[原]Deform网格划分原则及方法
2009-04-04 23:48
引言：划分网格是建立有限元模型的一个重要环节，它要求考虑的问题较多，需要的工作量较大，所划分的网格形式对计算精度和计算规模将产生直接影响。为建立正确、合理的有限元模型，这里介绍网格划分时的一些基本原则及方法。
关键词： Deform 网格局部细化
一、网格划分的原则
1 网格数量
网格数量的多少将影响计算结果的精度和计算规模的大小。一般来讲，网格数量增加，计算精度会有所提高，但同时计算规模也会增加，所以在确定网格数量时应权衡两个因数综合考虑。图1中的曲线1表示结构中的位移随网格数量收敛的一般曲线，曲线2代表计算时间随网格数量的变化。可以看出，网格较少时增加网格数量可以使计算精度明显提高，而计算时间不会有大的增加。当网格数量增加到一定程度后，再继续增加网格时精度提高甚微，而计算时间却有大幅度增加。所以应注意增加网格的经济性。实际应用时可以比较两种网格划分的计算结果，如果两次计算结果相差较大，可以继续增加网格，相反则停止计算。
图1 位移精度和计算时间随网格数量的变化
在决定网格数量时应考虑分析数据的类型。在静力分析时，如果仅仅是计算结构的变形，网格数量可以少一些。如果需要计算应力，则在精度要求相同的情况下应取相对较多的网格。在热分析中，结构内部的温度梯度不大，不需要大量的内部单元，这时可划分较少的网格。
2 网格疏密
网格疏密是指在结构不同部位采用大小不同的网格，这是为了适应计算数据的分布特点。在计算数据变化梯度较大的部位(如应力集中处)，为了较好地反映数据变化规律，需要采用比较密集的网格。而在计算数据变化梯度较小的部位，为减小模型规模，则应划分相对稀疏的网格。这样，整个结构便表现出疏密不同的网格划分形式。图2是中心带圆孔方板的四分之一模型，其网格反映了疏密不同的划分原则。小圆孔附近存在应力集中，采用了比较密的网格。板的四周应力梯度较小，网格分得较稀。其中图b中网格疏密相差更大，它比图a中的网格少48个，但计算出的孔缘最大应力相差1%，而计算时间却减小了36%。由此可见，采用疏密不同的网格划分，既可以保持相当的计算精度，又可使网格数量减小。因此，网格数量应增加到结构的关键部位，在次要部位增加网格是不必要的，也是不经济的。
划分疏密不同的网格主要用于应力分析(包括静应力和动应力)，在结温度场计算中采用趋于均匀网格。
图2 带孔方板的四分之一模型
二、网格划分的方法
1、基本网格划分方法
在Deform中划分网格方式有两种。一种是相对网格划分方法，一种是绝对网格划分方法。
相对网格划分方式：使用相对网格划分方式用户仅需要指定固定单元的数目。无论物体形状多么复杂，单元的数量必须是恒定。
绝对网格划分方式：使用绝对网格设置方式，系统决定网格划分总数，随着物体的复杂，单元数也随之增加。
无论相对划分网格方式还是绝对网格划分方式，两者都有依靠划分网格权重来分配物体上各部分的单元大小，默认的划分网格权重在Detailed setting--weight factors下面，此权重在大多数模拟中效果很好。相对网格划分方式是系统默认设定，用绝对网格划分方式目的在于增加模拟的正确性，这是因为网格尺寸设定后自始至终不变，随着物体形状越来越复杂，单元数的增加可以更好的描述物体的表面。使用绝对网格划分方式，为了决定网格划分的最小尺寸，需通过测量模具的最小特征尺寸，这个最小特征必须满足的条件是成形过程中它的形状会反映在工件上，也就是非曲直说有工件材料要流过此特征。最小特征的选取是指整个模拟过程的最小特征。
Mesh分为两个步骤，先surface mesh，然后再solid mesh。在相对网格划分中，preview是surface mesh,而generate mesh是surface mesh和solid mesh两步。在绝对网格划分中直接分为surface mesh和solid mesh 两个命令。
2、局部细化网格方法
在一些高梯度地区，即应变，应变速率，温度，几何尺寸等变化比较剧烈的地区，网格需要细化。
这里可以设置权重因子，还有一个重要的设置是mesh density windows（网格密度窗口）因子，这个选项与后面介绍的网格密度有关，为了在一些地方设置更为细密的网格，光靠上面滑杆设置的几个因子还不行
（注：前面四个因子相加之和必须是“1”，在调整权重因子时，可以用键盘上的向左，向右键来进行微调。）还需要用户设置来调节网格密度的分配，将mesh density windows后的滑杆设为非零数字（注：设置的数值越大表示考虑的越多。），就可以启动下的的mesh windows选项，在下面选项所控制的窗口中，数字都要乘以这个非零因子。
接着在windows区域内点击Add在屏幕的图形显示窗口左下方弹出一个小窗口，可以定义局部区域，在定义调整Mesh windows时鼠标必须是获取点的状态，不能是缩放观察的状态。Size Ratio to Elem Outside Window用来调整窗口内部单元与外部单元的比率。速度栏：此项表明局部细化网格的窗口是以该速度向其矢量方向运动，这个参数的设置与模具和工件的接触变形区有关。局部细化网格的目的在于让变形大的地区得到较小的网格，以有利于反映真实的变形并节省计算时间，如果接触变形区是随着时间变化的，想要变化的接触变形区始终都得到局部细化网格，那么窗口的速度就应该等于接触区变化的速度。有时你会发现网格窗口没有发挥作用，这有几个原因：一、Wight Factor中因子设置为零；二、总体网格的数量太少；
三、可能是Mesh Windows中定义的网格密度比例太大。
九个按钮分别是：矩形网格划分工具、圆柱形网格划分工具、环形网格划分工具、比例缩放、移动、旋转、调整比例、预览、清除。大小调整方法：将拖动按钮点红然后进行调整。移动：将图形调整到方便观察的方位，拖动细化分区域沿轴向移到想要的位置。旋转：将图形调整到方便观察的方位，拖动细化分区域绕某一个轴进行旋转到想要的位置。
参考文献：DEFORM 5.03金属成形有限元分析实例指导教程李传民, 王向丽, 闫华军等编著
[原]Deform网格划分原则及方法 2009-04-04 23:48 引言：划分网格是建立有限元模型的一个重要环节，它要求考虑的问题较多，需要的工作量较大，所划分的网格形式对计算精度和计算规模将产生直接影响。为建立正确、合理的有限元模型，这里介绍网格划分时的一些基本原则及方法。 关键词： Deform 网格局部细化 一、网格划分的原则 1 网格数量 网格数量的多少将影响计算结果的精度和计算规模的大小。一般来讲，网格数量增加，计算精度会有所提高，但同时计算规模也会增加，所以在确定网格数量时应权衡两个因数综合考虑。图1中的曲线1表示结构中的位移随网格数量收敛的一般曲线，曲线2代表计算时间随网格数量的变化。可以看出，网格较少时增加网格数量可以使计算精度明显提高，而计算时间不会有大的增加。当网格数量增加到一定程度后，再继续增加网格时精度提高甚微，而计算时间却有大幅度增加。所以应注意增加网格的经济性。实际应用时可以比较两种网格划分的计算结果，如果两次计算结果相差较大，可以继续增加网格，相反则停止计算。 图1 位移精度和计算时间随网格数量的变化 在决定网格数量时应考虑分析数据的类型。在静力分析时，如果仅仅是计算结构的变形，网格数量可以少一些。如果需要计算应力，则在精度要求相同的情况下应取相对较多的网格。在热分析中，结构内部的温度梯度不大，不需要大量的内部单元，这时可划分较少的网格。 2 网格疏密 网格疏密是指在结构不同部位采用大小不同的网格，这是为了适应计算数据的分布特点。在计算数据变化梯度较大的部位(如应力集中处)，为了较好地反映数据变化规律，需要采用比较密集的网格。而在计算数据变化梯度较小的部位，为减小模型规模，则应划分相对稀疏的网格。这样，整个结构便表现出疏密不同的网格划分形式。图2是中心带圆孔方板的四分之一模型，其网格反映了疏密不同的划分原则。小圆孔附近存在应力集中，采用了比较密的网格。板的四周应力梯度较小，网格分得较稀。其中图b中网格疏密相差更大，它比图a中的网格少48个，但计算出的孔缘最大应力相差1%，而计算时间却减小了36%。由此可见，采用疏密不同的网格划分，既可以保持相当的计算精度，又可使网格数量减小。因此，网格数量应增加到结构的关键部位，在次要部位增加网格是不必要的，也是不经济的。 划分疏密不同的网格主要用于应力分析(包括静应力和动应力)，在结温度场计算中采用趋于均匀网格。
第一章Gambit使用 1.1Gambit介绍 网格的划分使用Gambit软件，首先要启动Gambit，在Dos下输入Gambit
图2 视图控制面板 视图控制面板中的命令可分为两个部分，上面的一排四个图标表示的是四个视图，当激活视图图标时，视图控制面板中下方十个命令才会作用于该视图。 视图控制面板中常用的命令有： 全图显示、选择显示视图、选择视图坐标、选择显 示项目、渲染方式。 同时，我们还可以使用鼠标来控制视图中的模型显示。其中按住左键拖曳鼠标可以旋转视图，按住中键拖动鼠标则可以在视图中移动物体，按住右键上下拖动鼠标可以缩放视图中的物体。 命令面板 命令面板是Gambit的核心部分，通过命令面板上的命令图标，我们可以完成绝大部分网格划分的工作。 图3显示的就是Gambit的命令面板。weism
网格划分的几种基本处理方法 贴体坐标法： 贴体坐标是利用曲线坐标，并使其坐标线与燃烧室外形或复杂计算区域边界重合，这样所有边界点能够用网格点来表示，不需要任何插值。一旦贴体坐标生成通过变换，偏微分方程求解可以不在任意形状的物理平面上，而在矩形或矩形的组合（空间问题求解域为长方体或它们的组合）转换平面上进行。这样计算与燃烧室外形无关，也与在物理平面上网格间隔无关。 而是把边界条件复杂的问题转换成一个边界条件简单的问题；这样不仅可避免因燃烧室外形与坐标网格线不一致带来计算误差，而且还可节省计算时间和内存，使流场计算较准确，同时方便求解，较好地解决了复杂形状流动区域的计算，在工程上比较广泛应用。 区域法： 虽然贴体坐标系可以使坐标线与燃烧室外形相重合，从而解决复杂流动区域计算问题。但有时实际流场是一个复杂的多通道区域，很难用一种网格来模拟，生成单域贴体网格，即使生成了也不能保证网格质量，影响流场数值求解的效果。因此，目前常采用区域法或分区网格，其基本思想是，根据外形特点把复杂的物理域或复杂拓扑结构的网格，分成若干个区域，分别对每个子区域生成拓扑结构简单的网格。由这些子区域组合而成的网格，或结构块网格。对区域进行分区时，若相邻两个子域分离边界是协调对接，称为对接网格；若相邻两子域有相互重叠部分，则此分区网格称为重叠网格。根据实际数值模拟计算的需要，把整个区域（燃烧室）分成几个不同的子区域，并分别生成网格。这样不仅可提高计算精度，而且还可节省计算机内存，提高收敛精度。但是计算时，必须考虑各区域连接边界处耦合以及变量信息及时、准确地传递问题。处理各个区域连接有多种方法，其中一个办法是在求解各变量时各区域可以单独求解若干次而对压力校正方程．设压力校正值在最初迭代时为零，为了保证流量连续各个区域应同时求解，然后对各个速度和压力进行校正。或者采用在两个区域交界处有一个重叠区，两个区域都对重叠区进行计算，重叠区一边区域内的值，要供重叠区另一边区域求解时用。或通过在重叠内建立两个区域坐标对应关系，实现数据在重叠区内及时传递。如果两个区采用网格疏密分布不相同，要求重叠区二边流量相等。区域法能合理解决网格生成问题，已被大量用来计算复杂形状区域流动。 区域分解法： 对于复杂几何形状的实际燃烧装置，为了保证数值求解流场质量，目前常采用区域分解法。该法基本要点是：根据燃烧室形状特点和流场计算需要，把计算区域分成一个主区域和若干个子区域，对各个区域（块）分别建立网格，并对各个区域分别进行数值求解。区域分解原则是尽量使每个子区域边界简便以便于网格建立，各个子区域大小也尽可能相同，使计算负载平衡有利于平行计算。各区域的网格间距数学模型以及计算方法都可以不同，通常在变量变化梯度大的区域，可以布置较细网格，并采用高阶紊流模型和描述复杂反应的紊流燃烧模型，以便更合理模拟实际流场。对于变量变化不太大区域，可采用较疏的网格和较简单的数学模型，这样可节省计算时间。各子区域的解在相邻子区域边界处通过耦合条件来实现光滑，相邻子区域连接重叠网格或对接网格来实现，在各子区域交界处通过插值法提供各子域求解变量的信息传递，满足各子域流场计算要求通量和动量守恒条件以便实现在交界面处各子域流场解的匹配和耦合，从而取得全流场解。 非结构网格法： 上述各方法所生成的网格均属于结构化网格，其共同特点是网格中各节点排列有序，每个节点与邻点之间关系是固定的，在计算区域内网格线和平面保持连续。特别是其中分区结构网格生成方法已积累了较多经验，计算技术也较成熟，目前被广泛用来构造复杂外形区域
第 3章 ANSYS 13.0 Workbench网格划分及操作案例 网格是计算机辅助工程（CAE）模拟过程中不可分割的一部分。网格直接影响到求解精 度、求解收敛性和求解速度。此外，建立网格模型所花费的时间往往是取得 CAE 解决方案所 耗费时间中的一个重要部分。因此，一个越好的自动化网格工具，越能得到好的解决方案。 3.1 ANSYS 13.0 Workbench 网格划分概述 ANSYS 13.0 提供了强大的自动化能力，通过实用智能的默认设置简化一个新几何体的网 格初始化，从而使得网格在第一次使用时就能生成。此外，变化参数可以得到即时更新的网 格。ANSYS 13.0 的网格技术提供了生成网格的灵活性，可以把正确的网格用于正确的地方， 并确保在物理模型上进行精确有效的数值模拟。 网格的节点和单元参与有限元求解，ANSYS 13.0在求解开始时会自动生成默认的网格。 可以通过预览网格，检查有限元模型是否满足要求，细化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，因此需要权衡计算成本和细化网格之间的矛盾。在 理想情况下，我们所需要的网格密度是结果随着网格细化而收敛，但要注意：细化网格不能 弥补不准确的假设和错误的输入条件。 ANSYS 13.0 的网格技术通过 ANSYS Workbench的【Mesh】组件实现。作为下一代网格 划分平台， ANSYS 13.0 的网格技术集成 ANSYS 强大的前处理功能， 集成 ICEM CFD、 TGRID、 CFX-MESH、GAMBIT网格划分功能，并计划在 ANSYS 15.0 中完全整合。【Mesh】中可以根 据不同的物理场和求解器生成网格，物理场有流场、结构场和电磁场，流场求解可采用 【Fluent】、【CFX】、【POLYFLOW】，结构场求解可以采用显式动力算法和隐式算法。不同的 物理场对网格的要求不一样，通常流场的网格比结构场要细密得多，因此选择不同的物理场， 也会有不同的网格划分。【Mesh】组件在项目流程图中直接与其他 Workbench分析系统集成。 3.2 ANSYS 13.0 Workbench 网格划分 ANSYS 网格划分不能单独启动，只能在 Workbench 中调用分析系统或【Mesh】组件启 动，如图 3-1 所示。 图3-1 调入分析系统及网格划分组件
一个网格划分实例的详解 该题目条件如下图所示： Part 1：本部分将平台考虑成蓝色的虚线 1. 画左边的第一部分，有多种方案。 方法一：最简单的一种就是不用布置任何初始的2dmesh直接用one volume 画，画出来的质量相当不错。 One volume是非常简单而且强大的画法，只要是一个有一个方向可以 mapped的实体都可以用这个方法来画网格，而事实上，很多不能map的单元也都可以用这个命令来画，所以在对三维实体进行网格划分的时候，收件推荐用one volume来试下效果，如果效果不错的话，就没有必要先做二维单元后再来画。 方法二：先在其一个面上生成2D的mesh，在来利用general选项，这样的优点是可以做出很漂亮的网格。
相比之下：方法二所做出来的网格质量要比一要高。 2. 画第二段的网格，同样演示两种方法： 方法一：直接用3D>solid map>one volume 方法二：从该段图形来看，左端面实际上由3个面组成，右端面由一个部分组成，故可以先将左端面的另两个部分的面网格补齐，再用general选项来拉伸，但是，问题是左面砖红色的部分仅为3D单元，而没有可供拉伸的源面网格，故，应该先用face命令生成二维网格后，再来拉伸，其每一步的结果分见下：
在用general选项时，有个问题需要注意：在前面我们说过，source geom和elemes to drag二选一都可以，但是这里就不一样了，因为source geom选面的话，只能选择一个面，而此处是3个面，所以这里只能选elemes to drag而不能选择source geom.
转自宋博士的博客 如何在ANSYS WORKBENCH中划分网格经常有朋友问到这个问题。我整理了一下，先给出第一个入门篇，说明最基本的划分思路。以后再对某些专题问题进行细致阐述。 ANSYS WORKBENCH中提供了对于网格划分的几种方法，为了便于说明问题，我们首先创建一个简单的模型，然后分别使用几种网格划分方法对之划分网格，从而考察各种划分方法的特点。 1. 创建一个网格划分系统。 2. 创建一个变截面轴。 先把一个直径为20mm的圆拉伸30mm成为一个圆柱体 再以上述圆柱体的右端面为基础，创建一个直径为26mm的圆，拉伸30mm得到第二个圆柱体。 对小圆柱的端面倒角2mm。
退出DM. 3.进入网格划分程序，并设定网格划分方法。双击mesh进入到网格划分程序。 下面分别考察各种网格划分方法的特点。（1）用扫掠网格划分。 对整个构件使用sweep方式划分网格。
结果失败。 该方法只能针对规则的形体（只有单一的源面和目标面）进行网格划分。（2）使用多域扫掠型网格划分。 结果如下
可见ANSYS把该构件自动分成了多个规则区域，而对每一个区域使用扫略网格划分，得到了很规则的六面体网格。这是最合适的网格划分方法。 （3）使用四面体网格划分方法。 使用四面体网格划分，且使用patch conforming算法。 可见，该方式得到的网格都是四面体网格。且在倒角处网格比较细密。 其内部单元如下图（这里剖开了一个截面） 使用四面体网格划分，但是使用patch independent算法。忽略细节。
?、网格划分结果如下图 此时得到的仍旧是四面体网格，但是倒角处并没有特别处理。（4）使用自动网格划分方法。 得到的结果如下图
网格划分的方法 1.矩形网格差分网格的划分方法 划分网格的原则： 1）水域边界的补偿。舍去面积与扩增面积相互抵消。2）边界上的变步长处理。 3）水、岸边界的处理。 4）根据地形条件的自动划分。 5）根据轮廓自动划分。
2.有限元三角网格的划分方法 1）最近点和稳定结构原则。 2）均布结点的网格自动划分。 3）逐渐加密方法。 35 30 25 20 15 10 5 05101520253035
距离(m)距 离 (m) 3. 有限体积网格的划分方法 1） 突变原则。 2） 主要通道边界。 3） 区域逐步加密。
距离(100m) 离距(100m )距离(100m)离距(100m )
4. 边界拟合网格的划分方法 1） 变换函数：在区域内渐变，满足拉普拉斯方程的边值问题。 ),(ηξξξP yy xx =+ ),(ηξηηQ yy xx =+ 2） 导数变化原则。 ?????? ??????=?????? ??????-ηξ1J y x ，???? ??=ηηξξy x y x J 为雅可比矩阵，??? ? ??--=-ηηξξy x y x J J 11， ξηηξy x y x J -= )22(1 222233ηηξηξηηξηξξηηηηηξξηηξξξηξy y x y y y x y y x x y y x y y x y J xx +-+-+-= 同理可得yy ξ，xx η，yy η。 变换方程为 020222=+++-=+++-）（）（ηξηηξηξξηξηηξηξξγβαγβαQy Py J y y y Qx Px J x x x 其中2222,,ξξηξξηηηγβαy x y y x x y x +=+=+=。
在中国CAE论坛上看到这个，挺不错的 壳体单元网格划分时，如果能了解一些网格划分的技巧和策略，将会事半功倍。壳体网格划分可以从3个方面入手：几何模型、划分方法和解决策略。 1 几何模型 可以从以下几个方面了解和处理几何模型问题 （1）了解部件的形状，主要集中在尺寸小的部分。 （2）什么样的特征可以被忽略，例如小的倒角和圆孔。 （3）何种特征对分析是关键的特征，这些特征对确保好的单元质量是需要的。 2 划分方法(自动＋手工） 可以采用如下方法 （1）将部件分割为不同的区域。 （2）每个区域必须有可能只使用一种三维网格模式。 （3）寻找下述特点区域：大量生成区域、对称性区域、产生困难的区域。 （4）寻找大量不同区域和方法。 （5）注意什么样的二维网格模式被要求。 （6）观察周围区域：什么功能可以在那里使用。 （7）二维网格模式是否可以延伸到相邻区域中。 （8）寻找对网格模式不能处理位置进行网格划分的方法：如果这样做了，寻找网格可以触及的曲面；注意周围网格将与此模式相融合。 （9）小特征融入大特征中；大特征划分网格时必须考虑到小特征。 （10）注意网格模式。 3 解决策略 壳体网格划分的主要策略如下 （1）内部特征衔接外部特征： l 不能变成被限制的。 l 网格模式需要一个面流入以便它们可以停止 l 从内到外划分网格可以避免此问题。 （2）小特征融入到大特征中：注意模式、大特征划分网格时必须考虑到小特征。 （3）硬特征应当先处理，否则它们会变得难于处理。 （4）通常情况下首先进行大量的生成，后面的编辑是比较容易的。 某些区域比较重要的网格划分的质量要求高些，如力的作用区域，边界条件所在的区域。一些设计区域和离设计区域比较远的地方可以适当放宽要求，但是最好是一些网格性能指标要满足。
（bi商务智能)Gambit划分搅拌槽网格的步骤
学习软件的练习 参考：《Mixing-WorkshopUGM2003》 硕士论文《涡轮桨搅拌槽内搅拌特性数值模拟研究（张丽娜）》 《Fluent流体计算应用教程》 这是一个自己学习划分结构化与非结构化网格相结合的一个算例。 该算例是一个单轴、圆盘涡轮式搅拌槽的结构，利用Gambit软件对其进行分区、分块处理。Gambit中的设置：建立几何模型——在图纸《同轴搅拌混合器结构尺寸》的基础上修改； 1.圆柱体1：height-4;radius-70;centeredz; 2.圆柱体2：height-22;radius-25;positivez; 3.圆柱体3：height-200;radius-15;positivez; 4.长方体1：width(x)-50;depth(y)-2;height(z)-40;centered; 5.平移长方体1，move-translate-x:75； 6.复制长方体1，得到长方体2、3、4、5、6：copy-5;rotateangle-60; 7.合并上面的所有体，得到轴和桨的几何模型； 8.圆柱体4：height-400;radius-190;centeredz; 9.圆柱体5：height-400;radius-180;centeredz; 10.圆柱体6：height-400;radius-150;centeredz; 11.圆柱体7：height-400;radius-125;centeredz;
12.圆柱体8：height-200;radius-125;centeredz; 13.圆柱体9：height-150;radius-125;centeredz; 14.圆柱体10：height-150;radius-112.5;centeredz; 15.长方体7：width(x)-80;depth(y)-5;height(z)-400;centered; 16.平移长方体7，move-translate-x:165； 17.复制长方体7，得到长方体8、9、10：copy-3;rotateangle-90; 18.Split长方体7、8、9、10：volumes依次选中上述长方体，然后用圆柱体5和6的外圆柱面切割，再把多余的体删除，得到挡板位置的几何模型； 19.挖空最外面的筒体，用圆柱体4减去步骤18中的挡板和步骤7中的轴和桨叶； 20.再依次切割各体，由外到内的顺序去进行体切割split，注意不选中retain项，最后得到8个几何体；然后删除多余出来的几何体，方法是在delete按钮中依次显示各个几何体，把多余的轴和桨叶部分几何体给删除了； 21.创建两个正交垂直的平面，尺寸为：width-400，height-400，zxcentered；利用这两个平面切割split代表最外面筒体的这个几何体，进行4等分；对剩余的（除了包含桨叶部分的第8个体外）的6个几何体，进行2等分；最后删除这两个平面； 22.连接一次所有的几何面，确保没有重合的面存在，再进行一次文件保存的操作； 对上述8个几何体准备并实施网格划分 23.先把动区域部分（包含4个体：上体，中间环体，中间包含轴和桨叶的体，下体）复制并平移出来，再把原来位置上的这一块删除掉，然后再连接一次所有的几何面，保存文件；
有限元网格划分 摘要:总结近十年有限元网格划分技术发展状况。首先,研究和分析有限元网格划分的基本原则；其次,对当前典型网格划分方法进行科学地分类,结合实例,系统地分析各种网格划分方法的机理、特点及其适用范围,如映射法、基于栅格法、节点连元法、拓扑分解法、几何分解法和扫描法等；再次,阐述当前网格划分的研究热点,综述六面体网格和曲面网格划分技术；最后,展望有限元网格划分的发展趋势。 关键词:有限元网格划分；映射法；节点连元法;拓扑分解法；几何分解法；扫描法；六面体网格 1 引言 有限元网格划分是进行有限元数值模拟分析至关重要的一步，它直接影响着后续数值计算分析结果的精确性。网格划分涉及单元的形状及其拓扑类型、单元类型、网格生成器的选择、网格的密度、单元的编号以及几何体素。在有限元数值求解中，单元的等效节点力、刚度矩阵、质量矩阵等均用数值积分生成，连续体单元以及壳、板、梁单元的面内均采用高斯（Gauss）积分，而壳、板、梁单元的厚度方向采用辛普生（Simpson）积分。 2 有限元网格划分的基本原则 有限元方法的基本思想是将结构离散化,即对连续体进行离散化,利用简化几何单元来近似逼近连续体,然后根据变形协调条件综合求解。所以有限元网格的划分一方面要考虑对各物体几何形状的准确描述,另一方面也要考虑变形梯度的准确描述。为正确、合理地建立有限元模型,这里介绍划分网格时应考虑的一些基本原则。 2.1 网格数量
网格数量直接影响计算精度和计算时耗,网格数量增加会提高计算精度,但同时计算时耗也会增加。当网格数量较少时增加网格，计算精度可明显提高,但计算时耗不会有明显增加;当网格数量增加到一定程度后,再继续增加网格时精度提高就很小,而计算时耗却大幅度增加。所以在确定网格数量时应权衡这两个因素综合考虑。 2.2 网格密度 为了适应应力等计算数据的分布特点,在结构不同部位需要采用大小不同的网格。在孔的附近有集中应力,因此网格需要加密;周边应力梯度相对较小,网格划分较稀。由此反映了疏密不同的网格划分原则:在计算数据变化梯度较大的部位,为了较好地反映数据变化规律,需要采用比较密集的网格;而在计算数据变化梯度较小的部位,为减小模型规模,网格则应相对稀疏。 2.3 单元阶次 单元阶次与有限元的计算精度有着密切的关联,单元一般具有线性、二次和三次等形式,其中二次和三次形式的单元称为高阶单元。高阶单元的曲线或曲面边界能够更好地逼近结构的曲线和曲面边界,且高次插值函数可更高精度地逼近复杂场函数,所以增加单元阶次可提高计算精度。但增加单元阶次的同时网格的节点数也会随之增加,在网格数量相同的情况下由高阶单元组成的模型规模相对较大,因此在使用时应权衡考虑计算精度和时耗。 2.4 单元形状 网格单元形状的好坏对计算精度有着很大的影响,单元形状太差的网格甚至会中止计算。单元形状评价一般有以下几个指标: (1)单元的边长比、面积比或体积比以正三角形、正四面体、正六面体为参考基准。 (2)扭曲度:单元面内的扭转和面外的翘曲程度。 (3)节点编号:节点编号对于求解过程中总刚矩阵的带宽和波前因数有较大的影响,从而影响计算时耗和存储容量的大小
BASIC TURBO MODEL WITH UNSTRUCTURED MESH 8. BASIC TURBO MODEL WITH UNSTRUCTURED MESH This tutorial employs a simple turbine blade configuration to illustrate the basic turbo modeling functionality available in GAMBIT. It illustrates the steps and procedures required for importing data that describes the turbo blade, creating a geometric model that describes the flow region surrounding the blade, meshing the model, and exporting the mesh. The example presented here uses 3-D boundary layers to control the shape of the mesh in the regions immediately adjacent to the blade and employs an unstructured hexa-hedral mesh. In this tutorial, you will learn how to: ?Import a turbo data file ?Create a turbo profile ?Modify a turbo profile to affect the shape of a turbo volume ?Create a turbo volume ?Define turbo zones ?Apply 3-D boundary layers to a turbo volume ?Mesh a turbo volume ?View a turbo volume mesh using both 3-D and 2-D perspectives ?Export a turbo volume mesh 8.1 Prerequisites Prior to reading and performing the steps outlined in this tutorial, you should familiarize yourself with the steps, principles, and procedures described in Tutorials 1, 2, 3, and 4. ? Fluent Inc., Mar-06 8-1
网格划分的几种基本处理方法 学习2010-01-10 17:13:52 阅读48 评论0 字号：大中小 贴体坐标法： 贴体坐标是利用曲线坐标，并使其坐标线与燃烧室外形或复杂计算区域边界重合，这样所有边界点能够用网格点来表示，不需要任何插值。一旦贴体坐标生成通过变换，偏微分方程求解可以不在任意形状的物理平面上，而在矩形或矩形的组合（空间问题求解域为长方体或它们的组合）转换平面上进行。这样计算与燃烧室外形无关，也与在物理平面上网格间隔无关。 而是把边界条件复杂的问题转换成一个边界条件简单的问题；这样不仅可避免因燃烧室外形与坐标网格线不一致带来计算误差，而且还可节省计算时间和内存，使流场计算较准确，同时方便求解，较好地解决了复杂形状流动区域的计算，在工程上比较广泛应 用。 区域法： 虽然贴体坐标系可以使坐标线与燃烧室外形相重合，从而解决复杂流动区域计算问题。但有时实际流场是一个复杂的多通道区域，很难用一种网格来模拟，生成单域贴体网格，即使生成了也不能保证网格质量，影响流场数值求解的效果。因此，目前常采用区域法或分区网格，其基本思想是，根据外形特点把复杂的物理域或复杂拓扑结构的网格，分成若干个区域，分别对每个子区域生成拓扑结构简单的网格。由这些子区域组合而成的网格，或结构块网格。对区域进行分区时，若相邻两个子域分离边界是协调对接，称为对接网格；若相邻两子域有相互重叠部分，则此分区网格称为重叠网格。根据实际数值模拟计算的需要，把整个区域（燃烧室）分成几个不同的子区域，并分别生成网格。这样不仅可提高计算精度，而且还可节省计算机内存，提高收敛精度。但是计算时，必须考虑各区域连接边界处耦合以及变量信息及时、准确地传递问题。处理各个区域连接有多种方法，其中一个办法是在求解各变量时各区域可以单独求解若干次而对压力校正方程．设压力校正值在最初迭代时为零，为了保证流量连续各个区域应同时求解，然后对各个速度和压力进行校正。或者采用在两个区域交界处有一个重叠区，两个区域都对重叠区进行计算，重叠区一边区域内的值，要供重叠区另一边区域求解时用。或通过在重叠内建立两个区域坐标对应关系，实现数据在重叠区内及时传递。如果两个区采用网格疏密分布不相同，要求重叠区二边流量相等。区域法能合理解决网格生成问题，已被大量用来计算复杂形状区域流动。 区域分解法： 对于复杂几何形状的实际燃烧装置，为了保证数值求解流场质量，目前常采用区域分解法。该法基本要点是：根据燃烧室形状特点和流场计算需要，把计算区域分成一个主区域和若干个子区域，对各个区域（块）分别建立网格，并对各个区域分别进行数值求解。区域分解原则是尽量使每个子区域边界简便以便于网格建立，各个子区域大小也尽可能相同，使计算负载平衡有利于平行计算。各区域的网格间距数学模型以及计算方法都可以不同，通常在变量变化梯度大的区域，可以布置较细网格，并采用高阶紊流模型和描述复杂反应的紊流燃烧模型，以便更合理模拟实际流场。对于变量变化不太大区域，可采用较疏的网格和较简单的数学模型，这样可节省计算时间。各子区域的解在相邻子区域边界处通过耦合条件来实现光滑，相邻子区域连接重叠网格或对接网格来实现，在各子区域交界处通过插值法提供各子域求解变量的信息传递，满足各子域流场计算要求通量和动量守恒条件以便实现在交界面处各子域流场解的匹配和 耦合，从而取得全流场解。 非结构网格法： 上述各方法所生成的网格均属于结构化网格，其共同特点是网格中各节点排列有序，每个节点与邻点之间关系是固定的，在计算区域内网格线和平面保持连续。特别是其中分区结构网格生成方法已积累了较多经验，计算技术也较成熟，目前被广泛用来构造复杂外形区域内网格。但是，若复杂外形稍有改变，则将需要重新划分区域和构造网格，耗费较多人力和时间。为此，近年来又发展了另一类网格——非结构网格。此类网格的基本特点是：任何空间区域都被以四面体为单元的网格所划分，网格节点不受结构性质限制，能较好地处理边界，每个节点的邻点个数也可不固定，因此易于控制网格单元的大小、形状及网格的位置。与结构网格相比，此类网格具有更大灵活性和对复杂外形适应性。在20世纪80年代末和90年代初，非结构网格得到了迅速发展。生成非结构网格方法主要有三角化方法和推进阵面法两种。虽然非结构网格容易适合复杂外形，但与结构网格相比还存在一些缺点：（1）需要较大内存记忆单元节点之
有限元分析中的网格划分好坏直接关系到模型计算的准确性。本文简述了网格划分应用的基本理论，并以ANSYS限元分析中的网格划分为实例对象，详细讲述了网格划分基本理论及其在工程中的实际应用，具有一定的指导意义。 1 引言 ANSYS有限元网格划分是进行数值模拟分析至关重要的一步，它直接影响着后续数值计算分析结果的精确性。网格划分涉及单元的形状及其拓扑类型、单元类型、网格生成器的选择、网格的密度、单元的编号以及几何体素。从几何表达上讲，梁和杆是相同的，从物理和数值求解上讲则是有区别的。同理，平面应力和平面应变情况设计的单元求解方程也不相同。在有限元数值求解中，单元的等效节点力、刚度矩阵、质量矩阵等均用数值积分生成，连续体单元以及壳、板、梁单元的面内均采用高斯（Gauss）积分，而壳、板、梁单元的厚度方向采用辛普生（Simpson）积分。辛普生积分点的间隔是一定的，沿厚度分成奇数积分点。由于不同单元的刚度矩阵不同，采用数值积分的求解方式不同，因此实际应用中，一定要采用合理的单元来模拟求解。 2 ANSYS网格划分的指导思想 ANSYS网格划分的指导思想是首先进行总体模型规划，包括物理模型的构造、单元类型的选择、网格密度的确定等多方面的内容。在网格划分和初步求解时，做到先简单后复杂，先粗后精，2D单元和3D单元合理搭配使用。为提高求解的效率要充分利用重复与对称等特征，由于工程结构一般具有重复对称或轴对称、镜象对称等特点，采用子结构或对称模型可以提高求解的效率和精度。利用轴对称或子结构时要注意场合，如在进行模态分析、屈曲分析整体求解时，则应采用整体模型，同时选择合理的起点并设置合理的坐标系，可以提高求解的精度和效率，例如，轴对称场合多采用柱坐标系。有限元分析的精度和效率与单元的密度和几何形状有着密切的关系，按照相应的误差准则和网格疏密程度，避免网格的畸形。在网格重划分过程中常采用曲率控制、单元尺寸与数量控制、穿透控制等控制准则。在选用单元时要注意剪力自锁、沙漏和网格扭曲、不可压缩材料的体积自锁等问题 ANSYS软件平台提供了网格映射划分和自由适应划分的策略。映射划分用于曲线、曲面、实体的网格划分方法，可使用三角形、四边形、四面体、五面体和六面体，通过指定单元边长、网格数量等参数对网格进行严格控制，映射划分只用于规则的几何图素，对于裁剪曲面或者空间自由曲面等复杂几何体则难以控制。自由网格划分用于空间自由曲面和复杂实体，采用三角形、四边形、四面体进行划分，采用网格数量、边长及曲率来控制网格的质量。 3 ANSYS网格划分基本原则 3.1 网格数量 网格数量的多少将影响计算结果的精度和计算规模的大小。一般来讲，网格数量增加，计算精度会有所提高，但同时计算规模也会增加，所以在确定网格数量时应权衡两个因数综合考虑。
Gambit网格划分，交界面的的处理 2010-08-12 14:40 我们简单说分块划分网格，如果不定义边界,gambit会默认为interior。 interior是公共面(两个"体"共用) interface是接触面(两个面,分别属于不同的"体")：interface是处理滑移网格，静止部分与滑动部分的交接,也用于流体与固体耦合的时候用;还可以用来连接粗细不同的网格体。 若用split剖分体时，要选择“connected”选项，否则FLUENT会将交界面默认为壁面（wall）。 两个体的交界面重合的部分需要有流体流通，即不能用wall处理。这种情况有两种解决办法。 1：交界面重合部位有两个面，一个属于A，一个属于B，然后分别定义为interface(如名称为interface1和interface2),这两个面的网格不需要一致，然后到fluent里define/grid interface里将两个交界面create成一个。 2：（交界面必须一样大小）在gambit中选择geometry/face/connect faces 命令，激活virtual（Tolerance），激活T—Junctions，选择两个体的交界面，点击Apply。两个体的重合面线条颜色为粉红色，OK。然后可以进行体的网格划分。这样两个体的交界面重合部分网格一致，默认为interior，允许流体通过。 下面是CFD-Online上的一些说法，仅供参考。 the interface condition is needed for connecting different grid in a model, non matching interface, sliding mesh interface, and so on. Sliding mesh interface : use in the sliding mesh model, one part of the mesh will move regarding to the other. Different grid interface : for connecting different kind of grid without transition. for exemple, hexa with tetra without pyramidal element. Fluent interpolate the result a mesh interface from one grid to the other. Non matching interface : grid with diferent shape and/or with different position of their nodes. If you have the fluent tutorials take a look at the film cooling exemple. the interior condition is usefull if you have surfaces in you model which are part of the fluid. If you don't use interior condition gambit
Gambit网格划分 一、Gambit的操作界面 (2) 二、二维建模 (5) （一）计算域的确立 (5) （二）创建点（vertex） (5) （三）线的创建（Line） (8) （四）面（Face）的创建 (9) 三、网格的划分 (10) （一）边界层网格的创建 (10) （二）创建边上的网格点数 (11) （三）划分面的网格 (12) （四）边界的定义 (14) （五）保存和输出 (15) 四、三维建模 (16) （一）三视图的使用 (16) （二）基本三维模型的建立 (17) （三）引入CAD图形 (21) 五、二维轴对称维多辛斯基曲线喷嘴 (22) （一）在Autocad中创建维多辛斯基曲线 (22) （二）输出为ACIS的.sat文件 (22) （三）在gambit 中输入.sat文件 (22) （五）划分网格 (23) （六）定义边界条件 (24) 六、三维双孔喷嘴 (26) （一）创建几何体 (26) （二）重新划分几何体 (28) （三）划分网格 (29)
一、Gambit的操作界面 网格的划分使用Gambit软件，首先要启动Gambit，在Dos下输入Gambit
ANSYS WORKBENCH中提供了对于网格划分的几种方法，为了便于说明问题，我们首先创建一个简单的模型，然后分别使用几种网格划分方法对之划分网格，从而考察各种划分方法的特点。 1. 创建一个网格划分系统。 2. 创建一个变截面轴。 先把一个直径为20mm的圆拉伸30mm成为一个圆柱体 再以上述圆柱体的右端面为基础，创建一个直径为26mm的圆，拉伸30mm得到第二个圆柱体。对小圆柱的端面倒角2mm。 退出DM. 3.进入网格划分程序，并设定网格划分方法。 双击mesh进入到网格划分程序。 下面分别考察各种网格划分方法的特点。 （1）用扫掠网格划分。 对整个构件使用sweep方式划分网格。 结果失败。 该方法只能针对规则的形体（只有单一的源面和目标面）进行网格划分。 （2）使用多域扫掠型网格划分。 结果如下 可见ANSYS把该构件自动分成了多个规则区域，而对每一个区域使用扫略网格划分，得到了很规则的六面体网格。这是最合适的网格划分方法。 （3）使用四面体网格划分方法。
使用四面体网格划分，且使用patch conforming算法。 可见，该方式得到的网格都是四面体网格。且在倒角处网格比较细密。 其内部单元如下图（这里剖开了一个截面） 使用四面体网格划分，但是使用patch independent算法。忽略细节。 、 网格划分结果如下图 此时得到的仍旧是四面体网格，但是倒角处并没有特别处理。 （4）使用自动网格划分方法。 得到的结果如下图 该方法实际上是在四面体网格和扫掠网格之间自动切换。当能够扫掠时，就用扫掠网格划分；当不能用扫掠网格划分时，就用四面体。这里不能用扫掠网格，所以使用了四面体网格。（5）使用六面体主导的网格划分方法。 得到的结果如下 该方法在表面用六面体单元，而在内部也尽量用六面体单元，当无法用六面体单元时，就用四面体单元填充。由于四面体单元相对较差，所以它比较能够保证表面的单元质量。 总体来说，对于空间物体而言，我们应当尽量使用六面体网格。 当对象是一个简单的规则体时，使用扫掠网格划分是合适的； 当对象是对个简单的规则体组成时，使用多域扫掠网格划分是合适的； 接着尽量使用六面体主导的方式，它会在外层形成六面体网格，而在心部填充四面体网格。四面体网格是最后的选择。其中 如果要忽略一些小细节，如倒角，小孔等，则使用patch independent算法; 如果要要考虑一些小细节，则使用patch conforming算法。
如何检查网格质量，用什么指标来说明网格好不好呢？怎么控制？ 一般是什么原因造成的? 一般也就是，网格的角度，网格变形的梯度等等吧 判断网格质量的方面有很多，不知你用的是什么软件，下面总结的是针对Gambit帮助文件的简单归纳，不同的软件有不同的评价单元质量的指标，使用 时最好仔细阅读帮助文件。 Area单元面积，适用于2D单元，较为基本的单元质量特征。 Aspect Ratio长宽比，不同的网格单元有不同的计算方法，等于1是最好的 单元，如正三角形，正四边形，正四面体，正六面体等；一般情况下不要超过5：1. Diagonal Ratio对角线之比，仅适用于四边形和六面体单元，默认是大于或 等于1的，该值越高，说明单元越不规则，最好等于1，也就是正四边形或正六 面体。 Edge Ratio长边与最短边长度之比，大于或等于1，最好等于1，解释同上。 EquiAngle Skew通过单元夹角计算的歪斜度，在0到1之间，0为质量最好， 1为质量最差。最好是要控制在0到0.4之间。 EquiSize Skew通过单元大小计算的歪斜度，在0到1之间，0为质量最好，1为质量最差。2D质量好的单元该值最好在0.1以内，3D单元在0.4以内。 MidAngle Skew通过单元边中点连线夹角计算的歪斜度，仅适用于四边形和 六面体单元，在0到1之间，0为质量最好，1为质量最差。 Size Change相邻单元大小之比，仅适用于3D单元，最好控制在2以内。 Stretch伸展度。通过单元的对角线长度与边长计算出来的，仅适用于四边 形和六面体单元，在0到1之间，0为质量最好，1为质量最差。 Taper锥度。仅适用于四边形和六面体单元，在0到1之间，0为质量最好， 1为质量最差。 Volume单元体积，仅适用于3D单元，划分网格时应避免出现负体积。 Warpage翘曲。仅适用于四边形和六面体单元，在0到1之间，0为质量最好，1为质量最差。 另外，在Fluent中的窗口键入：grid quality 然后回车，Fluent能检查网格的 质量，主要有以下三个指标： 1.Maxium cell squish: 如果该值等于1，表示得到了很坏的单元； 2.Maxium cell skewness: 该值在0到1之间，0表示最好，1表示最坏； 3.Maxium 'aspect-ratio': 1表示最好。