ANSYS Meshing高级网格划分技术

个人简介

姓名：程东明

职位：安世亚太网格工程师

特长：仿真分析的模型处理和网格划分、

精通ANSYS SpaceClaim和ANSYS Meshing等前处理工具

参与的项目：某空调厂商空调内外机振动和谐响应分析、

某飞机厂商的发动机支架的优化和强度分析、

某直升机起落架冲击分析、

某电器盘式绝缘子结构和电磁分析等

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专题介绍

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1. 网格划分流程

2. 网格划分方法

3. 全局网格控制

4. 局部网格控制

5. 网格质量检查

ANSYS Meshing介绍

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直接集成在ANSYSY Workbench下的通用网格划分平台

能进行结构、流体、电磁等多物理场的网格划分

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网格划分流程

网格划分流程

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建立/导入模型 模型处理 网格划分 求解

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网格划分方法

网格划分方法

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三维网格 1. 四面体网格划分 2. 扫略网格划分 3. 多区网格划分 4. 六面体为主网格划分 5. 自动网格划分

二维网格 1. 四边形为主网格划分

2. 三角形网格划分

3. 多区四边形/三角形网格划分

四面体网格划分

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Patch Conforming 算法 自底而上划分方法 所有几何边界均可被表达 对几何模型的质量有一定的要求， 需要一定量的几何清理工作

Patch Independent 算法 自顶而下划分方法

几何边界可能会被忽略

对质量差的几何模型容忍度更高

先生成体网格，再映射到面和线产生表面网格 考虑几何的线和面生成表面网格， 然后由表面网格生成体网格

扫略网格划分

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生成源面表面网格，然后沿扫略路径扫略到目标面

一个可扫略体只允许有一个源面和一个目标面（薄扫略除外）

可得到六面体和三棱柱网格

需要对几何模型进行分解

源面 目标面

侧面

扫略路径

多区网格划分

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基于ICEM CFD Hexa的分块原理，自动虚拟地将几何分解

允许几何拥有多个源面和目标面

可得到六面体和三棱柱网格

对于较简单的几何，可减少模型的分解而得到六面体网格

六面体为主网格划分

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以六面体为主，混搭四面体、三棱柱和金字塔网格

常用于不易划分六面体网格却又希望尽可能得到六面体的几何模型

六面体为主网格

六面体

四面体

金字塔

三棱柱

自动网格划分

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四面体网格划分（Patch Conforming）与扫略网格划分的组合

根据几何的复杂程度，自动识别可扫略体进行扫略划分，其余划分四面体

二维网格划分

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四边形为主网格划分 --程序默认划分方法

三角形网格划分 --划分纯三角形网格

多区四边形/三角形网格划分 --划分边长均一的四边形/三角形网格

四边形为主网格划分

三角形网格划分

多区四边形网格划分

多区四边形/三角形网格

划分

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全局网格控制

物理环境

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不同的物理场分析对于网格的要求也不一样

物理优先选项

自动设置下列各项...

实体单元 默认中节点

关联中心 平滑度 过渡

力学分析 保留 粗糙 中等 快

CFD 消除 粗糙 中等 慢

电磁分析 保留 中等 中等 快

显式分析 消除 粗糙 高 慢

Mechanical设置

CFD设置

相关性和关联中心

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拖动相关性滑块和调整关联中心等级可调整网格疏密

粗糙 中等 细化

0

100

-100

0

100

-100

0

100

-100 相关性

全局单元尺寸

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设定模型总体的单元尺寸大小

默认值由相关性和初始尺寸种子决定

当高级尺寸功能关闭时才适用

平滑和过渡

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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 1. 中等(Mechanical, CFD, Emag) 2. 高等(Explicit) 过渡 --控制邻近单元 1. 缓慢产生网格过渡(CFD, Explicit) 2. 快速产生网格过渡(Mechanical, Emag)

低等 中等 高等

Slow

Fast

跨角中心

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网格在弯曲区域细分，直到单独单元跨越这个圆角 1. 粗糙 – 91°~ 60° 2. 中等 – 75°~ 24° 3. 细化 – 36°~ 12°

高级尺寸功能

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Curvature --调整曲率法向角，细化转角处网格

Proximity --控制狭缝间的网格层数

高级尺寸功能关闭 高级尺寸功能打开

Curvature Curvature与Proximity

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局部网格控制

尺寸

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定义体、面、线尺寸，优先级为： 线＞面＞体＞全局 定义尺寸方法有：1. 单元尺寸 2. 线份数 3. 影响球 4. 影响体

Entity/Option Element Size Number of Divisions Body of Influence Sphere of Influence

Vertices x

Edges x x x

Faces x x

Bodies x x x

接触尺寸

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使部件间接触面、边的单元尺寸近似一致

网格细化

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细化面、线上已经划分好的网格

常应用于已经划分好的初始网格后

根据细化的程度，有“1~3”三个等级供选择

映射面网格

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在指定的映射面上生成结构化网格

可通过设置转角点来调整映射方式

可指定映射面上网格的层数

匹配控制

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常用于周期对称模型的周期面或线上，使面、线对的网格匹配

周期面可以是旋转周期面，也可以是对称周期面

切割边界

全模型 循环对称模型

匹配面

收缩控制

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通过收缩容差退化狭长的线面，改善网格质量

收缩容差建议小于最小特征尺寸

膨胀

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扫略型网格应用于线上，非扫略型网格应用于面上

作为流体网格的边界层

提高结构分析的表面计算精度

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网格质量检查

网格质量指标

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单元质量

纵横比

雅可比

扭曲因子

平行误差

最大拐角

偏斜

纵横比 = 1

纵横比 = 1 高纵横比三角形

高纵横比四边形

0-0.25 0.25-0.50 0.50-0.80 0.80-0.95 0.95-0.98 0.98-1.00

Excellent very good good acceptable bad Unacceptable

偏斜

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分析类型对网格质量的要求

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不同的分析类型对于网格的质量要求也不一致

热传导

隐式结构分析

电磁场分析

网格质量的要求

分网难度

显式结构分析

流体力学分析

FSI流固耦合分析

物理类型及其对网格要求的复杂性

Triangle 2D

Quad 2D

Quad dominant

Tet arbitrary geom

Hex dominant

Hex swept

Hex mapped

分网难度

Hex arbitrary geom

网格质量的要求

网格类型及其划分的复杂性

影响网格质量的因素

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几何模型：小边、狭长面、缝隙、尖锐角等

网格划分方法的选择

网格尺寸的设置

无虚拟拓扑 有虚拟拓扑

“虚拟拓扑”虚拟地把小边、狭长面等合并，避免质量差的网格产生