ANSYS Workbench Mesh网格划分详解.docVIP

Workbench Mesh 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 ICEM?CFD， TGrid，CFX，GAMBIT，ANSYS Prep/Post 等。网格文件有两类： 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，ANSYS LS DYNA）； 计算流体力学（CFD 分析）分析的网格：用于 ANSYS CFX，ANSYS FLUENT，Polyflow； 这两类网格的具体要求如下：（1）结构网格：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； 大部分可划分为四面体网格，但六面体单元仍然是首选； 有些显示有限元求解器需要六面体网格； 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：细化网格来捕捉关心的梯度，例如速度、压力、温度等； 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； 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。 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）一般而言，针对不同分析类型有不同的网格划分要求：结构分析：使用高阶单元划分较为粗糙的网格； CFD：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）； 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 Coarse Coarse Medium Coarse平滑度过渡Mechanical CFD Electromagnetic ExplicitKept Dropped Kept DroppedMedium Medium Medium FineFast Slow Fast Slow注：上面的几项分别对应 Advanced 中的 Element Midside Nodes，以及 Sizeing 中的 Relevance Center，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： 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； 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；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： 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。 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 ICEM CFD 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 Design Modeler 中可以将某些零件先组成一个多体部件（Multi-Body Part，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