workbench網格劃分

1、Training Manual網格劃分Training ManualANSYS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModeler網格的節(jié)點和單元參與有限元求解網格的節(jié)點和單元參與有限元求解 對實體模型進行網格劃分，結果網格在矩陣方程中求解。對實體模型進行網格劃分，結果網格在矩陣方程中求解。 在求解開始，自動生成默認的網格。在求解開始，自動生成默認的網格。 用戶可以預覽網格，檢查是否滿足要求。用戶可以預覽網格，檢查是否滿足要求。Model shown is from a sample Inventor assembly.Traini

2、ng ManualANSYS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModeler用戶需要權衡計算成本和網格劃分份數之間的矛盾。用戶需要權衡計算成本和網格劃分份數之間的矛盾。 細密的網格可以使結果更精確，但是會增加細密的網格可以使結果更精確，但是會增加CPU計算時間和需要計算時間和需要更大的存儲空間。更大的存儲空間。 在理想情況下，用戶需要的網格密度是結果不再隨網格的加密而在理想情況下，用戶需要的網格密度是結果不再隨網格的加密而改變的密度（例如，當網格細化后解沒有什么改變）。改變的密度（例如，當網格細化后解沒有什么改變）。 收斂控制（

3、稍后討論）可以達到這樣的目的收斂控制（稍后討論）可以達到這樣的目的 但是，細化網格不能彌補不準確的假設和輸入引起的錯誤。但是，細化網格不能彌補不準確的假設和輸入引起的錯誤。Training ManualANSYS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModeler基本的網格控制可以在基本的網格控制可以在“Mesh” 分支下操作分支下操作 當當“Global Controls” 為為“Basic” (默認默認)時時,用戶可以用戶可以通過滑移塊進行控制通過滑移塊進行控制 。 “Relevance” 可以設置在可以設置在 100 和和 +

4、100之間之間 網格劃分傾向于高速度（網格劃分傾向于高速度（-100）和高精度（）和高精度（+100） 默認的默認的 Relevance值是值是0，但可以通過，但可以通過“Tools Control Panel Meshing: Relevance”改變值。改變值。Relevance = -100Nodes: 9968Elements: 5808Relevance = 0Nodes: 19040Elements: 10909Relevance = +100Nodes: 40764Elements: 24687Training ManualANSYS Workbench - DesignMode

5、lerANSYS Workbench - DesignModeler用戶可以變?yōu)橛脩艨梢宰優(yōu)?“Advanced” 整體網格控制整體網格控制向用戶提供了五種控制選項向用戶提供了五種控制選項: “Element Size” 定義了平均的單元邊的長度定義了平均的單元邊的長度 一種方法是通過一種方法是通過“edge”選擇器選取具有代表性的邊（像筋板的厚選擇器選取具有代表性的邊（像筋板的厚度）進行控制。度）進行控制?！癈urv/Proximity” 使使DS可以定義單元之間的有更加相近的曲率可以定義單元之間的有更加相近的曲率 并且并且更加接近。更加接近。 設定滑塊從設定滑塊從100 到到 +100 ，

6、如果單元尺寸靠近左邊的，如果單元尺寸靠近左邊的“Default”， “Curv/Proximity” 的作用和的作用和“Relevance” 相同。相同。 線的線的“Proximity”僅僅對可掃掠體有效或者是加入僅僅對可掃掠體有效或者是加入“Part Proximity”分支后分支后 “Shape Checking” 用于對單元質量的檢驗。用于對單元質量的檢驗。 對于線性分析，用對于線性分析，用 “Standard” 就可以。對于非線性分析和場分就可以。對于非線性分析和場分析，需要嚴格的檢驗析，需要嚴格的檢驗(“Aggressive”)。Training ManualANSYS Workbe

7、nch - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModeler向用戶提供了五種控制選項向用戶提供了五種控制選項(續(xù)續(xù)): “Solid Element Order”允許用戶建立允許用戶建立 低階和低階和 (default) 實體單元之間的連接。實體單元之間的連接。 單元默認是高階單元默認是高階 不允許在結構分析時使用低階四面體單元因為它會不允許在結構分析時使用低階四面體單元因為它會導致常應變（剛化）。在使用導致常應變（剛化）。在使用“Hex-Dominant meshing ”時不能使用低階實體單元進行結構和熱分時不能使用低階實體單元進行結構和熱分析因為不

8、支持金字塔形單元。析因為不支持金字塔形單元。 不支持形狀優(yōu)化分析不支持形狀優(yōu)化分析 “Initial Size Seed” 控制網格基準控制網格基準Part-Based Mesh SeedingNodes: 52,484Elements: 19,816(Mesh seeding is based on parts, so less uniform between parts)Assembly-Based Mesh SeedingNodes: 13,001Elements: 5,666(Mesh seeding is more uniform between parts)Training Man

9、ualANSYS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModeler“Method”選項可以提供選擇選項可以提供選擇實體劃分的方法：實體劃分的方法：“Auto Sweep if Possible”:采用采用六面體單元或者楔形單元對實體六面體單元或者楔形單元對實體進行掃略；進行掃略；“All Tetrahedrons”:對所有實體對所有實體采用四面體單元劃分；采用四面體單元劃分；“Hex Dominant”:主要采用六面主要采用六面體單元劃分，但是包含少量的金體單元劃分，但是包含少量的金字塔單元和四面體單元（字塔單元和四面體單元（ 僅

10、對僅對ANSYS Structural licenses或者或者更高有效）；更高有效）；Training ManualANSYS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModeler掃略劃分：掃略劃分：可以掃略的實體劃分后具有的是六面體單元（也可能包含楔形單元），可以掃略的實體劃分后具有的是六面體單元（也可能包含楔形單元），其他實體采用四面體單元劃分；其他實體采用四面體單元劃分；掃略劃分要求實體在某一方向上具有相同的拓撲結構；掃略劃分要求實體在某一方向上具有相同的拓撲結構；在在“Mesh” 分支上點擊右鍵選擇分支上點擊右鍵選擇“sho

11、w sweepable bodies”可以看到能夠可以看到能夠采用掃略劃分的體，此時該體被選中；采用掃略劃分的體，此時該體被選中；For model shown on right, the solid body in middle is swept-meshed with hexahedral (and pentahedral) elements, whereas other volumes are meshed with tetrahedral elements.Training ManualANSYS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - D

12、esignModelerPart Relevance 允許控制部件網格允許控制部件網格 “Part Relevance” 和和 “Basic” 整體控制類似整體控制類似,但它但它僅針對所選部件僅針對所選部件 可用滑塊設置可用滑塊設置“Relevance” (-100 to +100)Part Relevance=+100Part Relevance=-100Training ManualANSYS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModeler “Sizing”允許設置局部單元大小允許設置局部單元大小 可以設置單元平均大小可以設

13、置單元平均大小, 作用大小作用大小, 或每邊的單元數目或每邊的單元數目 “Element Size” 設置單元平均邊長設置單元平均邊長 “Number of Divisions” 設定邊上的單元數目設定邊上的單元數目 “Sphere of Influence” 設定控制單元平均大小的范圍設定控制單元平均大小的范圍Sizing 設定局部網格密度。設定局部網格密度。 可選選項見上可選選項見上EntityElement Size# of Elem. DivisionSphere of InfluenceBodiesxxFacesxxEdgesxxxVerticesxTraining ManualAN

14、SYS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModeler采用紅色顯示的作用范圍（采用紅色顯示的作用范圍（“Sphere of Influence” ）如）如圖所示，在這個區(qū)域內的單元圖所示，在這個區(qū)域內的單元將采用給定的平均尺寸。將采用給定的平均尺寸。Scoped to single surfaceScoped to 3 surfaces 球體的中心坐標采用的是局球體的中心坐標采用的是局部坐標系；部坐標系； 所有包含在球域內的實體單所有包含在球域內的實體單元網格尺寸按給定尺寸劃分；元網格尺寸按給定尺寸劃分；Training Man

15、ualANSYS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModeler“Contact Sizing”允許在接觸面上產生大小一允許在接觸面上產生大小一致的單元致的單元 接觸面定義了零件間的相互作用，在接觸面上接觸面定義了零件間的相互作用，在接觸面上采用相同的網格密度對分析有利采用相同的網格密度對分析有利 在接觸區(qū)域可以設定在接觸區(qū)域可以設定“Element Size”或或or “Relevance”In this example, the contact region between the two parts has a Conta

16、ct Sizing specified (by Element Size). Note that the mesh is now consistent at the contact region.Training ManualANSYS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModeler可以對已經劃分的網格進行單元細化可以對已經劃分的網格進行單元細化 盡管用戶很清楚，先進行整體和局部網盡管用戶很清楚，先進行整體和局部網格控制，然格控制，然 后對被選的邊、面進行網格細化。后對被選的邊、面進行網格細化。 推薦使用推薦使用“1“級別細化。

17、這使單元邊界級別細化。這使單元邊界劃分為初始單元邊界的一半。劃分為初始單元邊界的一半。 在生成粗網格后，網格細化的得到更加密在生成粗網格后，網格細化的得到更加密的網格的簡易方法。的網格的簡易方法。如圖所示，左邊的進行了如圖所示，左邊的進行了1級別的細化，級別的細化，然而右邊仍保持原來的默認網格。然而右邊仍保持原來的默認網格。注意，如果原有的網格不是一致的，細化注意，如果原有的網格不是一致的，細化后的網格也不是一致的，細化后的網格是后的網格也不是一致的，細化后的網格是原來的一半。原來的一半。Training ManualANSYS Workbench - DesignModelerANSYS W

18、orkbench - DesignModeler下面討論使用尺寸控制和細化控制的區(qū)別下面討論使用尺寸控制和細化控制的區(qū)別 尺寸控制在劃分前先給出網格單元的平均單元長度。通常來說，在尺寸控制在劃分前先給出網格單元的平均單元長度。通常來說，在定義的幾何體上可以產生一致的網格，網格過渡平滑。定義的幾何體上可以產生一致的網格，網格過渡平滑。 細化是打破原來的網格劃分。如有原來的網格不是一致的，細化后細化是打破原來的網格劃分。如有原來的網格不是一致的，細化后的網格也不是一致的。盡管對單元的過渡進行平滑處理，但是細化的網格也不是一致的。盡管對單元的過渡進行平滑處理，但是細化仍導致不平滑的過渡。仍導致不平滑

19、的過渡。 在同一個表面進行尺寸和細化定義。在網格初始劃分時，首先應有在同一個表面進行尺寸和細化定義。在網格初始劃分時，首先應有尺寸控制，然后在進行第二步的細化。尺寸控制，然后在進行第二步的細化。Training ManualANSYS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModeler映射面網格劃分允許在面上生成結構網格：映射面網格劃分允許在面上生成結構網格： 下面例子，對內圓柱面進行映射網格劃分可以得到很下面例子，對內圓柱面進行映射網格劃分可以得到很 一致的網格。這樣對計算求解有益。一致的網格。這樣對計算求解有益。 如果因為某些原

20、因不能進行映射面網格劃分，網格劃如果因為某些原因不能進行映射面網格劃分，網格劃分仍將繼續(xù)，這時將在分仍將繼續(xù)，這時將在Outline Tree 上出現標志：上出現標志：Training ManualANSYS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModeler對對surface可以進行四邊形和三角形映射網格劃分?？梢赃M行四邊形和三角形映射網格劃分。 Surface可以劃分四邊形或是三角形網格。（不推薦使用三角形殼體可以劃分四邊形或是三角形網格。（不推薦使用三角形殼體單元，這樣會影響結果精度）單元，這樣會影響結果精度）Training

21、 ManualANSYS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModeler對稱面上網格一致有利于典型的旋轉機械的旋轉對稱對稱面上網格一致有利于典型的旋轉機械的旋轉對稱分析分析因為旋轉對稱所使用的約束方程其連接的截面上節(jié)點因為旋轉對稱所使用的約束方程其連接的截面上節(jié)點的位置除偏移外必須一致（見下）的位置除偏移外必須一致（見下）Cut BoundariesFull ModelCyclic Symmetry ModelMatched FacesTraining ManualANSYS Workbench - DesignModelerA

22、NSYS Workbench - DesignModeler步驟步驟: 在在“Mesh branch”中插入中插入 “Match Face Meshing”控制控制 確定對稱邊界的表面確定對稱邊界的表面 確定坐標系確定坐標系 (Z 軸為旋轉軸軸為旋轉軸)Rotation CSTraining ManualANSYS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModelerAdvanced Meshing Module 高級網格劃分模塊介紹高級網格劃分模塊介紹: hex-dominant網格算法先生成一個平面網格，經過向內拖拉形成塊網格算法

23、先生成一個平面網格，經過向內拖拉形成塊/錐。再在內部添加錐形四面體單元。這種外面上六面體單元，里面錐。再在內部添加錐形四面體單元。這種外面上六面體單元，里面是四面體單元的計算結果很好。是四面體單元的計算結果很好。 注意，在注意，在“Element Shape” 分支只有相應的分支只有相應的licenses（ ANSYS Structural license以上）才能使用以上）才能使用Advanced Meshing Module. 如果體不能進行如果體不能進行hex-dominant劃分，劃分， “Control Messages” 將給出警告。將給出警告。Training ManualANS

24、YS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModelerhex-dominant 網格劃分例子網格劃分例子: 10,918 brick (39%) 6,289 tetra (23%) 907 wedges (3%) 9,631 pyramids (35%)Training ManualANSYS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModeler在某些情況下，針對在某些情況下，針對hex-dominant 網格劃分可以用網格劃分可以用 FE Modeler來確定可能的退化

25、單元數目來確定可能的退化單元數目Select the top-most “Project” tab. Open an Environment in FE ModelerSelecting “Element Types” on the left menu provides a listing of the number of tetra, penta, hexa, and wedge elements present in the model.The user can also see where these elements are in the mesh.Training ManualANS

26、YS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModelerPart Proximity 設置會影響網格密度的鄰近的小線段設置會影響網格密度的鄰近的小線段 對薄壁零件和特征區(qū)域很近的零件非常有用對薄壁零件和特征區(qū)域很近的零件非常有用 掃掠體總是打開掃掠體總是打開Proximity 程度由總體程度由總體 “Relevance” or “Curv/Proximity”設置設置Default MeshDefault Mesh w/ Part ProximityTraining ManualANSYS Workbench - DesignMod

27、elerANSYS Workbench - DesignModeler如果進行網格劃分不能生成合適形狀的單元，就將生成如果進行網格劃分不能生成合適形狀的單元，就將生成error信息：信息： 在屏幕上有問題的幾何體會顯示出來，在在屏幕上有問題的幾何體會顯示出來，在a named selection group 將將生成生成“Problematic Geometry”。這要用戶可以看見模型。這要用戶可以看見模型。Training ManualANSYS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModeler在在 “ Tools menu O

28、ptions Simulation: Meshing,” 可以設置可以設置有些默認值有些默認值 設置設置 “Unmeshable Areas” 為為 “Show All Failed” 允許用戶改變網格允許用戶改變網格劃分的狀態(tài)，如果有問題幾何體，劃分的狀態(tài)，如果有問題幾何體，mesher會找出所有劃分失敗的問會找出所有劃分失敗的問題幾何體，而不是在找到第一個后就停止。題幾何體，而不是在找到第一個后就停止。Training ManualANSYS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModeler引起網格失效可能原因：引起網格失效可

29、能原因： 在在surface上的尺寸控制不協調上的尺寸控制不協調, 這樣可以導致畸形單元出現。這樣可以導致畸形單元出現。 有問題的有問題的CAD幾何模型，例如有小的縫隙和是卷曲的面幾何模型，例如有小的縫隙和是卷曲的面 太嚴格的形狀檢查太嚴格的形狀檢查 (設置設置“Aggressive”)可以避免網格劃分失敗的方法可以避免網格劃分失敗的方法: 對幾何體定義更多的合理單元尺寸控制對幾何體定義更多的合理單元尺寸控制 定義更小的尺寸控制，生成形狀規(guī)則的單元。定義更小的尺寸控制，生成形狀規(guī)則的單元。 在在CAD系統(tǒng)中，利用系統(tǒng)中，利用hidden line 刪除可見的縫或是不想要的體。刪除可見的縫或是不

30、想要的體。 利用利用 virtual cells 連接縫和小面。連接縫和小面。這樣的選項在下面介紹這樣的選項在下面介紹Training ManualANSYS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModeler 虛拓撲允許用戶合并面，為了更好的進行網格劃分虛拓撲允許用戶合并面，為了更好的進行網格劃分 “Virtual Topology” 分支在默認時沒有，可以在分支在默認時沒有，可以在“Model” 分支中的分支中的Context Toolbar 添加添加 “Virtual Cell”就是用多個相鄰的面定義的面就是用多個相鄰的面定義

31、的面 。先選擇面，在加。先選擇面，在加 “Virtual Cell” 為了進行網格劃分，為了進行網格劃分，Virtual cells 可以把縫的面合并到一個大的面中?？梢园芽p的面合并到一個大的面中。小的縫可能不能執(zhí)行網格密度劃分，可能導致網格劃分失敗。小的縫可能不能執(zhí)行網格密度劃分，可能導致網格劃分失敗。 屬于屬于virtual cell的原始面上的內部線，不再影響網格劃分。所以劃分的原始面上的內部線，不再影響網格劃分。所以劃分這樣的拓撲結構可能和原始幾何體會有不同。這樣的拓撲結構可能和原始幾何體會有不同。 對于其他操作（例如加載）個別的面就不在被承認，這時用對于其他操作（例如加載）個別的面就

32、不在被承認，這時用virtual cell 代替。代替。Training ManualANSYS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModeler當生成當生成virtual cells,要先選面，再將其加入一個要先選面，再將其加入一個virtual cell: 不能首先加不能首先加virtual cell ，因為，因為DS要檢測要合并的面，看其能否完成要檢測要合并的面，看其能否完成這個程序。這個程序。 只有只有DS確定面能合并，新的確定面能合并，新的Virtual Cell 分支才會生成。分支才會生成。 當加入當加入virtual

33、 cell，其中元素就不能改變，其中元素就不能改變 具體可以看具體可以看 “Geometry” 成灰色（不可修改）成灰色（不可修改） 在定義在定義virtual cell 之前要對面進行評估，之前要對面進行評估， 那么在此之后面就不能再改變那么在此之后面就不能再改變 如果需要改變，應該刪除已經存在的分支，如果需要改變，應該刪除已經存在的分支， 選擇新的面再重新建立選擇新的面再重新建立 有有”Virtual Topology”的的“Model”分支不能被復制或拷貝。分支不能被復制或拷貝。Training ManualANSYS Workbench - DesignModelerANSYS Workbench - DesignModeler考慮下面的例子考慮下面的例子:在斜面上生成很密在斜面上生成很密的網格的網格生成一個有兩個面（生成一個有兩個面（top surface和和chamfer surface）組成的組成的Virtual cell (red) 。原有的模型有一個非常小原有的模型有一個非常小的圓柱面，形成一個斜面的圓柱面，形成一個斜面。結果網格不再由結果網格不再由小特征決