ANSYSWorkbenchMesh网格划分(自己总结)

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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: 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,ANSYS LS DYNA);

②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:

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 Coarse Coarse Medium Coarse 平滑度 过渡 Mechanical CFD Electromagnetic Explicit Kept Dropped Kept Dropped Medium Medium Medium Fine Fast 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:

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在后面的设计仿真中就能拓扑共享,在Mesh中就表现

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