ANSYS网格划分简介

ANSYS网格划分简介介ANSYS网格划分应用用程序概述Workbench中ANSYSMeshing应用程序的目目标是提供通通用的网格划分格局局。网格划分分工具可以在在任何分析类类型中使用:FEASimulations结构动力学分分析显示动力学分分析AUTODYNANSYSLSDYNA电磁分析CFD分析ANSYSCFXANSYSFLUENT网格详述目的对CFD(流体)和FEA(结构)模型实现离散化。划分网格的目目的是把求解解域分解成可可得到精确解解的适当数量量的单元.3D网格的基本形形状有:集流管例子:热应力气流分分析的外部铸铸件和内部流流体的网格划划分四面体(非结构化网格)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项细节:多少几何细节节是和物理分分析有关的不必要的细节节会大大增加加分析需求细化哪些是复杂应应力梯度区域域？这些区域域需要高密度度的网格.有必要划分这这里的网格吗吗？流体边界层的的网格在螺栓孔附近近进行网格细细化网格详述质量复杂几何区域域的网格单元元会变扭曲。劣质的单元会会导致劣质的的结果，或者者在某些情况况无结果!有很多方法来来检查单元网网格质量(meshmetrics*)。例如，一个重要的度度量是单元畸畸变度（Skewness）。畸变度是单单元相对其理理想形状的相相对扭曲的度度量，是一个个值在0(极好的)到1(无法接受的)之间的比例因因子.0-0.250.25-0.500.50-0.800.80-0.950.95-0.980.98-1.00ExcellentverygoodgoodacceptablebadUnacceptable*更多检查网格格的信息在培培训讲稿的附附录文件中。。CFD网格划分问题题CFD网格细化网格来捕捕捉关心的梯梯度例如.速度,压力,温度,等.网格的质量和和平滑度对结结果的精确度度至关重要这导致较大的的网格数量,经常数百万的的单元大部分可划分分为四面体网网格,但六面体单元元仍然是首选选的CFD网格的四面体体单元通常是是一阶的(单元边上不包包含中节点)网格类型四面体网格和和四面体/棱柱混合网格格网格类型六面体网格网格划分程序序为方便使用创创建命名选项项设置目标物理理环境(结构,CFD,等)。自动生成相相关物理环境境的网格(如FLUENT,CFX,或Mechanical)设定网格划分分方法定义网格设置置(尺寸,控制,膨胀,等.)预览网格并进进行必要调整整生成网格检查网格质量量准备分析的网网格ANSYS网格划分应用用程序流程ANSYS网格划分应用用程序使用‘分割’的方方法几何体的各个个部件可以使使用不同的网网格划分方法法不同部件的体体的网格可以以不匹配或不不一致单个部件的体体的网格匹配配或一致所有网格将写写入共同的中中心数据库3D和2D几何存在很多多不同的网格格划分方法网格划分方法法3D几何网格划分分方法3D几何有六种不不同网格划分分方法:自动划分四面体PatchConformingPatchIndependent(ICEMCFDTetraalgorithm)扫掠划分多区六面体支配的的CFX-网格2D几何网格划分分方法面体或壳2D几何有四种不不同网格划分分方法:自动的(四边形支配)三角形均匀四边形和和三角形均匀四边形几何要求所有的3D网格划分方法法要求组成的几何为为实体如果输入一个个由面体组成成的几何，需需要在ANSYS网格划分应用用程序中生成成3D网格，就需要要额外的步骤骤将其转换为为3D实体(尽管表面体可可以由表面网网格划分法来来划分)四面体网格优点任意体总可以以用四面体网网格可以快速,自动生成,并适用于复杂杂几何在关键区域容容易使用曲度度和近似尺寸寸功能自动细细化网格可使用膨胀细细化实体边界界附近的网格格(边界层识别)缺点在近似网格密密度情况下，，单元和节点点数高于六面面体网格一般不可能使使网格在一个个方向排列由于几何和单单元性能的非非均质性，不不适合于薄实实体或环形体体PatchConforming四面体PatchConforming算法的四面体体方法考虑面和它们们的边界(边和顶点)包含膨胀因子子的设定,控制四面体边边界尺寸的内内部增长率包括CFD的膨胀层或边界层识识别同一个组建中中可和体扫掠掠方法混合使使用–产生一致的网网格四面体网格扫掠网格棱柱四面体棱锥单元形状PatchConforming四面体实例考虑面面(和边)圆孔的的识别别PatchIndependent四面体体PatchIndependent(ICEMCFDTetra)算法的的四面面体方方法如没有有载荷荷,边界条条件或或其它它作用用，面面和它它们的的边界界(边和顶顶点)不必考考虑适用于于粗糙糙的网网格或或生成成更均均匀尺尺寸的的网格格ANSYSMeshingApplication可以非非常方方便的的生成成四面面体网网格ANSYSMeshingApplication标准的的网格格尺寸寸控制制Tetra部分也也有膨胀应用粗糙网网格，，忽略略表面面模型型细节节处CFD膨胀层层应用用棱柱四面体棱锥单元形形状PatchIndependent四面体体对CAD许多面面的修修补有有用,碎面、、短边边、差差的面面参数数等。。用四面面体方方法,设置Algorithm为PatchIndependent如没有有载荷荷或命命名选选项，，面和和边不必要要考虑虑这里除除设置置curvature和proximity外，对所关关心的的细节节部位位有额额外的的设置置邻近的的面小孔四面体体方法法的膨膨胀作用于于体的的膨胀胀，对对面定定义扫掠方方法体必须须是可可扫掠掠的膨胀可可产生生纯六六面体体或棱棱柱网网格手动或或自动动设定定source/target通常是是单个个源面面对单单个目目标面面。薄薄壁模模型自自动网网格划划分会会有多多个面面，且且厚度度方向向可划划分为为多个个单元元右击Mesh:选ShowSweepableBodies显示可可扫掠掠体自动划划分方方法自动进进行四四面体体(PatchConforming)或扫掠掠网格格划分分,取决于于体是是否可可扫掠掠。同同一部部件的的体有有一致致的网网格.无膨胀胀程序化化控制制膨胀胀四面体体(PatchConforming)扫掠四面体体(PatchConforming)多区扫扫掠网网格划划分基于ICEMCFD六面体体模块块自动几几何分分解用扫掠掠方法法，这这个元元件要要被切切成3个体来来得到到纯六六面体体网格格用多区区划分分，可可立即即对其其网格格划分分!一般网网格控控制命名选选项命名选选项允允许用用户对对顶点点,边,面,或体创创建组组命名选选项可可用来来定义义网格格控制制,施加载载荷和和结构构分析析中的的边界界等命名选选项将将在网网格输输入到到CFX-Pre或Fluent时，以以域的的形式式出现现在定义义接触触区，，边界界条件件等时时可参参考，，提供供了一一种选选择组组的简简单方方法用来方方便膨膨胀的的程序序化控控制注意:一组命命名选选项中中只能能有一一种类类型的的实体体.例如，，顶点点和边边不能能在同同一命命名选选项中中存在在.命名选选项组组可从从DesignModeler和某些些CAD系统中中输入入物理设设置MechanicalCFDCFD的缺省省网格格设置置作用于于边和和面作用于于体作用于于所有有几何何无高级级尺寸寸功能能作用于于边网格质质量Mechanical设置CFD设置网格尺尺寸策策略:CFD在必要要区域域依靠靠AdvancedSizeFunctions细化网网格Curvature(默认的的)Proximity识别模模型的的最小小特征征设置能能有效效识别别特征征的最最小尺尺寸如果导导致了了过于于细化化的网网格在最小尺寸寸下作用一一个硬尺寸寸使用收缩控控制来去除除小边和面面确保收缩容容差小于局局部最小尺尺寸如有需要,可对体,面,边或影响体体定义软尺尺寸，对网网格生成的的尺寸设置置施加更多多的控制相关性和关关联中心粗糙中等细1000100-100拖动滑块实实现细化或或粗糙的网网格相关性全局单元尺尺寸ElementSize设置整个模模型使用的的单元尺寸寸。这个尺尺寸将应用用到所有的的边,面,和体的划分分。当高级级尺寸功能能使用的时时候这个选选项不会出出现缺省值基于于Relevance和InitialSizeSeed可输入想要要的值高级尺寸功功能标准尺寸功功能高级尺寸功功能无高级尺寸寸功能时,根据已定义义的单元尺寸对边划划分网格,对curvature和proximity,细化，对缺缺陷和收缩缩控制进行行调整,然后通过面面和体网格格划分器器下面列出出了可用用到的局局部网格格控制(可用性取取决于使使用的网网格划分分方法)尺寸接触尺寸寸细化映射面划划分匹配控制制收缩膨胀局部网格格控制局部尺寸寸局部尺寸寸:“ElementSize”定义体,面,边,或顶点的的平均单单元边长长“NumberofDivisions”定义边的的单元分分数球体内的的“SphereofInfluence”单元给定定平均单单元尺寸寸以上可用用选项取取决于作作用的实实体如使用了了高级尺尺寸功能能选项会会不同面尺寸局部尺寸寸:“ElementSize”定义面的的平均单单元边长长球体内的的“SphereofInfluence”单元给定定平均单单元尺寸寸除了顶点点,影响球，，对其它它需要定定义一个个坐标系系边尺寸(偏置)可通过对对一个端端部，两两个端部部或中心心的偏置把边边离散化化考虑:如图所示示的源面面使用了了扫掠网网格源面的两两对边定定义了边边尺寸.偏置边尺尺寸以在在边附近近得到更更细化的网网格边尺寸映射面划划分映射面划划分在面上允允许产生生结构网网格:下面例子子中,映射面划划分的内内部圆柱柱面有更更均匀的的网格模模式.如果面由由于任何何原因不不能映射射划分,划分会继继续，但但可从树树状略图图中图标标上看出出映射面划划分映射面划划分如果选择择的映射射面划分分的面是是由两个个回线定定义的,就要激活活径向的的分割数数。扫掠掠时指定定穿过环环形区域域的分割割数。这用来产产生多层层单元穿穿过薄环环面膨胀选项项使用自动动膨胀程序化控控制所有面无无命名选选项共享体间间没有内内部面膨胀选项项平滑过渡渡(对2D和四面体体划分是是默认的的）第一层厚厚度总厚度(对其它是默默认的)膨胀算法法前处理(TGrid)对Tri/PatchconformingTet/Sweep后处理(ICEMCFD)对Patchnon-conformingTetra冲突避免免压缩(对Fluent默认)Stair-Step(对CFX默认)其它详细细设置见见第5章四面体和和多区的的膨胀膨胀当网格方方法设置置为四面面体或多多区，通通过选择择想要膨膨胀的面面，膨胀胀层可作作用于一一个体或或多个体体扫掠网格格的膨胀胀对扫掠网网格,通过选择择源面上上要膨胀胀的边来来施加膨膨胀Src/TrgSelection因此需要要设置为为ManualSource或ManualSourceandTarget生成网格格生成网格格生成完整整体网格格预览表面面网格对大多数数方法(除TetrahedralPatchIndependent方法),这个选项项更快.因此它通通常首选选用来预预览表面面网格.如果由于于不能满满足单元元质量参参数网格格生成失失败,预览表面面网格是是有用的的它允许你你看到表表面网格格,因此可看看到需要要改进的的地方截面位面面在网格划划分程序序中,截面位面面可显示示内部的的网格找到工具具栏的““Newsectionplane”按钮可显示位于截面面任一边的的单元切割或完完整的单单元位面上的的单元可使用多多个位面面四面体网网格膨胀胀四面体网网格划分分算法PatchConforming默认时考考虑所有有的面和和边(尽管在收收缩控制制和虚拟拟拓扑时时会改变变且默认认损伤外外貌基于于最小尺尺寸限制制)适度简化化CAD(如.nativeCAD,Parasolid,ACIS,等.)在多体部部件中可可能结合合使用扫扫掠方法法生成共共形的混混合四面面体/棱柱和六六面体网网格有高级尺尺寸功能能表面网格格体网格PatchIndependent对CAD有长边的的面,许多面的的修补,短边等有有用.内置defeaturing/simplification基于网格格技术基于ICEMCFD四面体/棱柱Octree方法体网格表表面面网格PatchConforming四面体膨膨胀基本设置置包括膨膨胀选项项，前处处理和后后处理膨膨胀算法法膨胀选项项–平滑过渡渡平滑过渡渡(默认)使用局部部四面体体单元尺尺寸计算算每个局局部的初初始高度度和总高高度以达达到平滑滑的体积积变化比比。每个膨胀胀的三角角形都有有一个关关于面积积计算的的初始高高度，在在节点处处平均。。这意味味着对一一均匀网网格，初初始高度度大致相相同，而而对变化化网格初初始高度度也是不不同的。。过渡比膨胀层最最后单元元层和四四面体区区域第一一单元层层间的体体尺寸改改变当求解器器设置为为CFX时,默认的TransitionRatio是0.77.对其它物物理选项项,包括SolverPreference设置为Fluent的CFD,默认值是是0.272.因为Fluent求解器是是单元为为中心的的，其网网格单元元等于求求解器单单元,而CFX求解器是是顶点为为中心的的，求求解器单单元是双双重节点点网格构构造的，，因此会会发生不不同的处处理膨胀选项项–厚度选项项总厚度创建常膨膨胀层，用NumberofLayers的值和GrowthRate控制以获获得MaximumThickness值控制的的总厚度度。不同同于SmoothTransition选项的膨膨胀，TotalThickness选项的膨膨胀其第第一膨胀胀层和下下列每一一层的厚厚度是常常量.第一层厚厚度创建常膨膨胀层，，用FirstLayerHeight,MaximumLayers,和GrowthRate控制生成成膨胀网网格。不不同于SmoothTransition选项的膨膨胀，FirstLayerThickness选项的膨膨胀其第第一膨胀胀层和下下列每一一层的厚厚度是常常量。高级膨胀胀选项Mesh设置为Yes，在GlobalInflationOptions下可看到到AdvancedOptions冲突避免免LayerCompression(对Fluent默认)StairStepping(对CFX默认))增长比类型最大角倒圆角比使用后处理平平滑平滑迭代冲突避免层压缩不同面的膨胀胀阵面扩展有有可能冲突,膨胀层就要受受压制，以给给四面体层留留足够的空间间如果层压缩不不能解决冲突突,层就会由于以以下描述的stairstepping而去除.产生一警告信信息并且FLUENT用户特别关心心的网格质量量会受到影响响StairStepping剥离膨胀层阻阻止阵面扩展展冲突，以给给四面体层留留足够的空间间膨胀:Compression与.Stair-steppingLayerCompression:Stair-stepping:扫掠划分六面体划分的的扫掠方法在WorkbenchANSYS网格划分中有有3中六面体划分分或扫掠方法法:扫掠方法薄扫掠方法多区扫掠术语为评估哪种方方法可用，有有一些重要名名词需要考虑虑/了解.当创建六面体体网格时,先划分源面再再延伸到目标标面其它面叫做侧侧面扫掠方向或路路径由侧面定定义源面和目标面面间的单元层层是由插值法法而建立并投投射到侧面.源面目标面侧面扫掠路径扫掠术语为划分完整的的固体/流体,需要几个扫掠掠操作几何分解(分裂):控制网格(在缝隙得到分分层的网格)或创建可扫掠掠体.为使可扫掠体体得到共形网网格，体应组装装进多体部件这里几何分裂裂成了几个体体,每个体有一个个源面和目标标面扫掠挑战扫掠只作用于于可扫掠体.以下的一些限限制形成了扫扫掠划分方法法的挑战:多个源面或目目标面扫掠方向多个个侧面(尽管多个侧面面可能由于它它们强加的额额外约束引起起质量问题)几何分解成可可扫掠区域怎样构造几何何,VTs,等.不清楚源面/目标面/侧面的定义多体部件的操操作:不清楚多体部部件的扫掠方方向共形网格(对所有/大多体扫掠的的部件,和一些体由四四面体自由划划分的部件)扫掠挑战引入薄扫掠和和多区方法来来帮助解决普普通扫掠方法法的一些困难难.薄扫掠方法:善于处理薄部部件的多个源源面和目标面面多区方法提供自由分解解方法:尝试非手动分分裂模型几何何支持多个源面面和多个目标标面方法比较Workbench扫掠方法扫掠方法:单个源面对单单个目标面的的扫掠.很好地处理扫扫掠方向多个个侧面需要分解几何何以致每个扫扫掠路径对应一个体.薄扫掠方法:多个源面对多多个目标面的的扫掠很好地替代壳壳模型中面以以得到纯六面面体网格多区方法:自由分解方法法多个源面对多多个目标面扫掠划分方法法使用此技术，，可扫掠体可可由六面体和和楔形单元有效划划分扫掠划分方法法体相对侧源面面和目标面的的拓扑可手动动或自动选择择.源面可划分为为四边形和三三角形面源面网格复制制到目标面随体的外部拓拓扑，生成六六面体或楔形单元连接两两个面一个体单个源源面/单个目标面可对一个部件件中多个体应应用单一扫掠掠方法可扫掠体一个可扫掠体体需满足:包含不完全全闭合空间间至少有一个个由边或闭闭合表面连连接的从源源面到目标标面的路径径没有硬性分分割定义以以致在源面面和目标面面相应边上上有不同分分割数可通过右击击ShowSweepableBodies预览找不到可扫扫掠体的轴轴，但总可可以手动设设置源面和目标标面不必是是平面或平平行面不必是等截截面的扫掠网格膨膨胀对扫掠网格格,选择源面的的边，源面面则得到膨胀网格方法中中的Src/TrgSelection应设置为ManualSource或ManualSourceandTarget一旦定义了了源面,然后就可以以定义膨胀扫掠网格的的膨胀将使使用Preinflation算法只能利用FirstLayer或Total

Thickness选项扫掠方法网网格控制自由面网格格类型四边形/三角形(默认)所有三角形形所有四边形形类型单元尺寸(软约束)分割数(硬约束)扫掠偏斜类类型类似于边偏偏斜(从源面到目目标面约束边界(多体部件)防止在扫掠掠划分区域域边界分裂裂单元边界是无约约束的不允允许分裂(默认)防止在六面面体/楔形划分中引引入四面体体和棱锥单单元薄模型扫掠掠薄模型不只只一个源面面，其面可可自动或手手动薄模型型扫掠模型应是薄薄的，而且且源面和目目标面不能能相互接触触.模型必须有有一个明显显的“侧面”支持多体部部件，但只只允许一个个单元穿过过厚度扫掠方向没没有膨胀和和偏斜捕捉多个源源面，忽略略多个目标标面123薄实体扫掠掠处理MultiplesourceMultipletargetMultiplesourcescapturedMultipletargetsignored多区网格划划分介绍扫掠或多区区?使用扫掠方方法当:一个多体部部件中一些些体应扫掠掠划分，一一些应PatchConforming四面体划分分如果想要使使用高级尺尺寸功能预览可扫掠掠体显示所所有体是可可扫掠的使用多区当当:划分对于传传统扫掠方方法来说太太复杂的单单体部件.需考虑多个个源面和目目标面(不能使用VTs集成一个源源面/目标面)关闭对源面面和侧面的的膨胀多区方法多区的特征征是自动分分解几何，，从而避免免将一个体体分裂成可可扫掠体以以用扫掠方方法得到六六面体网格格例如,如右边所示示的几何需需要分裂成成三个体以以扫掠得到到六面体网网格.用多区方法法，可直接接生成六面面体网格基于ICEMCFDHexa程序块O-grids可拉伸建立立膨胀非结构化区区域可由六六面体-支配,六面体-核心,或四面体网网格填充多区方法设设置多区不利用用高级尺寸寸功能(只用PatchConforming四面体和扫扫掠方法)源面选择不不是必须的的，但是有有用的可拒绝或允允许自由网网格程序块块多区方法设设置映射网格类类型六面体六面体/棱柱自由网格类类型不允许四面体六面体-支配六面体-核心源面/目标面选择择自动的手动源面高级的损伤容差最小边长多区方法膨膨胀算法不同于于其它膨胀胀方法(拉伸o-grid)作用于体,对面定义只有FirstLayer或TotalThickness选项网格质量概述网格质量度度量Skewness可接受比最差单元FLUENT求解器的网网格质量考考虑一般考虑求解中网格格质量的影影响网格质量影影响因子CAD问题网格分解和和分布划分方法膨胀改进网格质质量策略CAD清除虚拟拓扑收缩控制理性网格尺尺寸和膨胀胀设置一般推荐荐ANSYS网格划分分的网格格度量Mesh选项中可可得到MeshMetric，可对其其进行设设置和查查看来评评估网格格质量不同物理理环境和和不同求求解器对对网格质质量有不不同的要要求ANSYS网格划分分中可得得到的网网格度量量有:单元质量量纵横比雅可比扭曲因子子平行误差差最大拐角角偏斜纵横比=1高纵横比四边形纵横比=1高纵横比三角形网格质量量度量纵横比一般三角角形和四四边形的的形貌是是最长比比与最短短边比的的函数(详细见UserGuide)对等边三三角形或或正方形形等于1(理想的)ANSYS网格质量量统计对表面网网格(在预览表表面网格格生成后后)和体网格格(在预览膨膨胀层或或网格生生成后)已选择的的网格度度量，将将显示min,max,averaged和standarddeviation在树状略略图的Mesh对象下，使用ShowWorstElements可突出显显示最坏坏单元FLUENT网格质量量考虑事事项FLUENT需要高质质量的网网格来避避免数值值发散涉及几个个网格质质量度量量,但skewness是主要的的度量纵横比和和胞格尺尺寸也很很重要最坏情况况并取决决使用的的求解器器(基于密度度或基于于压力)，FLUENT可容忍差差的网格格质量，，而一些些程序可可能需要要更高的的网格质质量，分分辨和好好的网格格分布差质量单单元的位位置有助助于确定定它们的的影响Statistics中将得到到一些总总体的网网格质量量度量其它网格格质量度度量FLUENT用户图形形界面菜菜单中Mesh/Info/Quality下得到,或使用TUI命令‘mesh/quality’’FLUENT网格质量量要求对Fluent最重要的的网格质质量度量量是:SkewnessAspectRatioCellSizeChange(ANSYS网格不能能执行)对所有或或大多数数程序:Skewness:对六面体体,三角形和和四边形形:应小于0.8对四面体体:应小于0.9AspectRatio:应小于40,但取决于于流体特特性膨胀层可可容忍大大于50CellSizeChange:应在1与2之间差网格质质量可能能导致不不精确求求解和缓缓慢收敛敛一些程序序可能要要求比建建议值更更低的偏偏斜值Skewness和Fluent求解器不推荐高高skewness值一般保持持体网格格最大skewness值<0.95。而这个个值和物物理分析析类型和和单元位位置紧密密相关如果体网网格包含含退化单单元，FLUENT会报告负负的单元元体积skewness网格质量量度量等等级:*一些情况况下，基基于求解解器的压压力可运运用包含含少量skewness为0.98单元的网网格.0-0.250.25-0.500.50-0.800.80-0.950.95-0.980.98-1.00*ExcellentverygoodgoodacceptablebadInacceptable*(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/minVzMIN≈-90ft/minVzMAX≈600ft/min求解中网网格质量量的影响响Largecellsizechange例子网格2网格1网格质量量影响要要素CAD问题小边,尖锐边和和面边和面间间小缝隙隙/通道未连接几几何体需确定CAD问题并消消除网格质量量影响要要素网格分解解和分布布急剧变化化的几何何，不连连续或小小缝隙可可能需要要更多分分解适当的网网格分布布可预测测物理条条件不适当的的分解和和分布可可能导导致大的的单元尺尺寸变化化，纵横横比和(或)偏斜网格质质量影影响要要素尺寸功功能类类型不适当当的使使用(或根本本不使使用)高级尺尺寸功功能(ASF)可能导导致差差网格格质量量对弯曲曲特征征支配配的几几何使使用CurvatureASF对有缝缝隙或或狭窄窄成份份的几几何使使用ProximityASF对综合合这些些特征征的几几何使使用CurvatureandProximityASFASF可用来来消除除!网格质质量影影响要要素划分方方法划分方方法不不适当当的使使用(自动,四面体体)会导致致大的的偏斜斜划分方方法的的选择择取决决于几几何和和应用用程序序使用Outline中Mesh对象下下ShowtheSweepableBodies是一个个好习习惯许多程程序利利用PatchConforming和扫掠掠划分分方法法Arelatively““good””meshintermsofmaxskewness,howevertheaverageandstan