Ansys15.0workbench网格划分教程.pdf

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第3章Workbench网格划分导言几何模型创建完毕后，需要对其进行网格划分以便生成包含节点和单元的有限元模型。网格划分在ANSYSWorkbench15.0中是一个独立的工作平台，它可以为ANSYS不同的求解器提供对应的网格文件。有限元分析离不开网格的划分，网格划分的好坏将直接关系到求解的准确度以及求解的速度。网格划分的目的是对CFD（流体）和FEA（结构）模型实现离散化，是把求解域分解成可得到精确解的适当数量的单元。学习目标★了解ANSYSWorkbench网格划分平台★掌握四面体网格的划分方法★掌握ANSYSWorkbench网格参数的设置★掌握扫掠网格划分的方法★掌握多区网格划分的方法3.1网格划分平台ANSYSWorkbench中提供ANSYSMeshing应用程序（网格划分平台）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仿真：包括结构动力学分析、显示动力学分析（AUTODYN、ANSYSLS/DYNA）、电磁场分析等。CFD分析：包括ANSYSCFX、ANSYSFLUENT等。3.1.1网格划分特点在ANSYSWorkbench中进行网格划分，具有以下特点：ANSYS网格划分的应用程序采用的是Divide&Conquer（分解克服）方法。几何体的各部件可以使用不同的网格划分方法，亦即不同部件的体网格可以不匹配或不一致。所有网格数据需要写入共同的中心数据库。3D和2D几何拥有各种不同的网格划分方法。 ANSYSWorkbench15.0从入门到精通3.1.2网格划分方法ANSYSWorkbench中提供的网格划分法可以在几何体的不同部位运用不同的方法。1．对于三维几何体对于三维几何体（3D）有如图3-1所示的几种不同的网格划分方法。图3-13D几何体的网格划分法（1）自动划分法（Automatic）自动设置四面体或扫掠网格划分，如果体是可扫掠的，则体将被扫掠划分网格，否则将使用Tetrahedrons下的PatchConforming网格划分器划分网格。同一部件的体具有一致的网格单元。（2）四面体划分法（Tetrahedrons）四面体划分法包括PatchConforming划分法（Workbench自带功能）及PatchIndependent划分法（依靠ICEMCFDTetraAlgorithm软件包实现）。四面体划分法的参数设置如图3-2所示。图3-2四面体划分法的参数设置PatchIndependent网格划分时可能会忽略面及其边界，若在面上施加了边界条件，便不能忽略。它有两种定义方法：MaxElementSize用于控制初始单元划分的大小；ApproxnumberofElements用于控制模型中期望的单元数目（可以被其他网格划分控制覆盖）。当MeshBasedDefeaturing设为ON时，在DefeaturingTolerance选项中设置某一数值时，程序会根据大小和角度过滤掉几何边。56 第19章多物理场耦合分析（3）六面体主导法（HexDominant）首先生成四边形主导的面网格，然后得到六面体，最后根据需要填充棱锥和四面体单元。该方法适用于不可扫掠的体或内部容积大的体，而对体积和表面积比较小的薄复杂体、CFD无边界层的识别无用。（4）扫掠划分法（Sweep）通过扫掠的方法进行网格划分，网格多是六面体单元，也可能是楔形体单元。（5）多区划分法（MultiZone）多区及扫掠划分网格是一种自动几何分解方法。使用扫掠方法时，元件要被切成3个体来得到纯六面体网格。2．对于面体或壳二维几何对于面体或壳二维（2D）几何，ANSYSWorkbench提供的网格划分方法有：四边形单元主导（QuadDominant）。三角形单元（Triangles）。均匀四边形/三角形单元（UniformQuad/Tri）。均匀四边形单元（UniformQuad）。3.1.3网格划分技巧不同的软件平台，网格的划分技巧也是不同的，针对ANSYSWorkbench网格划分平台，网格的划分技巧如下。1．对于结构网格可以通过细化网格来捕捉所关心部位的梯度（包括温度、应变能、应力能、位移等）。结构网格大部分可划分为四面体网格，但首选网格是六面体单元。有些显式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．对于CFD网格可以通过细化网格来捕捉关心的梯度（包括速度、压力、温度等）。网格的质量和平滑度对结果的精确度至关重要（提高网格质量和平滑度会导致较大的网格数量，通常以数百万单元计算）。大部分可划分为四面体网格，但首选网格是六面体单元。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）。3．网格划分的注意事项网格划分时需要注意细节，几何细节是和物理分析息息相关的，不必要的细节会大大增加分析需求。57 ANSYSWorkbench15.0从入门到精通需要注意网格细化，复杂应力区域等需要较高密度的网格。需要注意效率，大量的单元需要更多的计算资源（内存、运行时间），网格划分是需要在分析精度和资源使用方面进行权衡。需要注意网格质量，在网格划分时，复杂几何区域的网格单元会变扭曲，由此导致网格质量降低，劣质的单元会导致较差的结果，甚至在某些情况下得不到结果。在ANSYSWorkbench中有很多方法可用来检查单元网格的质量。3.1.4网格划分流程在ANSYSWorkbench中，网格的划分流程如下：设置划分网格目标的物理环境。设定网格的划分方法。网格参数的设置（尺寸、控制、膨胀等）。为方便使用创建命名选项。预览网格并迚行必要的调整。生成网格。检查生成的网格质量。准备分析网格。3.1.5网格尺寸策略对于划分不同分析类型的分析系统，网格尺寸的控制策略也不同，下面简单介绍力学分析及CFD分析的网格尺寸策略。1．力学分析网格尺寸策略利用最小输入的有效方法来解决关键的特征。定义或接受少数全局网格尺寸并设置默认值。利用Relevance和RelevanceCenter进行全局网格调整。根据需要可对体、面、边、影响球定义尺寸，可以对网格生成的尺寸施加更多的控制。2．CFD网格尺寸策略在必要的区域依靠AdvancedSizeFunctions（高级尺寸功能）细化网格，其中默认为Curvature，根据需要可以选择Proximity。识别模型的最小特征：设置能有效识别特征的最小尺寸；如果导致了过于细化的网格需要在最小尺寸下作用一个硬尺寸；可以使用收缩控制来去除小边和面，以确保收缩容差小于局部最小尺寸。根据需要可以对体、面、边或影响球定义软尺寸，可以对网格生成的尺寸设置更多的控制。58 第19章多物理场耦合分析3.23D几何网格划分所有的3D网格划分方法都要求组成的几何为实体，若输入的是由面体组成的几何，则需要额外操作，将其转换为3D实体方可进行3D网格划分，当然表面体仍可以由表面网格划分法来划分。常见的3D网格基本形状如图3-3所示。四面体六面体棱锥棱柱图3-33D网格的基本形状其中四面体为非结构化网格，六面体通常为结构化网格，棱锥为四面体和六面体之间的过渡网格，棱柱由四面体网格被拉伸时生成。四面体网格划分在三维网格划分中是最简单的，因此本节将着重介绍四面体网格。3.2.1四面体网格的优缺点四面体网格具有鲜明的优缺点。优点：四面体网格可以施加于任何几何体，可以快速、自动生成；在关键区域容易使用曲度和近似尺寸功能自动细化网格；可以使用膨胀细化实体边界附近的网格（即边界层识别），边界层有助于面法向网格的细化，但在2D（表面网格）中仍是等向的；为捕捉一个方向的梯度，网格在所有的三个方向细化，即等向细化。缺点：在近似网格密度情况下，单元和节点数高于六面体网格；网格一般不可能在一个方向排列；由于几何和单元性能的非均质性，故而不适合于薄实体或环形体；在使用等向细化时网格数量急剧上升。3.2.2四面体网格划分时的常用参数四面体网格划分时常用的参数如下。最大、最小尺寸。面、体尺寸。高级尺寸（Curvatureand/orProximity）。增长比（对CFD逐步变化，避免突变）。平滑（有助于获取更加均匀尺寸的网格）。统计学。MeshMetrics。59 ANSYSWorkbench15.0从入门到精通3.2.3四面体算法在ANSYSWorkbench网格划分平台下，有两种算法可以生成四面体网格，而且这两种算法均可用于CFD的边界层识别。1．PatchConforming首先利用几何所有面和边的Delaunay或AdvancingFront表面网格划分器生成表面网格，然后基于TGRIDTetra算法由表面网格生成体网格。生成体网格的一些内在缺陷应在最小尺寸限度之下。PatchConforming算法包含膨胀因子的设定，用于控制四面体边界尺寸的内部增长率，CFD的膨胀层或边界层识别，可与体扫掠法混合使用产生一致的网格。利用PatchConforming生成四面体网格的操作步骤如下：右击Mesh，如图3-4所示，在弹出的快捷菜单中选择Insert（插入）→Method（方法）命令，或者如图3-5所示选择MeshControl（网格控制）→Method（方法）命令。图3-4快捷菜单图3-5工具栏命令在网格参数设置栏中选择Scope→Geometry选项，在图形区域选择应用该方法的体，单击（应用）按钮，如图3-6所示。将Definition栏的Method设置为Tetrahedrons，如图3-7所示，将Algorithm设置为PatchConforming，如图3-8所示，即可使用PatchConforming算法划分四面体网格。图3-6Geometry设置图3-7Method设置图3-8Algorithm设置按照上面的步骤可以对丌同的部分使用丌同的方法。60 第19章多物理场耦合分析多体部件可混合使用PatchConforming四面体和扫掠方法生成共形网格，PatchConforming方法可以联合PinchControls功能，有助于移除短边。2．PatchIndependent该算法用于生成体网格并映射到表面产生表面网格，如果没有载荷、边界条件或其他作用，则面和它们的边界（边和顶点）无需考虑。该算法是基于ICEMCFDTetra的，Tetra部分具有膨胀应用。PatchIndependent四面体的操作步骤与PatchConforming相同，只是在设置Algorithm时选择PatchIndependent即可。PatchIndependent对CAD许多面的修补均有用，包括碎面、短边、较差的面参数等。在没有载荷或命名选项的情况下，面和边无需考虑。3.2.4四面体膨胀四面体膨胀的基本设置包括膨胀选项、前处理和后处理膨胀算法等，具体在后面的章节中介绍，这里不再赘述。3.3网格参数设置在利用ANSYSWorkbench进行网格划分时，可以使用默认的设置，但要进行高质量的网格划分，还需要用户参与到网格的详细参数设置中去，尤其是对于复杂的零部件。网格参数是在参数设置区进行的，同时该区还显示了网格划分后的详细信息。参数设置区包含了Defaults（缺省设置）、Sizing（尺寸控制）、Inflation（膨胀控制）、Advanced（高级控制）、Defeaturing（损伤设置）、Statistics（网格信息）等信息，如图3-9所示。划分网格目标的物理环境包括结构分析（Mechanical）、电磁分析（Electromagnetics）、流体分析（CFD）、显示动力学分析（Explicit）等，如图3-10所示。设置完成后会自动生成相关物理环境的网格（如Mechanical、FLUENT、CFX等）。图3-9网格参数设置图3-10目标物理环境在划分网格时，不同的分析类型需要有不同的网格划分要求，结构分析使用高阶单元划分较为粗糙的网格，CFD要求使用好的、平滑过渡的网格、边界层转化，不同的CFD求解器也有不同的要求，如表3-1所示。在网格划分的物理环境设置完成之后，需要设定物理优先项，61 ANSYSWorkbench15.0从入门到精通划分后的网格如图3-11、图3-12、图3-13、图3-14所示。表3-1不同的物理环境在缺省设置下的网格特点自动设置下列各项PhysicsPreferenceRelevanceElementMidsideSmoothingTransition备注（物理优先项）Center（关联中心Nodes（实体单元默认中（平滑度）（过渡）缺省值）节点）Mechanical（力学分Medium（中ProgramControlled（程序Coarse（粗糙）Fast（快）图3-11析）等）控制）CFD（计算流体力学Medium（中Coarse（粗糙）Slow（慢）Dropped（消除）图3-12分析）等）Electromagnetics（电Medium（中Medium（中等）Fast（快）Kept（保留）图3-13磁分析）等）Explicit（显示分析）Medium（中等）High（高）Slow（慢）Dropped（消除）图3-14图3-11Mechanical默认网格图3-12CFD默认网格图3-13Electromagnetics默认网格图3-14Explicit默认网格62 第19章多物理场耦合分析3.3.1缺省参数设置关于缺省参数的设置（Defaults）在前面的小节中已经介绍过了，这里仅介绍Relevance（相关性）及RelevanceCenter（关联中心）两个选项，如图3-15所示。虽然RelevanceCenter是在尺寸参数控制选项里设置的，但由于Relevance需要与其配合使用，故在此一起介绍。图3-15缺省参数设置其中Relevance（相关性）是通过拖动滑块来实现网格细化或粗糙控制的，而RelevanceCenter（关联中心）有Coarse、Medium、Fine三个选项进行选择控制，效果如图3-16所示。（a）Relevance的值为-100（b）Relevance的值为0（c）Relevance的值为100（d）RelevanceCenter为Coarse（e）RelevanceCenter为Medium（f）RelevanceCenter为Fine图3-16Relevance及RelevanceCenter参数设置效果63 ANSYSWorkbench15.0从入门到精通3.3.2尺寸控制尺寸控制（Sizing）是在参数设置区进行设定的，尺寸控制包含的选项如图3-17所示。图3-17尺寸控制参数设置全局尺寸控制：ElementSize（单元尺寸）用来设置整个模型使用的单元尺寸。该尺寸将应用到所有的边、面和体的划分中。当在Sizing面板的UseAdvancedSizeFunction下选用高级尺寸功能时，该选项将不会出现。缺省值是基于Relevance和InitialSizeSeed（初始尺寸种子）的，在ElementSize中可输入网格划分时需要的值，用于提高网格质量。初始尺寸种子：InitialSizeSeed（初始尺寸种子）用来控制每一部件的初始网格种子，此时已定义单元的尺寸会被忽略，它包含ActiveAssembly、FullAssembly、Part三个选项。ActiveAssembly（有效组件）：该选项为默认选项，初始种子放入未抑制部件，网格可以改变。FullAssembly（整个组件）：选择该设置时，不考虑抑制部件的数量，初始种子放入所有装配部件。由于抑制部件的存在，网格不会改变。Part（部件）：选择该设置时，初始种子在网格划分时放入个别特殊部件。由于抑制部件的存在，网格不会改变。平滑网格：平滑（Smoothing）是通过移动周围节点和单元的节点位置来改进网格质量，包含Low、Medium、High三个选项可供选择。过渡：过渡（Transition）用于控制邻近单元增长比，包含Fast、Slow两个选项可供选择。通常情况下CFD、Explicit分析需要缓慢产生网格过渡，Mechanical、Electromagetics需要快速产生网格过渡。跨度中心角：跨度中心角（SpanAngleCenter）用来设定基于边细化的曲度目标。控制网格在弯曲区域细分，直到单独单元跨越这个角，包含Coarse（粗糙：60°~91°）、Medium（中等：24°~75°）、Fine（细化12°~36°）三个选项可供选择。不同的64 第19章多物理场耦合分析跨度中心角的效果如图3-18所示。跨度中心角（SpanAngleCenter）只有在UseAdvancedSizeFunction关闭时方可使用。（a）Coarse（b）Fine图3-18不同跨度中心角对比1.高级尺寸控制在无高级尺寸功能时，可根据已定义的单元尺寸对边划分网格；而在有高级尺寸控制时，Curvature和Proximity可以对网格进行细化，对缺陷和收缩控制进行调整，然后通过面和体网格划分器进行网格划分。高级尺寸控制是通过在Sizing面板的UseAdvancedSizeFunction进行开启控制的，高级尺寸功能包括ProximityandCurvature（近似和曲度）、Curvature（曲度）、Proximity（近似）以及Fixed（固定）4个选项，如图3-19所示，选择不同的选项时参数设置也会不同，如图3-20所示为选择ProximityandCurvature时的参数设置列表，如图3-21所示为选择Fixed时的参数设置列表。Curvature（曲度）的默认值为18°；Proximity（近似）为每个间隙三个单元（2D和3D），默认精度为0.5，若不允许会增大到1。图3-19高级尺寸功能65 ANSYSWorkbench15.0从入门到精通图3-20ProximityandCurvature参数设置列表图3-21Fixed参数设置列表2.局部尺寸控制根据所使用的网格划分方法，可用到的局部网格控制的尺寸包括Method（方法）、Sizing（尺寸）、ContactSizing（接触尺寸）、Refinement（细化）、MappedFaceMeshing（映射面划分）、MatchControl（匹配控制）、Pinch（收缩）及Inflation（膨胀）等。插入局部尺寸的方法有两种：其一通过Mesh工具栏插入局部尺寸控制，如图3-22所示；其二通过快捷菜单插入，如图3-23所示。插入局部尺寸后，在参数设置栏的Defination（定义）中默认会出现ElementSize（单元尺寸）选项，如图3-24所示，该选项可以定义体、面、边或顶点的平均单元边长。当Type（类型）选择SphereofInfluence（球体内）时可以设定平均单元尺寸，如图3-25所示。图3-22Mesh工具栏图3-23Mesh快捷菜单各选项的不同取决于所作用的实体，若同时使用了高级尺寸功能，各选项也会不同，在此不再赘述。66 第19章多物理场耦合分析图3-24默认参数设置图3-25选择SphereofInfluence3.3.3膨胀控制膨胀控制（Inflation）是通过边界法向挤压面边界网格转化实现的，主要应用于CFD（计算流体力学）分析中，用于处理边界层处的网格，实现从膨胀层到内部网格的平滑过渡，其中包括纯六面体及楔形体等，但这并不表示膨胀控制只能应用于CFD，在固体力学的FEM分析中，亦可应用Inflation法来处理网格。1．膨胀选项InflationOption（膨胀选项）包括TotalThickness（总厚度）、SmoothTransition（平滑过渡）、FirstLayerThickness（第一层厚度）等选项，如图3-26所示。（1）平滑过渡该选项为默认选项，如图3-27所示，表示使用局部四面体单元尺寸计算每个局部的初始高度和总高度，以达到平滑的体积变化比。每个膨胀的三角形都有一个关于面积计算的初始高度，在节点处平均。这意味着对于均匀网格，初始高度大致相同，而对于变化网格，初始高度是不同的。图3-26膨胀选项图3-27SmoothTransition默认选项选择SmoothTransition时，TransitionRatio（过渡比）选项会出现，用于设置膨胀的最后单元层和四面体区域第一单元层间的体尺寸改变。当求解器设置为CFX时，过渡比的默认体为0.77，对于其他物理选项（包括SolverPreference设置为Fluent的CFD），过渡比的默认值为0.272。这是因为Fluent求解器是以单元为中心的，其网格单元等于求解器单元，而CFX求解器是以顶点为中心的，求解器单元是由双重节点网格构造的，因此会发生不同的处理。67 ANSYSWorkbench15.0从入门到精通（2）总厚度TotalThickness（总厚度）用来创建常膨胀层，其参数如图3-28所示。可用NumberofLayers的值和GrowthRate来控制，以获得MaximumThickness值控制的总厚度。不同于SmoothTransition选项的膨胀，TotalThickness选项的膨胀的第一膨胀层和下列每一层的厚度都是常量。（3）第一层厚度FirstLayerThickness（第一层厚度）用来创建常膨胀层，其参数如图3-29所示。可使用FirstLayerHeight、MaximumLayers和GrowthRate控制生成膨胀网格。不同于SmoothTransition选项的膨胀，FirstLayerThickness选项的第一膨胀层和下列每一层的厚度都是常量。图3-28TotalThickness选项图3-29FirstLayerThickness选项2．膨胀运算法则膨胀运算法则（InflationAlgorithm）包括Pre（前处理）、Post（后处理）两个选项，如图3-30所示，各选项的使用方法如下。Pre（前处理）：是TGrid算法，该算法是所有物理类型的默认设置，运算时首先进行表面网格膨胀，然后生成体网格。前处理可以应用于扫掠和2D网格划分，但不支持邻近面设置不同的层数。图3-30膨胀运算法则Post（后处理）：是ICEMCFD算法，该算法是使用一种在四面体网格生成后作用的处理技术，只对PatchingConforming和PatchIndependent四面体网格有效。3.3.4网格信息网格信息（Statistics）用来统计网格划分的结果，主要包括Nodes（节点）、Elements（单元）及MeshMetric（网格质量）几个方面的内容，如图3-31所示，这里不再详细讲解。68 第19章多物理场耦合分析图3-31网格信息关于Advanced（高级控制）、Defeaturing（损伤设置）的相关参数含义请参考ANSYS帮助文件，由于篇幅所限，这里不再赘述。3.4扫掠网格划分扫掠（Sweep）是指当创建六面体网格时先划分源面再延伸到目标面的一种网格划分方法，除源面及目标面以外的面都叫做侧面。扫掠方向或路径由侧面定义，源面和目标面间的单元层是由插值法建立并投射到侧面上去的。为划分比较完整的固体/流体网格，需要同时进行几个扫掠操作，为使可扫掠体得到共形网格，应将体组装进多体部件。3.4.1扫掠划分方法使用扫掠划分方法能够实现可扫掠体六面体和楔形单元的有效划分。扫掠划分方法具有以下特点：体相对源面和目标面的拓扑可实现手动或自动选择。源面可划分为四边形和三角形面。源面网格需要复制到目标面。随着体的外部拓扑，生成六面体或楔形单元连接两个面。一个可扫掠体需要满足下列条件：包含不完全闭合空间。至少有一个由边或闭合表面连接的从源面到目标面的路径。没有硬性分割定义，在源面和目标面的相应边上可以有不同的分割数。扫掠（Sweep）网格划分的操作步骤如下：右击Mesh，如图3-32所示，在弹出的快捷菜单中选择Insert（插入）→Method（方法）命令，或者如图3-33所示，选择MeshControl（网格控制）→Method（方法）命令。69 ANSYSWorkbench15.0从入门到精通图3-32Mesh快捷菜单图3-33Mesh工具栏在网格参数设置栏中选择Scope→Geometry选项，在图形区域选择应用该方法的体，单击（应用）按钮，如图3-34所示。将Definition栏中的Method设置为扫掠（Sweep），即可使用扫掠方法迚行网格划分，如图3-35所示。图3-34网格参数设置图3-35使用扫掠方法在ANSYSWorkbench网格划分中有3种六面体划分或扫掠方法。普通扫掠方法：指单个源面对单个目标面的扫掠，该方法可以很好地处理扫掠方向拥有多个侧面的情况，扫掠时需要分解几何以使每个扫掠路径对应一个体。薄扫掠方法：指多个源面对多个目标面的扫掠，该方法可以很好地替代壳模型中的面，以得到纯六面体网格。当侧面相对于源面较大（通常指侧面与源面长径比>1/5）、只有1个源面和1个目标面、扫掠方向沿路径改变时采用普通扫掠方法，反之则采用薄扫掠方法。多区扫掠方法：是一种自由分解方法，支持多个源面对多个目标面的扫掠。薄扫掠和多区扫掠方法的引入解决了普通扫掠方法难以解决的问题。薄扫掠方法善于处理薄部件的多个源面和目标面；多区扫掠方法提供非手动分解几何模型等自由分解方法，并支持多个源面和多个目标面的方法。3.4.2扫掠网格控制使用扫掠（Sweep）方法进行网格划分时，网格的控制参数如图3-36所示。70 第19章多物理场耦合分析图3-36Sweep网格的控制参数FreeFaceMeshType（自由面网格类型）：包括Quad/Tri（四边形/三角形）、AllQuad（所有四边形）、AllTri（所有三角形）。Type（类型）：包括ElementSize（单元尺寸—软约束）、NumberofDivisions（分割数—硬约束）。SweepBiasType（扫掠偏斜类型）：类似于边偏斜（从源面到目标面）。当扫掠几何包含许多扭曲/弯曲时，扫掠划分器会产生扭曲单元，从而导致网格划分失败，尤其是多步骤创建的几何（如一系列的拉伸和旋转）更容易产生问题，采用单个3D操作便可以避免该问题（例如采用扫掠操作代替一系列的拉伸和旋转操作）。3.5多区网格划分扫掠网格划分方法可以实现单个源面对单个目标面的扫掠，可以很好地处理扫掠方向的多个侧面，而本节将要介绍的多区网格划分则为一种自由分解方法，可以实现多个源面对多个目标面的网格划分。3.5.1多区划分方法当划分相较于传统扫掠方法来说太复杂的单体部件时、当需要考虑多个源面和目标面时、当关闭对源面和侧面的膨胀时、当“薄”实体部件的源面和目标面不能正确匹配，但关心目标侧面的特征时就需要使用多区网格划分法。多区（MultiZone）网格划分的操作步骤如下：右击Mesh，如图3-37所示，在弹出的快捷菜单中选择Insert（插入）→Method（方法）命令，或者如图3-38所示，选择MeshControl（网格控制）→Method（方法）命令。71 ANSYSWorkbench15.0从入门到精通图3-37Mesh快捷菜单图3-38Mesh工具栏在网格参数设置栏中选择Scope→Geometry命令，在图形区域选择应用该方法的体，单击（应用）按钮，如图3-39所示。将Definition栏的Method设置为多区（MultiZone），即可使用多区方法迚行网格划分，如图3-40所示。图3-39网格参数设置图3-40使用多区方法3.5.2多区网格控制利用多区（MultiZone）方法进行网格划分时，网格的控制参数如图3-41所示。图3-41MultiZone网格的控制参数MappedMeshType（映射网格类型）：包括Hexa（六面体）、Hexa/Prism（六面体/棱柱）。FreeMeshType（自由网格类型）：包括NotAllowed（不允许）、Tetra（四面体）、72 第19章多物理场耦合分析HexaDominant（六面体-支配）、HexaCore（六面体-核心）。Src/TrgSelection（源面/目标面选择）：包括Automatic（自动的）、ManualSource（手动源面）。3.6网格划分案例通过上面几节的学习，已经基本掌握了网格划分的方法，本节将通过实例的方法来加强对网格划分的方法及思路的掌握，并从中了解各网格参数的设置技巧。3.6.1自动网格划分案例1．启动Workbench并建立网格划分项目在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS15.0→Workbench15.0命令，启动ANSYSWorkbench15.0，迚入主界面。在ANSYSWorkbench主界面中选择Units（单位）→Metric（kg,mm,s,℃,mA,N,mV）命令，设置模型单位，如图3-42所示。图3-42设置单位双击主界面Toolbox（工具箱）中的ComponentSystems→Mesh（网格）选项，即可在项目管理区创建分析项目A。2．导入创建几何体在A2栏的Geometry上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择ImportGeometry→Browse命令，如图3-43所示，此时会弹出“打开”对话框。73 ANSYSWorkbench15.0从入门到精通图3-43导入几何体在弹出的“打开”对话框中选择文件路径，导入char03-01几何体文件，如图3-44所示，此时A2栏Geometry后的变为，如图3-45所示，表示实体模型已经存在。图3-44“打开”对话框图3-45模型已存在的项目双击项目A中的A2栏Geometry，此时会迚入到DM界面，设计树中Import1前显示，表示需要生成，图形窗口中没有图形显示，如图3-46所示。单击（生成）按钮，即可显示生成的几何体，如图3-47所示，此时可在几何体上迚行其他的操作，本例无需迚行操作。单击DM界面右上角的（兲闭）按钮，退出DM，返回到Workbench主界面。图3-46生成前的DM界面图3-47生成后的DM界面74 第19章多物理场耦合分析3．对模型进行网格划分双击项目A中的A3栏Mesh项，迚入如图3-48所示的Meshing界面，在该界面下即可迚行网格的划分操作。图3-48Meshing界面选中Meshing界面左侧中的Mesh选项，在参数设置列表中的PhysicsPreference下设置物理类型为Mechanical，如图3-49所示。图3-49设置分析类型选中Mesh项，选择Mesh工具栏中的MeshControl（网格控制）→Method（方法）命令，此时会在设计树中添加项，如图3-50所示。75 ANSYSWorkbench15.0从入门到精通图3-50添加网格控制单击图形工具栏中的选择模式下的（点选）按钮，然后单击（选择体）按钮，如图3-51所示。图3-51图形工具栏在图形窗口中选择零件体，在参数设置列表中单击Geometry后的按钮，完成体的选择。在Mesh项上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择命令，如图3-52所示。此时会弹出网格划分迚度条，迚度条消失后会生成如图3-53所示的网格。图3-52快捷菜单图3-53网格效果4．保存文件并退出单击Meshing界面右上角的（兲闭）按钮退出Meshing界面，并返回到Workbench主界面。76 第19章多物理场耦合分析在Workbench主界面中单击常用工具栏中的（保存）按钮，保存刚刚创建的模型文件。单击主界面右上角的（兲闭）按钮，退出Workbench，完成模型的网格划分。3.6.2网格划分控制案例1．启动Workbench并建立网格划分项目在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS15.0→Workbench15.0命令，启动ANSYSWorkbench15.0，迚入主界面。在ANSYSWorkbench主界面中选择Units（单位）→Metric（kg,mm,s,℃,mA,N,mV）命令，设置模型单位。双击主界面Toolbox（工具箱）中的ComponentSystems→Mesh（网格）选项，在项目管理区创建分析项目A。2．导入创建几何体在A2栏的Geometry上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择ImportGeometry→Browse命令，如图3-54所示，此时会弹出“打开”对话框。图3-54导入几何体在弹出的“打开”对话框中选择文件路径，导入char03-02几何体文件，此时A2栏Geometry后的变为，如图3-55所示，表示实体模型已经存在。双击项目A中的A2栏Geometry，此时会迚入到DM界面，设计树中Import1前显示，表示需要生成，图形窗口中没有图形显示。单击（生成）按钮，即可显示生成的几何体，如图3-56所示，此时可在77 ANSYSWorkbench15.0从入门到精通几何体上迚行其他的操作，本例无需迚行操作。图3-55模型已存在的项目图3-56生成后的DM界面单击DM界面右上角的（兲闭）按钮，退出DM，返回到Workbench主界面。3．设置网格划分选项及默认网格显示双击项目A中的A3栏Mesh项，迚入如图3-57所示的Meshing界面，在该界面下即可迚行网格的划分操作。在界面右侧的MeshingOptions面板中设置PhysicsPreference为Mechanical、MeshMethod为Tetrahedrons（PatchConforming），如图3-58所示，单击按钮完成设置。图3-57Meshing界面图3-58MeshingOptions面板在Mesh项上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择命令，如图3-59所示。当弹出的网格划分迚度条消失后会生成如图3-60所示的网格。78 第19章多物理场耦合分析图3-59Mesh快捷菜单图3-60网格效果单击Mesh选项，在参数设置列表中展开Sizing和Statistics项。在MeshMetric中选择Skewness，可以观察到网格划分后的状态（包括网格的粗糙度和网格统计），如图3-61所示。4．CFD网格划分显示在参数设置列表中将PhysicsPreference改为CFD、SolverPreference改为Fluent、检验高级尺寸选项设置为Curvature。在分析树中的Mesh项上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择命令。当弹出的网格划分迚度条消失后参数设置列表如图3-62所示，生成的网格如图3-63所示。图3-61Mechanical网格划分状态图3-62CFD网格划分状态79 ANSYSWorkbench15.0从入门到精通图3-63网格效果5．最大、最小尺寸控制在图形窗口中，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择View→Top命令，如图3-64所示，此时的视图如图3-65所示。图3-64快捷菜单图3-65调整后的视图效果单击标准工具栏中的（剖切视图）按钮，如图3-66所示，在图形窗口中绘制一条直线，将图形剖开，如图3-67所示。图3-66标准工具栏选择快捷菜单中的Back命令，或按住鼠标中键，调整视图显示，以便观察剖切面的网格划分效果，如图3-68所示。图3-67剖切效果图3-68调整视图显示80 第19章多物理场耦合分析在参数设置列表中的UseAdvancedSizeFunction内改变设置为On:ProximityandCurvature，为网格划分算法添加更好的处理临近部位的网格，如图3-69所示。保留剖切截面激活状态的视图，再次执行命令生成网格，此时在厚度方向增加了多个单元并且网格数量大大增加，网格效果如图3-70所示。图3-69网格状态图3-70网格效果在MinSize中输入1.0mm，如图3-71所示，执行命令生成网格，网格效果如图3-72所示。此时厚度方向仍然有多个单元但网格数量相对较少。图3-71网格状态图3-72网格效果6．使用面尺寸在SectionPlanes列表中单击复选框将剖切截面兲闭，如图3-73所示。在参数设置列表中设置UseAdvancedSizeFunction为“On:Curvature”，MinSize中输入0（设为默认），如图3-74所示。81 ANSYSWorkbench15.0从入门到精通图3-73关闭剖切截面显示图3-74参数设置列表选中分析树中的Mesh项，选择Mesh工具栏中的MeshControl（网格控制）→Sizing（尺寸）命令，为网格划分添加尺寸控制，如图3-75所示，此时会在分析树中出现Sizing项。单击图形工具栏中选择模式下的（点选）按钮，然后单击（选择面）按钮，单击鼠标左键点选如图3-76所示的面。在参数设置列表中单击Geometry后的按钮，完成面的选择，设置ElementSize为2mm，如图3-77所示。执行命令生成网格，此时所选面的网格比邻近面的网格要细，如图3-78所示。图3-75添加尺寸控制图3-76选择面图3-77参数设置列表图3-78网格效果82 第19章多物理场耦合分析7．影响球尺寸在分析树中的上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Insert→CoordinateSystem命令，在模型中插入一个坐标系，如图3-79所示。在参数设置列表中将DefineBy选项设置为GlobalCoordinates，在OriginX、OriginY和OriginZ中分别输入40、25、0，如图3-80所示。图3-79快捷菜单图3-80参数设置列表在分析树中的上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择命令，如图3-81所示，此时网格划分中的面尺寸被抑制，如图3-82所示，被抑制的选项前由变为。图3-81快捷菜单图3-82抑制面尺寸选中分析树中的Mesh项，选择Mesh工具栏中的MeshControl（网格控制）→Sizing（尺寸）命令，为网格划分添加尺寸控制，此时会在分析树中出现Sizing项，如图3-83所示。图3-83添加尺寸控制83 ANSYSWorkbench15.0从入门到精通单击图形工具栏中选择模式下的（单选）按钮，然后单击（选择体）按钮，选择体。在参数设置列表中单击Geometry后的按钮，完成体的选择，设置Type为SphereofInfluence，设置SphereCenter为刚刚创建的坐标系，设置SphereRadius为5、ElementSize为0.5，如图3-84所示，显示的模型会自动更新，以方便预览影响球的范围，如图3-85所示。图3-84参数设置图3-85影响球执行命令生成网格，如图3-86所示，此时所选影响球范围邻近面的网格更细。在SectionPlanes列表中单击复选框将剖切截面显示打开，此时的网格效果如图3-87所示。图3-86网格效果图3-87剖切效果8．保存文件并退出单击Meshing界面右上角的（兲闭）按钮，退出Meshing界面，并返回到Workbench主界面。在Workbench主界面中单击常用工具栏中的（保存）按钮，保存刚刚创建的模型文件。单击主界面右上角的（兲闭）按钮，退出Workbench，完成模型的网格划分。84 第19章多物理场耦合分析3.7本章小结网格划分在Workbench中是一个独立的工作平台，它可以为ANSYS不同的求解器提供对应的网格文件。本章主要介绍了如何对模型进行网格划分等内容，包括Workbench网格划分平台、四面体网格的划分方法、网格参数设置、扫掠网格划分方法、多区网格划分方法等，最后给出了网格划分的案例。通过本章的学习，可以掌握对几何模型的网格划分方法，针对不同的求解器，可以了解并掌握不同的网格划分技巧。85