ANSYSWorkbenchMesh网格划分(自己总结)

WorkbenchMesh网格划分分析步骤网格划分工具平台就是为ANSYS软件的不同物理场和求解器提供相应的网格文件，Workbench中集成了很多网格划分软件/应用程序，有ICEMCFD，TGrid，CFX，GAMBIT，ANSYSPrep/Post等。网格文件有两类：①有限元分析（FEM）的结构网格：结构动力学分析，电磁场仿真，显示动力学分析（AUTODYN，ANSYSLSDYNA）；②计算流体力学（CFD分析）分析的网格：用于ANSYSCFX，ANSYSFLUENT，Polyflow；这两类网格的具体要求如下：（1）结构网格：①细化网格来捕捉关心部位的梯度，例如温度、应变能、应力能、位移等；②大部分可划分为四面体网格，但六面体单元仍然是首选；③有些显示有限元求解器需要六面体网格；④结构网格的四面体单元通常是二阶的（单元边上包含中节点）；（2）CFD网格：①细化网格来捕捉关心的梯度，例如速度、压力、温度等；②由于是流体分析，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；③大部分可划分为四面体网格，但六面体单元仍然是首选，流体分析中，同样的求解精度，六面体节点数少于四面体网格的一半。④CFD网格的四面体单元通常是一阶的（单元边上不包含中节点）一般而言，针对不同分析类型有不同的网格划分要求：①结构分析：使用高阶单元划分较为粗糙的网格；②CFD：好的，平滑过渡的网格，边界层转化（不同CFD求解器也有不同的要求）；③显示动力学分析：需要均匀尺寸的网格；物理选项实体单元默认中结点关联中心缺省值平滑度过渡MechanicalKeptCoarseMediumFastCFDDroppedCoarseMediumSlowElectromagneticKeptMediumMediumFastExplicitDroppedCoarseFineSlow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(结构)模型实现离散化，把求解域分解成可得到精确解的适当数量的单元。用户需要权衡计算成本和网格划分份数之间的矛盾。细密的网格可以使结果更精确，但是会增加CPU计算时间和需要更大的存储空间，特别是有些不必要的细节会大大增加分析需求。而有些地方，如复杂应力梯度区域，这些区域需要高密度的网格，如下图所示。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区域，这些地方的网格需要划分得细密一些！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（例如，当网格细化后解没有什么改变），收敛控制可以达到这样的目的。注意：细化网格不能弥补模型不准确的假设和输入引起的错误。网格划分的好坏对后面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。很明显劣质单元区域的分析不可能得到切合实际的数据场。下面是几种典型网格的形状示意图，其中“四面体网格”和“六面体网格”是主要类型：（1）四面体网格：①可以快速地、自动地生成，并适合于复杂几何。如选用网格划分方法中的Automatic，对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，这时选用Automatic方法能快速生成四面体网格；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，这会导致网格数量迅速上升；③边界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，使用六面体网格可以使用较少的单元数量来进行求解求解。如流体分析中，同样的求解精度，六面体节点数少于四面体网格的一半。②对任意几何体，由于其外形通常不是很规整，难以被Sweep，因此要想得到高质高效的六面体网格，需要许多步骤。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，如下图所示：但对许多简单几何，用Sweep方法是生成六面体网格的一种简单方式，具体可以选用的划分方法是Sweep和Multizone。注意点1：多体部件“接触面”的网格匹配的问题：在Ansys中，有时候往往需要分析比较复杂的装配体，在DesignModeler中可以将某些零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，之前相互独立的这些Bodies在后面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匹配的，不像它们相互独立时划分网格是相互间没有任何关联。这个功能是DM的亮点，区别于其他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。那如果是在Solidworks中先画了一个单一几何体，如下图中的一个T型部件（命名为T台），然后将其用“分割”命令划分成两部分，之后导入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，对于一个多体部件其划分网格时有如下特点：①每一个实体-Body，都独立划分网格，但在实体间的关联仍旧被保留；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同的Bodies用布尔操作变成一个Body后划分网格一样，但实际上它们是无接触的，即没有成为单个Body，不同Bodies间仍旧相互独立；③一个多体部件体可以由不同的材料组成；但是我们实际上将上图所示的部件直接导入Mesh中划分网格之后的结果如下图所示：发现两部分实体之间的网格并不连续，这也就是说实际上它们并没有形成一个多体部件，而是两个实体（Body）都各自单独地划分网格，它们在接触处的结点位置也不一样，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，如下图所示，在DM中先将几何体ExplodePart，每个Body都独立，变成2Parts，2Bodies：然后再一次FromNewPart，重新变成一个多体部件，1Pat，2Bodies：之后再在Mesh中划分网格，会发现两个Bodies间的网格匹配了：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，必须要在DM中重新进行一次多体部件的组成操作！如果是在DM中直接画几何体，不会出现该问题。那要是我在SW中画的是一个装配体，不像上面例子是先画一个单体，然后再“分割”，这会怎么样？如下图所示，是将一个SW中画好的装配体直接导入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）：我们将该装配体直接划分网格，由于每一个Bodies都是独立的，因此这些不同Bodies之间的网格也没有匹配：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选取了其中top-cover，down-base，bolt-1几三个零部件画网格，结果如下图所示：发现它们之间的网格都匹配，不再是单独划分网格了。注意点2：多体部件采用不同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，那要是我一个多体部件不同Bodies想采用不同的网格划分方法，该怎么处理？WorkbenchMesh网格划分应用程序可运用“分割”的思想，即几何体的各个部件可以使用不同的网格划分方法（如Sweep，Multizone等）。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）都有不同的网格划分方法？看下面三通管的例子：既然要选择不同的网格划分方法，Mesh-Insert-Method-选取某一小零件，如下图中我们选择的小零件为Solid3，其颜色已变成蓝色：这时我们点击工具栏最上方的GenerateMesh：但却发现虽然上面我们只是选择了Solid3这一小部件，但划出来的结果却是把其他的零件也一起划分了网格，即相当于整个装配体一起划分了，如下图所示：这时候可以注意到一点，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，其所用的方法就是之前为Solid3设定的AutomaticMethod。那怎么样才能避免这种状况？关键在于我们在选择了Solid3之后，不要去点击工具栏最上方的GenerateMesh，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网格划分得到的结果：这时我们发现，只有Solid3前面绿色勾加了一横，其余都正常，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记，此时如果点击工具栏上的GenerateMesh或者是在Mesh上右键-GenerateMesh，则剩余的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记，等我们给这5个部件分别划分好网格之后其自动回消失。如下图是我们给Solid1~4按照上面的方法单独划分了网格，这时还剩下Fluid没有划分，此时黄色标记还存在：等到Fluid也划分好之后，黄色标记自动消失，而且部件前面的绿色小勾也都加上了一横：注意：如果我们在划分网格时有时需要给几个部件一起划分，如下图中一次选中了Solid1~Solid3三个部件：这时我们一定要在上面同时选中Solid1~3，再右键-GenerateMesh，如果只是选取了它们中的一个，则划分出来的网格只是对应那个部件的：三个部件一齐划分网格：除了上面讲的方法，特征抑制也可以用来单独划分网格：对其他部件进行特征抑制Suppress。如下图所示：我们将其他暂时不用划分网格的部件进行抑制，在需要划分网格的部件上面右键-SuppressAllOthereBodies，然后右侧只剩余需要的零部件。这时再Mesh-Insert-Method-选取零件，我们用Hex-Dominant划分网格。划分完之后再解除抑制，可得到整个装配体只有刚才部件划分了网格：需要对第二个部件进行单独网格划分时，找到对应的部件也一样执行，划分完之后解除抑制，然后得到如下所示结果。可知只有选中的两个部件被划分了网格：1、首先是输入几何体，然后点击树形窗口中的mesh之后，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-结构场，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，不同的值对应不同的网格数和节点数：3、Sizing（网格尺寸函数）设置Sizing设置中，对于不同的物理场选择会稍有不同，但基本一致，下图以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，其有如下几种设置：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。如下图所示：③Proximity，这将对网格划分算法添加更好的处理临近部位的网格，即控制模型邻近区网格的生成，主要适用于窄/薄处的网格生成。对于狭长/细长的几何体，网格会做的比较好，但是对于曲面则不好处理，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。如下图所示：⑤Fixed，只以设定的大小划分网格，不会根据曲率大小自动细化网格。（2）RelevanceCenter，关联中心代表网格的“粗糙，中等，细化”三种模式。其