ansys-workbench-15.0-网格划分.ppt

网格划分（Mesh）,1.Meshing网格划分概述,-参数化：参数驱动系统，可以基于优化设计模块，研究网格对求解精度的影响；-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理系统；-自适应结果：适应用户程序的开发系统CADneutralmeshingnetralsolverneutral-集成了行业最好的网格划分源程序：ICEMCFD;TGrid；GAMBIT；CFX等,Workbench中的Meshing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：FEASimulations1）结构动力学分析2）显示动力学分析3）电磁分析CFD分析1）CFX2）FLUENT,1.Meshing网格划分概述,网格划分目的：在节点处建立方程求解域被划分成有限个离散的单元。网格划分的基本要求：网格划分效率与求解精度对于模型中应力集中处和几何特征细节处需要进行网格细化。网格划分质量：网格划分质量直接影响到求解的精度和求解的稳定性。,1.Meshing网格划分概述,2.单元,网格划分方法（三维模型）Tetrahedrons-只产生四面体网格Sweep-产生金子塔单元或六面体单元MultiZone-主要产生六面体单元，也可以产生金字塔单元，四面体单元和棱柱单元；HexDominant-主要使用六面体和棱柱单元，也可以产生四面体和金字塔单元Automatic根据几何模型复杂程度联合使用四面体划分方法和扫描方法实现。,2.单元,3.网格控制,1、PhysicsBasedSettings-设置网格划分的物理环境2、GlobalMeshSizingControls-RelevanceandRelevanceCenter(网格相关度和相关度中心)-AdvancedSizeFunctions（高级尺寸函数）-SmoothingandTransition（网格平滑和过渡）-SpanAngleCenter（跨度角中心）3、Inflation（膨胀率）4、PatchConfirmingOptions（网格修补选项）5、Advanced（网格高级选项）6、Defeaturing（模型修正）7、Statistics（网格信息统计）,3.网格控制-选择物理环境,划分流体模型网格,划分固体模型网格,3.网格控制-总体尺寸控制-网格相关度,基于网格相关度控制网格密度的方法，设置的单元尺寸对于网格密度有着重要的影响！,3.网格控制-总体尺寸控制-高级尺寸函数,AdvancedSizingFunctions(ASF)-该项功能用于控制接近表面区域和具有高曲率区域的网格生长和分布高级尺寸函数有五个选项：-关闭高级尺寸函数（off）-ProximityandCurvature-Curvature-Proximity-Fixed,3.网格控制-总体尺寸控制-高级尺寸函数,Curvature尺寸控制函数-该函数基于模型中的曲率信息控制网格，主要作用于模型中的孔，洞和缺陷处。该函数有5个控制参数：CurvatureNormalAngle-曲率法向角度MinSize-总体最小尺寸MaxFace面上最大尺寸MaxSize-总体最大尺寸GrowthRate-网格生长率,3.网格控制-总体尺寸控制-高级尺寸函数,曲率尺寸函数网格划分算法，基于五个参数控制网格密度，单元以模型中的孔洞为起始处，起始处的网格大小由曲率法向角度和最小尺寸共同控制，并且最小尺寸占主导，即当最小尺寸小于曲率法向角度的单元尺寸时，单元大小由曲率法向决定，否则由单元最小尺寸控制；单元按照生长率参数向外扩展，模型最外侧的单元尺寸由最大尺寸和生长率共同控制。,3.网格控制-总体尺寸控制-高级尺寸函数,Proximity尺寸控制函数-该函数基于模型边缘特征控制网格，主要作用于模型中的所有边缘，该函数有6个控制参数：ProximityAccuracy-临近边缘精度参数；NumCellsAcrossGap-间隙截面单元数量；ProximityMinSize-边缘最小尺寸；MaxFace面上最大尺寸；MaxSize-总体最大尺寸；GrowthRate-网格生长率；,3.网格控制-总体尺寸控制-高级尺寸函数,边缘特征尺寸控制函数，使用6个参数控制模型网格，该参数以模型的边缘作为网格划分初始处，初始处的网格尺寸由NumCellsAcrossGap和ProximityMinSize，控制规律与曲率尺寸函数控制原理相同。,3.网格控制-总体尺寸控制-高级尺寸函数,同时激活Proximity和Curvature函数，用户激活该选项后，程序同时考虑模型中的空洞和边缘控制，激活后主要有8个控制参数。网格尺寸从模型的边缘和模型中的空洞开始计算，这些初始单元尺寸由曲率法向角度，间隙截面单元数量，总体单元最小尺寸，边缘最小尺寸同控制。,3.网格控制-总体尺寸控制-高级尺寸函数,3.网格控制-总体尺寸控制-高级尺寸函数,将高级尺寸函数选项设置为Fixed，激活该选项后，导致没有局部网格细化，局部网格尺寸必须有其他网格控制参数来设定，对于这个选项，一共有4个控制，其中只有最大面尺寸起到主导控制作用。,3.网格控制-总体尺寸控制-高级尺寸函数,将高级尺寸函数选项设置为Off，则程序在网格划分过程中，不使用高级尺寸函数，而是通过ElementSize，InitialSizeSeed,Smoothing，Transition和SpanAngleCenter这五个参数共同控制总体尺寸。,3.网格控制-总体尺寸控制-其它控制参数,ElementSize-该参数用于控制网格划分过程中最大单元尺寸；InitialSizeSeed（初始尺寸种子）-控制每一个部件的初始网格种子；-如果定义单元尺寸则被忽略；-ActiveAssembly:基于这个设置，初始种子放入未抑制部件。网格可以改变-FullAssembly:基于这个设置，初始种子放入所有装配部件，不管抑制部件的数量。由于抑制部件网格不改变。-Part：基于这个设置，初始种子在网格划分时放入个别特殊部件。由于抑制部件网格不改变。,3.网格控制-总体尺寸控制-其它控制参数,Smoothing（平滑）-平滑网格是通过移动周围节点和单元的节点位置来改进网格质量。下列选项和网格划分器开始平滑的门槛尺度一起控制平滑迭代次数。程序有三个选项：低水平；中等；高度光滑Transition（过渡）-过渡控制临近单元增长比Slow-缓慢产生网格过渡；Hign-快速产生网格过渡SpanAngleCenter（跨度中心角）-设定基于边的细化的曲度目标。网格在弯曲区域细分，直到单独单元跨越这个角。有以下几种选择；粗糙：-91度到60度中等：-75度到24度细化：-36度到12度,3.网格控制-总体尺寸控制-其它控制参数,3.网格控制-网格修补选项,网格修补选项只有一个三角表面网格划分器设置选项。对于三角表面网格划分器，存在两个选项：程序控制和高级前缘，程序控制选项为默认选项。,-如果选择程序控制选项，则程序根据模型表面形状，来确定是否使用三角剖分法（Delaunay）或高级前缘（advancingfront）算法；-如果选择高级前缘算法，则程序优先使用高级前缘算法，如果网格划分过程中失败，则自动转换为三角剖分算法。-高级前缘算法比三角剖分算法能够为几何模型提供更光滑的过渡！,3.网格控制-网格修补选项,ProgramControlled,advancingfront,3.网格控制-高级选项,高级选项控制包括以下7个选项：-形状检查（ShapeChecking）;-单元中间节点位置选项（ElementMidsideNodes）,-直线侧边单元选项（StraigntSidedElement）-网格重分次数（NumberofRetries）-对于装配体是否打开额外的网格重分（ExtraRetriesForAssembly）-刚体行为（RigidBodyBehavior）-网格扭曲（MeshMorphing）,3、网格控制-网格信息统计,查看网格划分的质量，提供详尽的质量度量列表，如表所示，ANSYS，可以查看网格度量图表，能够直观地在该图表下进行各种选项控制，,3、网格控制-网格信息统计,（1）单元质量【ElementQuality】：除了线单元和点单元以外，基于给定单元的体积与边长的比值计算模型中的单元质量因子，该选项提供一个综合的质量度量标准，范围为01，1代表完美的正方体或正方形，0代表单元体积为零或负值。,3、网格控制-网格信息统计,（2）纵横比【AspectRatio】：纵横比对单元的三角形或四边形顶点计算长宽比，参见图，理想单元的纵横比为1，对于小边界、弯曲形体、细薄特性和尖角等，生成的网格中会有一些边远远长于另外一些边。结构分析应小于20，如四边形单元警告限值为20，错误限值为1E6。,3、网格控制-网格信息统计,（3）雅克比率【JacobianRatio】：除了线性的三角形及四面体单元，或者完全对中的中间节点的单元以外，雅可比率计算所有其他单元，高雅克比率代表单元空间与真实空间的映射极度失真，参见图。雅可比率检查同样大小尺寸下，二次单元比线性单元更能精确地匹配弯曲几何体。单元边界上的中边节点被放置在模型的真实几何体上。在尖劈或弯曲边界，将中边节点放在真实几何体上则会导致产生边缘相互叠加的扭曲单元。一个极端扭曲单元的雅可比行列式是负的，而具有负雅可比行列式的单元则会导致分析程序终止。所有中边节点均精确位于直边中点的，正四面体的雅可比率为1.0。随着边缘曲率的增加，雅可比率也随之增大。单元内一点的雅可比率是单元在该点处的扭曲程度的度量，雅可比率小于等于40是可以接受的。,3、网格控制-网格信息统计,（4）翘曲因子【WarpingFactor】：对某些四边形壳单元及六面体、棱柱、楔形体的四边形面计算，参见图，高翘曲因子暗示程序无法很好地处理单元算法或提示网格质量有缺陷。理想的无翘曲平四边形值为0，对薄膜壳单元的错误限值为0.1，对大多数壳单元的错误限值为1，但Shell181允许承受更高翘曲，翘曲因子的峰值可达7，对这类单元，翘曲因子为5时，程序给出警告信息。一个单位正方体的面产生22.5及45的相对扭曲，相当于产生的扭曲因子分别为0.2及0.4。,3、网格控制-网格信息统计,（5）平行偏差【ParallelDeviation】：以单元边构造单位矢量，对每对对立边，点乘单位矢量，对点乘结果取反余弦得到平行偏差角度，如图所示。理想值为0，无中间节点的四边形的警告限值为70，如超过150，则给出错误信息。,3、网格控制-网格信息统计,（6）最大顶角【MaximumCornerAngle】：除了Emag或FLOTRAN单元，其他所有单元都计算最大顶角，如无中间节点的四边形单元该项警告限值为155，而其错误限值为179.9，理想三角形最大顶角为60，四边形最大顶角为90，参见图。,3、网格控制-网格信息统计,（7）倾斜度【Skewness】：倾斜度是基本的单元质量检测标准之一，倾斜度确定如何接近理想形状（等边或等角）最优值为0，最差值为1。表给出倾斜度的单元质量评估范围。,4、网格划分方法,（1）自动划分网格【Automatic】：程序基于几何的复杂性，自动检测实体，对可以扫掠的实体采用扫掠方法划分六面体网格，对不能扫掠划分的实体采用协调分片算法划分四面体网格。,4、网格划分方法,（2）四面体网格【Tetrahedrons】：生成四面体单元，采用基于TGrid的协调分片算法【PatchConforming】和基于ICEMCFD的独立分片算法【PatchIndependent】。,协调分片算法【PatchConforming】采用自下而上的方法：网格划分先从边面划分，再到体，考虑所有的面及其边界，该算法适用于质量好的CAD几何模型。独立分片算法【PatchIndependent】采用自上而下的方法：先生成体网格，再映射到面和边生成面网格。除非指定了命名选择、加载、边界条件和其他作用，否则不必考虑指定公差范围内的面及其边界，该算法适用于需要清除小特征的质量差的几何模型。,4、网格划分方法,ANSYS中，两种四面体算法都可用于零件、体及多体零件，也可用于膨胀层网格。协调分片算法的分片面及边界考虑零件实体间的相互影响采用小公差，常用于考虑几何体的小特征，可以用虚拟拓扑工具把一些面或边组成组，构成虚拟单元，从而减少单元数目，简化小特征，简化载荷提取，因此如果采用虚拟拓扑工具可以放宽分片限制。独立分片算法的分片不是太严格，通常用于统一尺寸的网格。结构分析适用于协调分片算法划分，电磁分析和流体分析适合协调分片算法划分或独立分片算法划分，显式动力分析适用于独立分片算法划分或有虚拟拓扑的协调分片算法划分。,4、网格划分方法,在【Mesh】上右击鼠标，选择【Insert】【Method】，选择要应用的实体，设置【Method】=Tetrahedrons，【Algorithm】=PatchIndependent，【MinSizeLimit】=2mm明细窗口中有清除网格特征的附加设置【MeshBasedDefeaturing】，基于曲率和相邻的细化设置【CurvatureandProximityRefinement】，可以对不同体设置不同的曲率和相邻。,平滑过渡选项【SmoothTransition】，可以控制增长率和局部特征角。该方法考虑指定命名选择的面和边。如果【MeshBasedDefeaturing】=ON，【DefeaturingTolerance】中输入清除特征容差，则清除容差范围内的小特征,4、网格划分方法,（3）扫掠网格【Sweep】：对可以扫掠的实体在指定方向扫掠面网格，生成六面体单元或棱柱单元，扫掠划分要求实体在某一方向上具有相同的拓扑结构，实体只允许一个目标面和一个源面，但薄壁模型可以有多个源面和目标面。,4、网格划分方法,在【Mesh】