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什么是网格划分?

了解将连续几何图形或对象的几何空间分解为数千个或更多形状以正确定义对象的物理形状的过程。

利用Ansys软件进行网格优化

网格划分,也称为网格生成,是生成二维和三维网格的过程;它将复杂的几何形状划分为可用于离散域的元素。 Ansys网格功能通常被称为复杂零件网格划分工作流程建模和仿真的黄金标准

此过程通常会消耗大量时间来获取仿真结果。 因此,Ansys网格划分创建了先进的自动化网格生成工具,可以为CFD(流体)和FEA网格划分提供更快、更准确的解决方案。

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为什么网格划分在工程中很重要

网格划分是将对象的连续几何空间分解为数千个或更多形状以正确定义对象的物理形状的过程。 此过程通常会在获取仿真结果时消耗大量时间。 因此,Ansys网格划分创建了先进的自动化网格生成工具,可以为CFD和FEA网格划分提供更快、更准确的解决方案。

网格划分,也称为网格生成,是生成二维和三维网格的过程;它将复杂的几何图形划分为可用于离散化域的元素。

详细的网格划分|3D 计算机辅助设计模型

网格越详细,3D CAD 模型就越精确,从而实现高保真度仿真。

为什么网格划分很重要?

网格划分在工程仿真过程中起着重要作用。创建高质量网格是确保仿真精度应考虑的最关键因素之一。

创建最合适的网格是工程仿真的基础,因为网格会影响仿真的准确性、收敛性和速度。计算机无法求解CAD模型实际几何形状的模拟,因为控制方程不能应用于任意形状。

网格元素允许在可预测的形状和数学定义的体积上求解控制方程。通常,在这些网格上求解的方程是偏微分方程。

由于这些计算的迭代性质,手动获得这些方程的解是不切实际的,因此计算方法如 计算流体力学 采用(CFD)和有限元分析(FEA)。

 

 网格划分有哪些不同类型?

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 安思网格划分

创建最合适的网格是工程仿真的基础。Ansys网格划分可适当适应将要使用的解决方案类型。 定义项目并设置相应的标准以创建最适合的网格至关重要。

对于快速分析或对于新用户和不经常使用的用户,可以通过几个简短的步骤创建可用的网格。在可能的情况下,Ansys网格划分会自动利用PC中的可用内核。 通过有限元分析(FEA)利用并行处理,并显着减少创建网格的时间。

结构模型网格划分的注意事项

Ansys Mechanical结构模型的有限元分析网格划分就是要平衡精度与计算费用。通常,具有较小单元的更精细网格会产生更准确的结果。 但是,更精细的网格需要更长的时间来求解。

但是,在某一点上,网格经过足够精细的优化,可以准确地捕获结果。实际上,不需要额外的计算费用。这种细化水平通常与问题有关。 此外,还需要经验和工程判断来确定。

作为一般指南,下面列出的注意事项将帮助您在自己的结构分析中创建准确有效的网格。

创建 FEA 网格划分时的最佳实践

1. 网格密度

通常,在有限元分析(FEA)中,更精细的网格会产生更准确的结果。更精细网格中较小的单元可以更准确地捕获整个单元的应力梯度。

但是,向有限元模型添加更多元素会以两种方式增加计算费用:

  1. 更多的元素意味着在每个时间步需要求解更多的方程,从而增加了求解时间和内存要求。
  2. 这些分析的结果文件需要更多磁盘空间来存储。

当然,经理和工程师都希望避免这种不必要的开支。 因此,用户可以在分析中将高网格密度区域限制在感兴趣的区域。这通常仅限于模型荷载路径中应力水平显著的区域。

有限元网格划分|独特的几何特征

可以部署其他几何特征,例如圆角半径。 此预设通常用于需要密集网格才能准确预测应力的大应力集中。远离载荷路径或应力集中的区域可以与较大的图元进行网格剖分。

通常,这些区域具有微不足道的应力水平,可以使用大型元素进行精确建模。

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Ansys Mechanical提供多种工具来帮助您控制网格密度。有控制网格大小的全局网格控件。 可以为整个模型以及局部大小控件建立此设置,从而允许在感兴趣的区域中进行优化。

2. 网格收敛和应力奇点

为了确定提供准确结果的网格密度水平,我们必须首先了解收敛性。当结果收敛时,该区域中的进一步网格细化将不再在该结果中产生有意义的变化。凭借经验,工程师可以确定他们何时具有足够密集的网格来实现收敛。

Ansys Mechanical还包括一个内置工具,可帮助识别收敛。Ansys Mechanical将首先使用用户生成的网格求解模型。

然后,将在高应力位置细化网格。Ansys Mechanical会重复此过程,直到每个解决方案之间的结果变化达到足够低的值。或者,根据自定义用户输入,实现指定数量的解决方案。

下图显示了此工具的实际运行情况。一个图像总结了每个解决方案。 实际上,演示网格中的节点和单元数。 这涉及每个解决方案以及每个解决方案中应力的变化。

在本例中,工程师将观察到应力的变化随着每次网格细化而变得越来越小,并收敛于结果。

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同样重要的是要注意,结果可能不一定能够实现收敛。

在应力的情况下,我们将其称为应力奇点。这些奇点是应力的人为“热点”,通常是由于建模假设或简化。应力奇异点可能由几何特征(如尖角或边)引起。

应力可以被认为是通过特定区域传递的力的大小。在这些几何特征中,随着单元尺寸的减小,“面积”接近于零,导致应力发散到无限值。

应力奇异点的另一个常见来源发生在模型中刚度不连续性的区域。这些区域可以包括两个实体接触的边界或支撑的边界等内容。

对于用户来说,重要的是能够识别哪些应力区域是人为应力奇点,哪些区域是真实的,并且需要足够的网格才能正确捕获结果。

在下面的示例中,收敛工具用于具有应力奇点的位置。在这种情况下,细化网格不会导致每个溶液的应力变化较小;它增加了变化。

如果我们继续在这个位置优化网格,应力将永远不会收敛于一个值。相反,它会发散,接近无限值。

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3. 元素形状和质量

Ansys Mechanical的结构分析中使用了两种主要晶片形状,即六面体(hex)或四面体(tet)晶片。其他元素形状(如金字塔或楔形元素)也存在,主要作为 tet 和十六进制元素之间的过渡元素。

分析的理想单元形状通常由分析中表示的几何图形确定。通常,在高度复杂的几何图形上,使用 tet 元素比使用十六进制元素更容易。

为了能够在复杂的几何体上使用十六进制网格,必须将几何体划分为更小、更易于网格划分的部分。 这可以大大增加在分析上花费的时间。

但是,在tet元件的效率方面也存在权衡。与十六进制元素相比,需要使用更多的 tet 元素来表示相同的几何图形。由用户来最好地判断哪种元素形状最适合分析。

网格划分注意事项|形状元素的质量

结构分析中使用的元素形状的质量也是一个重要的考虑因素。形状扭曲或倾斜的元素可能会产生不准确的结果。Ansys Mechanical包括许多不同的网格质量标准,允许用户检查单元的形状。

这些质量标准包括元素质量,长宽比,雅可比等。用户可以在其网格上绘制这些网格质量标准中的每一个,以便能够识别质量较差的元素。

structural meshing

 

 

模拟流体模型的最佳实践

1. 使用几何包络创建防水流体模型

设计工程师发送给分析工程师的几何图形很少足够干净,无法导入到流体建模程序中。修复几何形状中的这些间隙和泄漏传统上可能需要数小时甚至数天。

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因此,您(作为分析工程师)应使用可以围绕不连续几何图形包裹曲面网格的 CFD 软件。

这种自动网格划分功能将快速填补所有空白,为仿真和结果分析留出更多时间。

2. 合并重叠几何图形以快速创建流边界

执行流体分析时,需要创建逆流体体积。通过将一个盒子包裹在水密几何体周围并将实体之间的所有重叠面组合成一个面来实现生成流体体积。

这将解决框和源几何图形之间的交集。然后可以提取体积并将其导入流体模型。

采用“共享拓扑”功能可创建必要的流几何图形,使用 安思空间索赔. 通过Fluent的“表面网格”操作,可以从几何图形边界之间的空隙中提取流量。

3. 将网格共形连接在一起以避免间隙

通过创建具有大面积粗网格的流体模型和用于更精细几何的更精细网格来减少计算时间。

然后,挑战就变成了将这些不同的网格链接到连续网格中,或者通过创建非共形(不匹配)网格接口来牺牲精度。

共形链接网格是一项繁琐的工作。它通常需要清理几何体并手动校正网格,以便所有内容都能很好地结合在一起。

如何在单个网格中利用不同的网格划分方法和单元类型?

将几何体细分为多个网格体以利用不同网格划分方法的优势的概念已经存在了很长时间。连接不同网格(无论是否共形)的过程为用户提供了不同程度的自动化。

过去的方法,即使是自动化的,通常也仅限于全局级别的元素类型变化。这导致大型独立网格区域之间的共形和非共形连接。

最近 安思更新
通过引入马赛克网格划分,将“为正确的网格提供正确的网格”这一工作的概念提升到一个新的水平。

Ansys Fluent 支持马赛克的网格划分技术
可以在不同的局部或全球区域自动生成不同的网格和单元类型,并按形链接这些网格。

这种方法目前可生成一个多六核网格,根据需要利用以下单元类型:

  • 十六进制(具有切割单元细化的十六进制元素)
  • 多面体元素
  • 墙体膨胀(膨胀的多边形和棱镜)

它会自动在这些单元类型之间混合,为您提供针对精度和网格划分速度进行优化的网格。生成的网格将在壁附近具有膨胀的边界层,并在流体自由流中具有六面体核心。

Ansys网格划分和边界层|靠近墙壁和自由流

然后,两个区域(靠近墙壁和自由流)将与多面体层混合。这种新颖的方法意味着用户能够快速获得高度稳健、高质量的网格,并针对准确和稳定的解决方案进行了优化。

有关Ansys软件如何使您受益的更多信息, 联系我们.

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