03 AM_12_Chapter 2

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第二章ANSYS网格划分简介概述Training Manual •ANSYS Meshing 简介•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3D2D•作业2.1–多体部件的自动网格划分–程序化控制膨胀–CFXCFX 或FLUENT的网格转换Workbench 向导原则Training Manual 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: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•:理系统自适应结构适应用户程序的开放系统•:–CAD neutral, meshing neutral, solver neutral, 等.什么是“ANSYS 网格划分应用程序”?Training Manual •ANSYS 集成了行业内最好的源程序:ANSYS–ICEM CFD–TGrid–GAMBIT–CFX–ANSYS Prep/Post–等ANSYS网格划分应用程序概述Training Manualg•Workbench中ANSYS 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:–FEA SimulationsFEA Simulations•结构动力学分析•显示动力学分析–AUTODYN–ANSYS LS DYNA•电磁分析–CFD 分析•ANSYS CFX•ANSYS FLUENTTraining Manual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(非结构化网格)(通常为结构化网格)(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)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Training Manual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网格详述Training Manual •效率–(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/要在分析精度和资源使用方面进行平衡。

网格详述Training Manual •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(mesh metrics*)。

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.00250250500500800800950950980981000-0.25 0.25-0.50 0.50-0.80 0.80-0.95 0.95-0.98 0.98-1.00Excellent very good good acceptable bad Unacceptable *更多检查网格的信息在培训讲稿的附录文件中。

网格详述Training Manual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。

ANSYS 网格应用程序提供了提高网格质量的工具。

Introduction to the ANSYS Meshing ApplicationFEA 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Training Manual– 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 – 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) )2-11Introduction to the ANSYS Meshing ApplicationCFD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.Training Manual– 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 致较大的 格数 常数 的单– 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)2-12Introduction to the ANSYS Meshing Application网格类型Training Manual• 四面体网格和四面体/棱柱混合网格2-13Introduction to the ANSYS Meshing Application网格类型 • 六面体网格Training Manual2-14Introduction to the ANSYS Meshing Application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Training Manual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2-15Introduction to the ANSYS Meshing Application网格类型 • 四面体网格Training Manual2) 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x2-16Introduction to the ANSYS Meshing Application网格类型 • 四面体网格Training Manual3) 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)2-17Introduction to the ANSYS Meshing Application网格类型 • 六面体网格–Training Manual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2-18Introduction to the ANSYS Meshing Application网格类型Training Manual• 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)2-19Introduction to the ANSYS Meshing Application网格类型 • 六面体网格– –• •Training Manual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2-20Introduction to the ANSYS Meshing ApplicationANSYS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 单个部件的体的网格匹配或一致 或 致Training Manual• 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2-21Introduction to the ANSYS Meshing Application3D 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 • Patch Conforming • Patch Independent– (ICEM CFD Tetra algorithm)Training Manual– – – –扫掠划分 多区 六面体支配的 CFX-网格 CFX 网格2-22Introduction to the ANSYS Meshing Application2D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Training Manual2-23Introduction to the ANSYS Meshing ApplicationPatch Conforming 四面体• Patch Conforming 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Training Manual单元形状四面体网格 棱锥 棱柱四面 体扫掠网格2-24Introduction to the ANSYS Meshing ApplicationPatch Independent四面体• Patch Independent (ICEM CFD Tetra)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 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 ANSYS Meshing Application可以非常方便的生成四面体网格 ANSYS M hi A li ti 标准的网格尺寸控制 Meshing Application Tetra 部分也有膨胀应用Training Manual单元形状粗糙网格,忽略表面模型细节 处棱锥棱柱四面 体CFD膨胀层应用2-25Introduction to the ANSYS Meshing ApplicationSweep 法• • • • 生成六面体或棱柱 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体分成2部分来扫掠划分网格Training Manual挤压件可用扫掠网 格划分单元形状棱柱六面体允许CFD膨胀层(边界层识别) 允许C 膨胀层(边界层识别)2-26Introduction to the ANSYS Meshing Application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 • 部件厚度方向划分为多个单元Training Manual2-27Introduction to the ANSYS Meshing Application自动划分法Training Manual• 自动设置四面体或扫掠网格划分, 取决于体是否可扫掠。