选择检查网格质量 创建网格划分系统 从开始菜单启动ANSYSWorkbench点击左边工具箱的ComponentSystems双击Mesh选项 右击 RMB Geometry按钮并选择ImportGeometry 一旦输入了几何文件 问号标记消失 从指南文件夹输入Aero Valve agdb文件双击项目示图区的Mesh按钮 启动网格划分程序 输入几何 几何 初始几何是一个固体部件 流体区域在DesignModeler DM 中被分离出 DM中执行的其他操作 定义气阀位置参数关闭出口端创建多体部件 并命名 Fluid 材料为 Fluid 重命名个别体 NamedSelection用来定义Inlet和Outlet尖角处倒圆角以改进网格质量 在网格划分选项面板 选择以下选项 PhysicsPreferenceCFDMeshMethodAutomatic完成选项后点击OK单位设为mm 网格划分选项 设置全局网格控制参数 点击Mesh来改变设置校正DefaultsPhysicsPreferenceCFDSolverPreferenceFluent或CFX最初使用Fluentisusedinitially 但CFX设置的结果也会呈现设置Sizing参数设置UseAdvancedSizeFunctionOn Curvature设置CurvatureNormalAngle为15 设置MinSize为0 20mm保留其它默认设置 全局网格参数 设置Inflation参数点击UseAutomaticTetInflation下拉列表并选择ProgramControlled 保留其它默认值MaximumLayers设为4激活ViewAdvancedOptions设置Pinch控制设置PinchTolerance 0 15mm激活GenerateonRefreshMeshMetrics设为Skewness 对Fluent 膨胀和收缩参数 注意 ProgramControlledInflation将对所有没指定NameSelection的边界添加膨胀 不对Fluid Fluid界面添加膨胀 注意 SmoothTransition使在膨胀层和四面体网格间按定义的GrowthRate过渡 注意 LayerCompression对Fluent是默认的CollisionAvoidance选项而StairStepping对CFX默认 注意 当边长度或顶点间距离小于收缩容差的时候 软件将在划分中忽略边或去除额外的顶点 注意 PinchTolerance应小于尺寸功能最小尺寸 建立收缩控制 在树状结构图中点击鼠标右键 RMB Tree 选择CreatePinchControls创建10个收缩控制 展开Mesh按钮列出pinchcontrols 收缩控制 查看收缩控制 查看收缩控制Ctrl鼠标左键 选择Pinchcontrols 在视图窗口会加亮显示 对入口和出口体指定扫掠方法 扫掠方法 选择Mesh按钮选择体 如下所示 CursorMode设为BodySelection左击 选择 一可扫掠体按住Ctrl键并选择第二个体插入方法在图形窗口点击鼠标右键 RMB Window Insert Method出现 AutomaticMethod 表格在AutomaticMethod表格中从下拉菜单选择Sweep 设置扫掠方法控制Src TrgSelection 选择ManualSource点击Source选择栏将激活面拾取按住Ctrl键并拾取入口和出口面点击Apply额外设置设置FreeFaceMeshType AllQuad设置SweepNumDivs 20设置SweepBiasType 设置SweepBias 4 扫掠方法设置 Inlet Outlet 扫掠体上的2D 膨胀 拾取面 CursorMode设为FaceSelection选择入口和出口面 绿色的 RMB 窗口 Insert Inflation拾取边CursorMode设为Edgeselection选择环绕入口和出口面的4条边 红色标记的 点击Apply膨胀设置设置MaximumThickness 3 0mm保留所有其他选项 扫掠膨胀 模型的表面网格划分 右击Mesh并选择PreviewSurfaceMesh提供网格质量和密度的反馈AdvancedSizeFunction在扫掠体中创建非常细化的网格 可通过在入口和出口上定义边间隔来减小尺寸 初始表面网格