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2-1ANSYS网格划分简介IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-2TrainingManualANSYS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•结构动力学分析•显示动力学分析–AUTODYN–ANSYSLSDYNA•电磁分析–CFD分析•ANSYSCFX•ANSYSFLUENTIntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-3TrainingManual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: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)IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-4TrainingManual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•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？流体边界层的网格在螺栓孔附近进行网格细化IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-5TrainingManual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.0-0.250.25-0.500.50-0.800.80-0.950.95-0.980.98-1.00ExcellentverygoodgoodacceptablebadUnacceptable*更多检查网格的信息在培训讲稿的附录文件中。IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-6TrainingManualCFD网格划分问题•CFD网格–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•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)IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-7TrainingManual网格类型•四面体网格和四面体/棱柱混合网格IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-8TrainingManual网格类型•六面体网格IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-9TrainingManual网格划分程序1.为方便使用创建命名选项2.设置目标物理环境(结构,CFD,等)。自动生成相关物理环境的网格(如FLUENT,CFX,或Mechanical)3.设定网格划分方法4.定义网格设置(尺寸,控制,膨胀,等.)5.预览网格并进行必要调整6.生成网格7.检查网格质量8.准备分析的网格IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-10TrainingManualANSYS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2-11网格划分方法IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-12TrainingManual3D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•PatchConforming•PatchIndependent–(ICEMCFDTetraalgorithm)–扫掠划分–多区–六面体支配的–CFX-网格IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-13TrainingManual2D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)–三角形–均匀四边形和三角形–均匀四边形IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-14TrainingManual几何要求•所有的3D网格划分方法要求组成的几何为实体•如果输入一个由面体组成的几何，需要在ANSYS网格划分应用程序中生成3D网格，就需要额外的步骤将其转换为3D实体(尽管表面体可以由表面网格划分法来划分)IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-15TrainingManual四面体网格•优点–任意体总可以用四面体网格–可以快速,自动生成,并适用于复杂几何–在关键区域容易使用曲度和近似尺寸功能自动细化网格–可使用膨胀细化实体边界附近的网格(边界层识别)•缺点–在近似网格密度情况下，单元和节点数高于六面体网格–一般不可能使网格在一个方向排列–由于几何和单元性能的非均质性，不适合于薄实体或环形体IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-16TrainingManualPatchConforming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)–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–产生一致的网格四面体网格扫掠网格棱柱四面体棱锥单元形状IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-17TrainingManualPatchConforming四面体实例考虑面(和边)圆孔的识别IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-18TrainingManualPatchIndependent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–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–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CFD膨胀层应用棱柱四面体棱锥单元形状IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-19TrainingManualPatchIndependent四面体•对CAD许多面的修补有用,碎面、短边、差的面参数等。•用四面体方法,设置Algorithm为PatchIndependent•如没有载荷或命名选项，面和边不必要考虑•这里除设置curvature和proximity外，对所关心的细节部位有额外的设置邻近的面小孔IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-20TrainingManual四面体方法的膨胀•作用于体的膨胀，对面定义IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-21TrainingManual扫掠方法•体必须是可扫掠的•膨胀可产生纯六面体或棱柱网格•手动或自动设定source/target•通常是单个源面对单个目标面。薄壁模型自动网格划分会有多个面，且厚度方向可划分为多个单元•右击Mesh:选ShowSweepableBodies显示可扫掠体IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-22TrainingManual自动划分方法•自动进行四面体(PatchConforming)或扫掠网格划分,取决于体是否可扫掠。同一部件的体有一致的网格.无膨胀程序化控制膨胀四面体(PatchConforming)扫掠四面体(PatchConforming)IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-23TrainingManual多区扫掠网格划分•基于ICEMCFD六面体模块•自动几何分解–用扫掠方法，这个元件要被切成3个体来得到纯六面体网格用多区划分，可立即对其网格划分!2-24一般网格控制IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-25TrainingManual命名选项•命名选项允许用户对顶点,边,面,或体创建组–命名选项可用来定义网格控制,施加载荷和结构分析中的边界等–命名选项将在网格输入到CFX-Pre或Fluent时，以域的形式出现–在定义接触区，边界条件等时可参考，提供了一种选择组的简单方法–用来方便膨胀的程序化控制•注意:–一组命名选项中只能有一种类型的实体.例如，顶点和边不能在同一命名选项中存在.–命名选项组可从DesignModeler和某些CAD系统中输入IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-26TrainingManual物理设置•Mechanical•CFDIntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-27TrainingManualCFD的缺省网格设置作用于边和面作用于体作用于所有几何IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-28TrainingManual无高级尺寸功能作用于边IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-29TrainingManual网格质量•Mechanical设置•CFD设置IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-30TrainingManual网格尺寸策略:CFD•在必要区域依靠AdvancedSizeFunctions细化网格–Curvature(默认的)–Proximity•识别模型的最小特征–设置能有效识别特征的最小尺寸–如果导致了过于细化的网格•在最小尺寸下作用一个硬尺寸–使用收缩控制来去除小边和面•确保收缩容差小于局部最小尺寸•如有需要,可对体,面,边或影响体定义软尺寸，对网格生成的尺寸设置施加更多的控制IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-31TrainingManual相关性和关联中心粗糙中等细化0100-1000100-1000100-100•拖动滑块实现细化或粗糙的网格相关性IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-32TrainingManual全局单元尺寸•ElementSize设置整个模型使用的单元尺寸。这个尺寸将应用到所有的边,面,和体的划分。当高级尺寸功能使用的时候这个选项不会出现–缺省值基于Relevance和InitialSizeSeed–可输入想要的值IntroductiontotheANSYSMeshingApplication2-33TrainingManual高级尺寸功能•标准尺寸功能•高级尺寸功能•无高级尺寸功能时,根据已定义的单元尺寸对边划分网格,对curvature和proximity,细化，对缺陷和收缩控制进行调整,然后通过面和体网格划分器Introductiont