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：