ANSYS Workbench Mesh网格划分(自己总结)

Workbench Mesh网格划分分析步骤

网格划分工具平台就是为ANSYS软件的不同物理场和求解器提供相应的网格文件，Workbench中集成了很多网格划分软件/应用程序，有ICEM CFD，TGrid，CFX，GAMBIT，ANSYS Prep/Post等。网格文件有两类： ①有限元分析（FEM）的结构网格：

结构动力学分析，电磁场仿真，显示动力学分析（AUTODYN，ANSYS LS DYNA）；

②计算流体力学（CFD 分析）分析的网格：用于ANSYS CFX，ANSYS FLUENT，Polyflow；

这两类网格的具体要求如下：

（1）结构网格：

①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； ②大部分可划分为四面体网格，但六面体单元仍然是首选；

③有些显示有限元求解器需要六面体网格；

④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）CFD网格：

①细化网格来捕捉关心的梯度，例如速度、压力、温度等；

②由于是流体分析，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；

③大部分可划分为四面体网格，但六面体单元仍然是首选，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。

④CFD网格的四面体单元通常是一阶的（单元边上不包含中节点） 一般而言，针对不同分析类型有不同的网格划分要求： ①结构分析：使用高阶单元划分较为粗糙的网格；

②CFD：好的，平滑过渡的网格，边界层转化（不同CFD 求解器也有不同的要求）；

③显示动力学分析：需要均匀尺寸的网格；

注：上面的几项分别对应Advanced中的Element Midside Nodes，以及Sizeing中的

Relevance Center，Smoothing，Transition。

网格划分的目的是对CFD (流体) 和FEM (结构) 模型实现离散化，把求解域分解成可得到精确解的适当数量的单元。

用户需要权衡计算成本和网格划分份数之间的矛盾。细密的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，特别是有些不必要的细节会大大增加分析需求。而有些地方，如复杂应力梯度区域，这些区域需要高密度的网格，如下图所示。一般而言，我们需要特别留意几何体中物理量变化特别大的区域，这些地方的网格需要划分得细密一些！

在理想情况下，用户需要的网格密度是结果不再随网格的加密而改变的密度（例如，当网格细化后解没有什么改变），收敛控制可以达到这样的目的。注意：细化网格不能弥补模型不准确的假设和输入引起的错误。

网格划分的好坏对后面的求解有十分重要的影响，上图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。

下面是几种典型网格的形状示意图，其中“四面体网格”和“六面体网格”是主要类型：

（1）四面体网格：

①可以快速地、自动地生成，并适合于复杂几何。如选用网格划分方法中的Automatic，对于一般几何体外形不那么规整，难以被Sweep，因此很难生成六面体网格，这时选用Automatic方法能快速生成四面体网格；

②有等向细化特点，如为捕捉一个方向的梯度，网格将在所有的三个方向细化，这会导致网格数量迅速上升；

③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）六面体网格：

①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。如流体分析中，同样的求解精度，六面体节点数少于四面体网格的一半。

②对任意几何体，由于其外形通常不是很规整，难以被Sweep，因此要想得到高质高效的六面体网格，需要许多步骤。如在ICEM CFD中划分六面体网格就比较费时，需要对几何体进行切割，如下图所示：

但对许多简单几何，用Sweep方法是生成六面体网格的一种简单方式，具体可以选用的划分方法是Sweep和Multizone。

注意点1：多体部件“接触面”的网格匹配的问题：

在Ansys中，有时候往往需要分析比较复杂的装配体，在Design Modeler中可以将某些零件先组成一个多体部件（Multi-Body Part，实体-Body，部件-Part），即一个Part下面含有多个Body，一旦形成多体部件后，之前相互独立的这些Bodies在后面的设计仿真中就能拓扑共享，在Mesh

中就表现

为它们接触面上的网格是相互匹配的，不像它们相互独立时划分网格是相互间没有任何关联。这个功能是DM的亮点，区别于其他CAD画图软件。

但我们一般画图是在其他CAD软件中完成，不再DM中。那如果是在Solidworks中先画了一个单一几何体，如下图中的一个T型部件（命名为T台），然后将其用“分割”命令划分成两部分，之后导入Workbench中，在Design Modeler中我们看到其被组成了一个多体部件，1Parts，2Bodies：

在Mesh中我们知道，对于一个多体部件其划分网格时有如下特点： ①每一个实体-Body，都独立划分网格，但在实体间的关联仍旧被保留；

②实体间结点能够共享，意味着两个实体间的接触区网格是连续的。其网格效果就将这些不同的Bodies用布尔操作变成一个Body后划分网格一样，但实际上它们是无接触的，即没有成为单个Body，不同Bodies间仍旧相互独立；

③一个多体部件体可以由不同的材料组成；

但是我们实际上将上图所示的部件直接导入Mesh中划分网格之后的结果如下图所示：

发现两部分实体之间的网格并不连续，这也就是说实际上它们并没有形成一个多体部件，而是两个实体（Body）都各自单独地划分网格，它们在接触处的结点位置也不一样，不共享。 为什么？

我们需要在DM中将该几何体重新组成一次多体部件，如下图所示，在DM中先将几何体Explode Part，每个Body都独立，变成2Parts，2Bodies：

然后再一次From New Part，重新变成一个多体部件，1Pat，2Bodies：

之后再在Mesh中划分网格，会发现两个Bodies间的网格匹配了：

造成这个的原因可能使Solidworks中的多体部件和DM中的多体部件不匹配，必须要在DM中重新进行一次多体部件的组成操作！如果是在DM中直接画几何体，不会出现该问题。

那要是我在SW中画的是一个装配体，不像上面例子是先画一个单体，然后再“分割”，这会怎么样？

如下图所示，是将一个SW中画好的装配体直接导入DM中后的结果，我们能发现其10个Bodies之间都是相互独立的，并没组成多体部件（10Parts，10Bodies）：

我们将该装配体直接划分网格，由于每一个Bodies都是独立的，因此这些不同Bodies之间的网格也没有匹配：

现在在DM中将其组成一个多体部件（1Part，10Bodies）：

组成多体部件后我们选取了其中top-cover，down-base，bolt-1几三个零部件画网格，结果如下图所示：

发现它们之间的网格都匹配，不再是单独划分网格了。

注意点2：多体部件采用不同的网格划分方法

注意点1中讲了多体部件接触面之间的网格划分，上面是针对一个多体部件全局网格划分的情况，那要是我一个多体部件不同Bodies想采用不同的网格划分方法，该怎么处理？

Workbench Mesh网格划分应用程序可运用“分割”的思想，即几何体的各个部件可以使用不同的网格划分方法（如Sweep，Multizone等）。不同部件的体的网格可以不匹配或不一致，单个部件的体的网格匹配一致。那多体部件的网格该怎么操作才能使每一个Solid（在DM中对应Body）都有不同的网格划分方法？看下面三通管的例子：

既然要选择不同的网格划分方法，Mesh-Insert-Method-选取某一小零件，如下图中我们选择的小零件为Solid3，其颜色已变成蓝色：

这时我们点击工具栏最上方的Generate Mesh：

但却发现虽然上面我们只是选择了Solid3这一小部件，但划出来的结果却是把其他的零件也一起划分了网格，即相当于整个装配体一起划分了，如下图所示：

这时候可以注意到一点，Solid1~Fluid这5个部件前面都变成了绿色小勾上加一横线，这说明这5个部件都已经完成了网格划分，其所用的方法就是之前为Solid3设定的Automatic Method。那怎么样才能避免这种状况？

关键在于我们在选择了Solid3之后，不要去点击工具栏最上方的Generate Mesh，那个按钮是针对全局网格划分的，我们只需要在Solid3右键-Generate Mesh即可，这时划分的网格就是针对Solid3：

Solid3网格划分得到的结果：

这时我们发现，只有Solid3前面绿色勾加了一横，其余都正常，这说明只有Solid3被划分了网格。注意，这时Mesh旁边有一个黄色闪电标记，此时如果点击工具栏上的Generate Mesh或者是在Mesh上右键-Generate Mesh，则剩余的4个部件都会以Automatic Method方法被生成网格：

其实不用管这个黄色标记，等我们给这5个部件分别划分好网格之后其自动回消失。如下图是我们给Solid1~4按照上面的方法单独划分了网格，这时还剩下Fluid没有划分，此时黄色标记还存在：

等到Fluid也划分好之后，黄色标记自动消失，而且部件前面的绿色小勾也都加上了一横：

注意：如果我们在划分网格时有时需要给几个部件一起划分，如下图中一次选中了Solid1~Solid3三个部件：

这时我们一定要在上面同时选中Solid1~3，再右键-Generate Mesh，如果只是选取了它们中的一个，则划分出来的网格只是对应那个部件的：

三个部件一齐划分网格：

除了上面讲的方法，特征抑制也可以用来单独划分网格：

对其他部件进行特征抑制Suppress。如下图所示：

我们将其他暂时不用划分网格的部件进行抑制，在需要划分网格的部件上面右键-Suppress All Othere Bodies，然后右侧只剩余需要的零部件。这时再Mesh-Insert-Method-选取零件，我们用Hex-Dominant划分网格。划分完之后再解除抑制，可得到整个装配体只有刚才部件划分了网格：

需要对第二个部件进行单独网格划分时，找到对应的部件也一样执行，划分完之后解除抑制，然后得到如下所示结果。可知只有选中的两个部件被划分了网格：

1、首先是输入几何体，然后点击树形窗口中的mesh之后，主要设置一下几大块内容：

2、Defaults设置

确定物理场，一共对应四种，Mechanical-结构场，Electromagnetics-电磁场，CFD-流场，Explicit-显示动力学。Relevance-指网格相关度，数值从-100~+100，代表网格由疏到密，不同的值对应不同的网格数和节点数：

3、Sizing（网格尺寸函数）设置

Sizing设置中，对于不同的物理场选择会稍有不同，但基本一致，下图以Mechanical为例。

（1）Use Advanced Size Function-高级尺寸函数，主要用于控制曲线/曲面在曲率较大地方的网格，其有如下几种设置：

①off，先从边开始划分网格，在在曲率比较大的地方细化边网格，接下来再产生面网格，最后体网格。

②Curvature，由曲率法确定（细化）边和曲面处的网格大小。在有曲率变化的地方，网格会做的比较漂亮，会自动地加密。如下图所示：

③Proximity，这将对网格划分算法添加更好的处理临近部位的网格，即控制模型邻近区网格的生成，主要适用于窄/薄处的网格生成。对于狭长/细长的几何体，网格会做的比较好，但是对于曲面则不好处理，会做的失败。

④Proximity and Curvature，②和③情况的综合，适用于比较复杂的几何体。如下图所示：

⑤Fixed，只以设定的大小划分网格，不会根据曲率大小自动细化网格。

（2）Relevance Center，关联中心

代表网格的“粗糙，中等，细化”三种模式。其会和上面的Relevance-网格相关度（-100~+100）一起对网格产生影响，如下图所示：

（3）Element Size，全局单元尺寸

Element Size设置用于整个模型使用的单元尺寸。这个尺寸将应用到所有的边、面、体的划分。当上面高级尺寸功能（Use Advanced Size Function）使用的时候这个选项不会出现。

其缺省值（默认值）基于 Relevance和Initial Size Seed，也可以手动可输入想要的值。

（4）Initial Size Seed，初始尺寸种子

用于控制每一部件的初始网格种子，对于已定义单元尺寸则被忽略。有如上所示三种模式：

①Active Assembly，基于这个设置，初始种子放入未抑制部件，网格可改变；

②Full Assembly，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。

③Part，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 。

（5）Smoothing以及Transition，平滑和过渡

Smoothing平滑网格，通过移动周围节点和单元的节点位置来改进网格质量，平滑有助于获得更加均匀尺寸的网格。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，设置判据如下：中等（Mechanical ，CFD，Electromagnetics），高（Explicit）。

Transition过渡，用于过渡控制邻近单元增长比，设置判据：缓慢（CFD，Explicit），快速（Mechanical，Electromagnetics）。

（6）Span Angel Center，跨度中心角

Span Angle Center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°60°；中等：75°~24°；细化：36°~12°。

4、Inflation（膨胀）设置

一般而言，这里的Inflation我们不会去用它，因此Use Automatic Inflation设置为None，即初始网格无膨胀。等到我们在确定局部网格设置时，如果对几何体边界处的物理条件感兴趣，可以利用Mesh-Insert-Inflation来设置具体的膨胀。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lkri.html