Ansys Workbench网格划分全攻略_Meshing_ACT_Mechanical_Workbench_MAGNET_非线性_动网格_控制

Ansys Workbench网格划分全攻略

1月前浏览893

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。

喜欢作者，请点赞和在看

来源：纵横CAE

学习CAE仿真技术，职场“薪”情大不同！

当今科技日新月异，工程师们正面临前所未有的挑战与机遇，CAE仿真技术正在颠覆产品研发流程，学习CAE仿真技术，职场“薪”情大不同，已经成为设计师不可逾越的进阶之路。1 提升职业技能随着科技的不断进步，传统的物理试验已经无法满足现代工程对精度和效率的要求。而CAE仿真技术，凭借其强大的计算能力和精确的模拟效果，正在逐步取代物理试验，成为产品研发降本增效不可或缺的有效工具。通过模拟振动、温差、气流、杂光、噪声等物理现象，工程师可以在虚拟环境中对海量设计方案进行反复验证和优化迭代，从而避免在实际生产中出现不必要的错误和损失，能够更快速、更准确、更高效地完成设计任务。2 拓展职业道路无论在航空航天还是新能源汽车领域，CAE仿真技术都有着广泛的应用。掌握这一技术，你将能够轻松应对各种挑战，拓展职业道路。同时，你还能够参与更多高端、复杂的项目中，与顶尖工程师们并肩作战，共同创造行业奇迹。更重要的是，根据数据显示，仿真工程师的薪资水平远高于城市平均薪资，且越老越吃香，没有35岁职场裁员危机。这意味着，学习CAE仿真技术，不仅能够提高个人收入水平，还能够提供一个稳定的职业生涯。3 解决实际问题CAE仿真技术已经成为制造业数字化转型升级的重要手段。无论是国家科技攻关项目，如“神州飞船”、“华龙一号”、“嫦娥五号”等，还是百姓日常生活产品设计，如电动汽车、智能手机、医疗设备等，都离不开CAE仿真。例如，在内衣设计领域，设计师们可以建立不同胸围内衣的CAE仿真模型，模拟内衣扣紧过程，将内径定义为变量，算出不同胸围内衣的应力，从而根据人体结构力学对内衣进行优化设计！又如，在跑鞋设计领域，设计师们可以建立足-鞋耦合CAE仿真模型，通过准确模拟足-鞋相互耦合作用，获取足部运动时受到的应力分布等信息，从而为鞋子选择以及个性化定制提供依据。再如，在建筑设计领域，建筑结构的安全性直接关系到人们的生命财产，设计师们可以对建筑进行地震、风载等CAE仿真，评估其在不同环境条件下的安全性能，为建筑设计提供有力支撑。4 提高工作效率传统的设计方法往往需要经过多次试制和实验才能确定最佳方案，而CAE仿真技术则可以在短时间内完成大量方案的模拟和比较，帮助工程师们快速找到最优解。这不仅缩短了产品开发周期，还降低了研发成本。从某种程度来说，传统设计和第六感差不多，主要依靠设计规范和经验。对于常见结构，传统设计可以保证安全性，但不是最优设计，不利于降低成本。对于复杂结构，传统设计甚至连使用的可靠性都无法满足。5 培养创新思维通过模拟不同材料和结构在各种条件下的性能表现，工程师们可以突破传统设计思维的束缚，尝试更多新颖、独特的设计方案，对于提升产品竞争力、拓展市场份额具有重要意义。工程师们可以创新性运用结构力学、生物力学、流体力学等多学科知识，建立考虑非牛顿流体力学以及流固耦合作用，研究精子运动的生物学过程，揭示人类受孕机理。工程师头疼脑热了，还可以建立脑脊髓流体动力学仿真模型。采用空隙压力-热力耦合单元，多孔介质有限元仿真技术模拟“脑子进水”导致头部扩张的过程，告诉身边小伙伴们“脑子进水”是什么感觉。综上所述，我强烈建议工程师们积极学习CAE仿真技术，以应对日益激烈的市场竞争和不断变化的客户需求。那么，怎么学习CAE仿真呢？1) 基础知识储备：需要掌握相关的数学和物理知识，如力学、材料学、热力学、电磁学等。此外，对计算机编程和算法有一定了解也是非常重要的。这些基础知识是CAE仿真的核心，也是后续深入学习的基石。2) 选择合适软件：目前，市面有许多CAE软件可供选择，如Ansys、Abaqus、Hypermesh等，当然SolidWorks、UG等设计软件也具有仿真功能。工程师们应根据自己的需求，选择最适合自己的软件。3) 注重实践操作：纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。理论学习是基础，但真正的掌握还需要通过大量的实践操作。工程师们可以通过大量参加培训、阅读教程、观看视频等方式，逐步提高自己的操作技能。4) 研究经典案例：学习他人的成功案例，可以帮助工程师们更好地理解CAE仿真技术的应用和优势。通过分析这些优秀案例，工程师们可以快速汲取经验，避免走弯路，帮助你在工作中解决问题更加得心应手。5) 紧跟时代潮流：CAE领域的技术日新月异，新的软件、算法和理论层出不穷。工程师们学习CAE仿真技术时，必须时刻保持学习的热情，不断跟进最新的技术动态。只有这样，才能在竞争中立于不败之地。6) 学会跨界融合：不仅要专注于自己的领域，还要学会扩宽视野。与材料、仿真、工艺等领域的专家进行交流合作，可以为你带来更多的启示和灵感。这种跨界融合的思维模式，将让你的CAE学习走得更远。不要再犹豫，不要再等待！是时候行动起来了！点击关注我们，获取更多关于CAE仿真的精彩内容，让我们一起迈向更加美好的未来！声明：本文部分内容和图片整理自网络，并不意味着支持其观点或证实其内容的真实性。如涉及版权等问题，请联系我们删除。来源：纵横CAE