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Ansys Workbench网格划分全攻略

18天前浏览471

Ansys Workbench是一款功能强大的多物理场耦合仿真分析软件，广泛应用于各种工程领域的结构力学、流体力学、热力学等问题的模拟和分析。Ansys Workbench提供了多种网格划分方法，用于将连续的物体划分为离散单元，以便进行数值计算和仿真分析。

网格的好坏直接关系到计算与分析的求解精度、求解收敛性和求解速度，是有限元分析的关键。良好的网格是提高仿真可信度的前提，粗糙的网格将得到甚至错误的结果。一般来说，有限元分析80％的时间花费在有限元网格的建立和修正上。

1 网格划分基本流程

确定物理场

进入Mechanical界面后，单击Mesh，在下方面板的Physics Preference中选择相关物理场，分别为Mechanical（结构场）、Nonlinear Mechanical（非线性结构场）、 Electromagnetics（电磁场）、CFD（流体场）、Expficit（显示动力场）等。

注意事项：设置物理场时，可以通过调整网格相关度Relevance（-100~+100，数值越大，网格越密）来控制网格疏密程度。

设置整体网格控制

展开Sizing，定义全局单元尺寸Element Size、相关性中心Relevance Center（细化节点和调整单元数量，稀疏Coarse、中等Medium、细化Fine）、平滑Smoothing、过渡Transition、跨角中心Span Angle Center、以及尺寸函数Size Functon等。

插入局部网格控制

右击Mesh，定义网格划分方法Method、局部单元尺寸Size（边、面、体）、接触尺寸Contact Sizing（接触边、接触面）、网格细化Refinement（点、边、面）、映射网格划分Face Meshing、匹配控制Match Control（边、面）、收缩控制Pinch（只对点和边起作用，面和体不能收缩）、设置膨胀层Inflation（边、面）等。

预览表面网格情况

整体的体网格质量是由表面网格质量来决定的，右击Mesh，点击Preview，选择Surface Mesh，预览表面网格情况。这一步在模型复杂时显得尤为重要，生成体网格的时间较长，一旦发现设置问题，重新修改再次划分势必造成诸多不便和时间的浪费，网格划分的主题参数设置完毕后就，可以先预览表面情况来判断是否存在问题。

生成并检查网格质量

右击模型树中的Mesh，选择Generate Mesh或Update，生成有限元网格。完成网格划分后，单击模型树中的Mesh，展开下方面板中的Quality，在Mesh Metric中选择网格质量评价指标。具体流程参见前期文章：一文搞懂Ansys Workbench网格质量评价。

注意事项

为得到较好的位移解，单元纵横比尽量小于7。为得到较好的应力解，单元纵横比应尽量小于3。计算的位移结果是准确的，应力结果才可接收，有时给出好的位移结果的网格，应力结果不如想象中的准确，这就需要调整网格密度。

应力梯度较大、较复杂的区域是问题的考虑重点，应充分关心应力梯度区域，在该区域应采用细致高密度的网格，如螺栓孔附近、流体边界层等。网格划分应比较准确地反映结构的真实形状，对于复杂的形状，粗大的网格会造成分析结果失真。

2 常用网格划分方法

右击模型树中的Mesh，插入Method，在下方面板中选择网格划分方法。对于3D模型，主要有自动网格划分（Automatic）、四面体网格划分（Tetrahedrons）、六面体网格划分（Hex Dominant）、扫掠网格划分（Sweep）、多区域网格划分（MultiZone）等。

Element Order选项是用来控制网格单元的类型，选择合适的Element Order对于确保模拟的准确性以及计算效率至关重要。Linear表示一阶单元，Quadratic表示二阶单元。一般来说，二阶单元能够提供更高的精度，尤其是在曲率较大或者需要更精细地捕捉应力梯度变化的情况中，然而这也意味着更大的计算量和更长的求解时间。

自动网格划分

自动网格划分方法是一种智能化的网格划分方式，它可以在四面体网格和扫掠网格之间自动切换。该方法会根据几何体的形状和拓扑结构自动选择最适合的网格划分方式。如果几何体允许扫掠网格划分，则使用扫掠网格；否则，使用四面体网格。

这种划分方法是最傻瓜化的方式，尤其适合初学者，因为它减少了手动选择网格类型的需求，提高了操作的便捷性和灵活性。因此，当面对复杂或不规则的几何形状时，使用自动网格划分可以简化工作流程，同时保持网格的质量和计算的有效性。

四面体网格划分

四面体网格划分是一种常见的网格划分方法，尤其适用于复杂几何模型。基于协调分片算法（Patch Conforming）或基于独立分片算法（Patch Independent），将区域划分为一系列四面体单元。

一般来说，四面体网格划分方法是最后的选择。其中，如果要忽略一些小细节（如倒角、小孔等），选择使用Patah Independent算法。如果要考虑一些细节，则选择使用Patch Conforming算法。

六面体网格划分

一种以六面体为主的网格划分方法，它适用于实体形状规则性要求不高的情况，可以将区域划分为六个面都是四边形或六边形的六面体单元。此方法首先在几何体表面生成六面体网格，然后根据需要填充六面体、棱锥或四面体单元。

适用于内部容积较大的实体；对于体积与表面积比小的薄复杂体效果不佳，对于CFD分析无边界层识别功能。在不需要严格规则形状的前提下，Hex-Dominant方法能尽可能多地生成六面体网格，从而在一定程度上保证了网格的质量和计算效率。

六面体网格划分是一种常用的网格划分方法，它旨在生成六面体元素在数量和体积上均占主导地位的网格。然而，这种方法依赖于三角形合并技术，该技术用于将初始网格的三角形重新组合成四边形。因此，使用此方法并不意味着您的所有元素都是六面体。

扫掠网格划分

扫掠网格划分方法适用于具有对称形状的区域，通过在几何体上进行扫掠操作生成网格。扫掠方法应用很广泛，多数规律而整齐的六面体网格都是通过扫掠方法得到的。ICEM中有名的O形网格划分、Y形网格划分，都是智能分区加上扫掠（映射）得到的。

扫掠划分网格时，先划分源面，然后再映射到目标面。这种方法主要产生六面体单元或棱柱形单元，对几何体形状的要求较高，几何体必须是形状规则、可扫略的，且有形状一致、单一的源面和目标面。详细参见前期文章：Ansys Workbench扫掠网格划分方法。

多区网格划分

多区域网格划分方法适用于复杂的几何体，将区域划分为多个子域，然后在每个子域内进行网格划分。这种方法主要用于生成高质量的六面体网格，允许对不同几何形状的部分进行不同的网格划分方法，尤其适用于需要高质量六面体网格的动力学分析等场合。

对于一些规整的单体部件，传统扫掠方法难以直接得到六面体网格，而使用MultiZone网格划分方法，只需简单指定源面和设置网格控制参数，即可实现自动分区并生成所需的网格，大大减少了手动切割的工作量，能够高效完成复杂模型的前处理。

3 网格划分选择依据

1) 对于空间物体，尽量使用六面体网格划分方法。推荐用于具有很大的内部体积、无法扫掠的几何模型。对于薄层结构或复杂形状的模型不推荐采用。

2) 对于简单规则体，使用扫掠网格划分方法。要求实体在某一个方向上具有相同的拓扑结构，实体只允许一个目标面和一个源面，但薄壁模型可以有多个源面和目标面。

3) 对于简单规则体组合，使用多区网格划分方法，更适合于用扫掠方法不能分割拆解的几何模型。

4) 四面体网格划分方法是最后的选择。如果要忽略一些小细节（如倒角、小孔等），使用patah independent算法。如果要考虑一些细节，则使用patch conforming算法。

5) 自动网格划分方法是最傻瓜化的方式。程序自动检测实体，对可以扫掠的实体采用扫掠方法划分六面体网格，对不能扫掠划分的实体采用协调分片算法划分四面体网格。

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来源：纵横CAE

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