ansys-workbench-网格划分

第二章ANSYS网格划分简介2-1IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManual概述•ANSYSMeshing简介不同物理对象的网格要求•不同物理对象的网格要求•ANSYS网格划分流程3D和2D几何网格划分方法•3D和2D几何网格划分方法•作业2.1多体部件的自动网格划分–多体部件的自动网格划分–程序化控制膨胀–CFX或FLUENT的网格转换CFX或FLUENT的网格转换2-2IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManualWorkbench向导原则•参数化:参数驱动系统•参数化:参数驱动系统•稳定性:模型通过系统参数进行更新•高度自动化:仅需要有限的输入信息即可完成基本的分析类•高度自动化:仅需要有限的输入信息即可完成基本的分析类型•灵活性:能够对结果网格添加控制和影响(完全控制建模/分•灵活性:能够对结果网格添加控制和影响(完全控制建模/分析)•物理相关:根据物理环境的不同，系统自动建模和分析的物物理相关:根据物理环境的不同，系统自动建模和分析的物理系统•自适应结构:适应用户程序的开放系统自适应结构适应用户程序的开放系统–CADneutral,meshingneutral,solverneutral,等.2-3IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManual什么是“ANSYS网格划分应用程序”?•ANSYS集成了行业内最好的源程序:•ANSYS集成了行业内最好的源程序:–ICEMCFD–TGrid–GAMBIT–CFX–ANSYSPrep/Post–等2-4IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManualANSYS网格划分应用程序概述•Workbench中ANSYSMeshing应用程序的目标是提供通用的g网格划分格局。网格划分工具可以在任何分析类型中使用:FEASimulations–FEASimulations•结构动力学分析•显示动力学分析AUTODYN–AUTODYN–ANSYSLSDYNA•电磁分析分析–CFD分析•ANSYSCFX•ANSYSFLUENT2-5IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManual网格详述目的–对CFD(流体)和FEA(结构)模型实现离散化。–划分网格的目的是把求解域分解成可得到精确解的适当数量的单元.–3D网格的基本形状有:四面体六面体棱柱(四面体网格被拉伸棱锥(四面体和六面体四面体(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)2-6集流管例子:热应力气流分析的外部铸件和内部流体的网格划分IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManual网格详述需考虑的事项•细节:–多少几何细节是和物理分析有关的–不必要的细节会大大增加分析需求有必要划分这里•细化–哪些是复杂应力梯度区域？这些区域需要高密度的网格有必要划分这里的网格吗？域需要高密度的网格.流体边界层的网格在螺栓孔附近进行网格细化2-7格细化IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManual网格详述•效率大量的单元需要更多的计算资源(内存/运行时间)要在分析精度和资源使用方面–大量的单元需要更多的计算资源(内存/运行时间)。要在分析精度和资源使用方面进行平衡。2-8IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManual网格详述•质量–复杂几何区域的网格单元会变扭曲。劣质的单元会导致劣质的结果，或者在某些情况无复杂几何区域的网格单元会变扭曲。劣质的单元会导致劣质的结果，或者在某些情况无结果!–有很多方法来检查单元网格质量(meshmetrics*)。例如，一个重要的度量是单元畸变度()（Skewness）。畸变度是单元相对其理想形状的相对扭曲的度量，是一个值在0(极好的)到1(无法接受的)之间的比例因子.00250250500500800800950950980981000-0.250.25-0.500.50-0.800.80-0.950.95-0.980.98-1.00ExcellentverygoodgoodacceptablebadUnacceptable2-9*更多检查网格的信息在培训讲稿的附录文件中。IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManual网格详述优质和劣质网格区别的例子:这个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。优质单元例子的求解场证明没有问题。2-10ANSYS网格应用程序提供了提高网格质量的工具。IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManualFEA网格划分问题•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,但六面体大部分可划分为四面体网格,但六面体单元仍然是首选的–有些显示有限元求解器需要六面体网格格–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)()2-11IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManualCFD网格划分问题•CFD网格–细化网格来捕捉关心的梯度细化网格来捕捉关心的梯度•例如.速度,压力,温度,等.–网格的质量和平滑度对结果的精确度至关重要致较大的格数常数的单•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的–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)2-12IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManual网格类型四面体网格和四面体/棱柱混合网格•四面体网格和四面体/棱柱混合网格2-13IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManual网格类型•六面体网格2-14IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManual网格类型•四面体网格1)可以快速地、自动地生成，并适合于复杂几何网格可以由2步生成:网格可以由2步生成:步骤1:定义网格尺寸步骤2:生成网格步骤2:生成网格2-15IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManual网格类型•四面体网格2)等向细化–为捕捉一个方向的梯度，网格在所有的三个方向细化–网格数量迅速上升穿孔平板x向应力集中2-16xIntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManual网格类型•四面体网格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)2-17IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManual网格类型•六面体网格六面体网格–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•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。四面体六面体2-18IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManual网格类型•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•各向异性单元和各向异性物理相匹配(边界层高曲率区域如同•各向异性单元和各向异性物理相匹配(边界层,高曲率区域如同导行翼和曳尾边)2-19IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManual网格类型•六面体网格–对任意几何，六面体网格划分需要多步过程来产生高质高效的网格–对许多简单几何，扫掠技术是生成六面体网格的一种简单方式•扫掠•多区2-20IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManualANSYS网格划分应用程序流程•ANSYS网格划分应用程序使用‘分割’的方法•几何体的各个部件可以使用不同的网格划分方法–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格或致–单个部件的体的网格匹配或一致•所有网格将写入共同的中心数据库3D和2D几何存在很多不同的网格划分方法•3D和2D几何存在很多不同的网格划分方法2-21IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManual3D几何网格划分方法•3D几何有六种不同网格划分方法:–自动划分四面体–四面体•PatchConforming•PatchIndependentPatchIndependent–(ICEMCFDTetraalgorithm)–扫掠划分–多区–六面体支配的CFX网格–CFX-网格2-22IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManual2D几何网格划分方法•面体或壳2D几何有四种不同网格划分方法:–自动的(四边形支配)(四边形支配)–三角形–均匀四边形和三角形–均匀四边形2-23IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManualPatchConforming四面体•PatchConforming算法的四面体方法考虑面和它们的边界(边和顶点)–考虑面和它们的边界(边和顶点)–包含膨胀因子的设定,控制四面体边界尺寸的内部增长率–包括CFD的膨胀层或边界层识别–同一个组建中可和体扫掠方法混合使用–产生一致的网格单元形状四面体网格棱柱棱锥扫掠网格四面2-24扫掠网格四面体IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManualPatchIndependent四面体•PatchIndependent(ICEMCFDTetra)算法的四面体方法如没有载荷边界条件或其它作用面和它们的边界(边和顶点)不必考虑–如没有载荷,边界条件或其它作用，面和它们的边界(边和顶点)不必考虑–适用于粗糙的网格或生成更均匀尺寸的网格–ANSYSMeshingApplication可以非常方便的生成四面体网格ANSYSMhiAliti标准的网格尺寸控制–ANSYSMeshingApplication标准的网格尺寸控制–Tetra部分也有膨胀应用粗糙网格，忽略表面模型细节处单元形状棱柱棱锥四面2-25CFD膨胀层应用四面体IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManualSweep法•生成六面体或棱柱体分成2部分来扫掠划分网格•体必须是可扫掠的•一个源面，一个目标面•膨胀层可生成纯六面体或棱柱网格挤压件可用扫掠网格划分体分成2部分来扫掠划分网格•膨胀层可生成纯六面体或棱柱网格单元形状棱柱允许C膨胀层(边界层识别)棱柱2-26允许CFD膨胀层(边界层识别)六面体IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManual薄实体的扫掠网格划分•多个源面/目标面•体操作的其它方法•体操作的其它方法•部件厚度方向划分为多个单元2-27IntroductiontotheANSYSMeshingApplicationTrainingManual自动划分法