【软件操作】AWB十问十答系列之网格划分技巧

【Automatic】：程序自动划分网格，程序自动划分的网格一般采用的是四面体网格，而且不会根据分析设计对于模型的需要在我们关心的部位细化网格，属于傻瓜式网格划分方法，建议不采用；

【Tetrahedrons】：采用四面体网格划分，在压力容器分析设计中四面体网格一般不采用，此划分方法也不适用；

【Hex Domiant】：以六面体网格划分为主，但在形状复杂或结构过渡部位会采用较容易划分的金字塔形和四面体网格，因压力容器分析设计要求纯六面体网格，所以此方法一般也不建议采用，但对于划分六面体网格难以实现的模型或所在部位并非应力关注点的时候可采用此种方法，只要在应力关注点计算精度能够保证也并非不可行；

【Sweep】：扫掠划分方法，这是最常用的划分方法，对于可扫掠的体，基于源面通过扫掠路径扫掠到目标面可完成全六面体网格划分，但是前提是所有的实体必须是可扫掠的，在划分完模型后，可通过右键点击“Show Sweepable Bodies”来显示是否所有的体都已是可扫掠体，如下图所示，绿色部分均已是可扫掠体，而灰色部分则不是可扫掠体；【Sweep】方法是可通过人为控制灵活划分全六面体网格的最佳方法，掌握这一种方法就足以划分出非常漂亮和规则的全六面体网格；

【Multizone】：多区域网格划分方法，此方法不需要我们划分实体，会内部自动划分实体，可自动判断哪些是可扫掠体并生成六面体网格，对不满足区域则采用更好的四面体等划分方法，所以对于比较简单且可比较容易形成扫掠体的模型采用此方法也可划分出全六面体网格，但对于复杂模型则会出现非六面体网格，缺乏灵活性和人为主动性。

（1）首先是设计人员需要清楚的明白什么样的体才是可扫掠体，基于这种基础认识，才能对一个复杂模型进行分析和剖解，进而才能知道哪些结构出需要划分实体，这是根本和前提；

（2）灵活巧用“Slice”功能，对于一些几何形状复杂的三维模型，需要先对模型有一个清晰的认识并进行分析，要明确在哪个部位划分实体可将体划分为可扫掠的实体，之后通过“Slice by surface””Slice by palne”等方法合理划分实体，实扫掠体的划分，考验的仍是分析人员对扫掠体的认识和模型的分析能力；比如下图锁斗模型，耳座部分是最难划分的部分，尤其是底板与垫板连接处、垫板与壳体连接处、筋板与垫板连接处，所以对于这些部位需要巧用“Slice”功能合理划分实体，将体均划分成可扫掠体才能实现全六面体网格的划分，下图锁斗模型便是用“Slice”功能将其划分成863个可扫掠实体。

（1）对于一些几何形状复杂的三位模型，分割操作的要诀是：在多有横截面发生变化的位置都应该进行分割操作；

（2）对于复杂应力梯度区域且需要细化网格的部位，可以使用slice功能划分出一个小区域，在这个区域上进行网格大小的设置；

（3）如果一个部件的不同区域具有不同的材料特性，就需要在材料变化处进行分割，然后分别为其赋予不同的材料属性；

（4）如果一条边或一条面的不同部分上具有不同的载荷或边界条件，就需要在载荷或边界条件变化处进行分割操作，然后分别为其定义不同的载荷和边界条件。

对于初学者来说，在没人指导的情况下会很容易忽视这一节点共享操作，笔者在最初学习的时候也忽视了这一点，在没有“Form new part”操作时觉得划分网格怎么这么简单，而且划出来的网格很漂亮也很规则，原来so easy，可真是大错特错，因为没有进行“Form new part”操作，每个体是作为单独的体存在的，划分网格也是针对独立的体划出的，而并没有实现两个相邻体之间节点的共享，当“Form new part”后则意味着相邻两个体的交界处需要拥有同样的网格节点，对于两个形状大小均不同的体实现节点共享就并非易事了，所以在划分完实体后切记要将所有的实体进行“Form new part”操作实现网格节点共享，只有节点共享才能实现位移、力等计算值的传递和求解。如上述锁斗模型共划分了493个实体，需将这493个实体进行“Form new part”操作实现节点共享。

（1）“先大后小”“网格划分顺序：先对大实体进行网格设置和划分，之后对与其节点共享的小实体进行网格设置和划分，在将大模型划分出漂亮且规则的六面体网格之后，与之想匹配的小模型则更容易划分出网格；

（2）“先难后易”“网格划分顺序：先将难划分的模型划分出合理规则的网格，对于容易的模型则更容易划分出网格，并实现节点共享；

（3）“先复杂后规则”“网格划分顺序：先将复杂的模型划分出合理规则的网格，对于骨子额的模型则更容易划分出网格，并实现节点共享；

当一个复杂三维模型被划分成所有可扫掠的实体以后便可用“Sweep”方法进行六面体网格划分，同时辅以”Sizing”功能（可对Body，Face，Edge进行网格大小的设置），对网格密度和质量的合理控制，便可得到很规整漂亮的网格，并可实现对局部区域网格进行细化，但最常用的是对“Edge”进行“Sizing”操作，可对边进行“Element Size”“Number of Divisions”等设置将边的大小设置为定值或将边进行等份划分，如下图对管板和换热管的边进行了等份划分，便于划分精细化且高质量的网格；另外还有一个很好用的功能“Bias Type”，可实现对网格的梯度划分，如下图管箱筒体部分，在靠近管板倒角部分网格间距较小，之后间距则越来越大，通过此功能可实现对不同位置网格密度和质量要求的区分，实现了对应力关注部位网格的细化，而非关注部位的网格稀疏化，可有效减小网格数量，在保证计算精度的前提下实现计算效率的提高。

一般可通过单元质量、网格扭曲度（0~1之间）等对网格质量进行评价，当单元平均质量大于0.6以上时则可认为网格质量达标，而对于扭曲度则扭曲因子越大意味着网格质量越差。通过这两个指标就完全可以判定网格质量，其他指标可作为辅助参考。

（1）最常用的是通过细化网格再次进行求解验证，如果细化网格后计算结果与未细化之前计算结果相当，则可认为在当前网格密度和质量下计算结果是可靠的，若细化网格后计算结果与未细化之前相差很多，则表面在当前网格密度下计算结果不准确，需进一步细化网格密度得到更为精确的解；

（2）AWB中有一个convergence功能，通过定义其允差和循环计算次数，不断细化网格后得到的结果进行比较，以确定其是否收敛及最终计算数值，但convergence功能是通过refine功能细化网格的，得到的是四面体网格，即其计算的结果均是采用四面体网格划分的，此方法在要求全六面体网格的模型不适用。

原则是：在某些重点关注的区域内细化网格划分（如应力集中区域、应力梯度变化区域、塑性应变较大的区域或接触面上），以提高计算精度，在不需要过多关注或不重要的部位划分较粗的网格，从而减小模型规模，缩短计算时间。工程实际中，往往可以实现预测出哪个区域的应力较大，建模时就可以有选择的在这些重点区域细化网格；如果事先无法知道最大应力所在位置，可以先为整个模型划分较粗的网格进行粗略计算，得出应力的大致分布后，再在应力较大处进行网格细化，然后将整个模型重新分析，或采用子模型技术单独分析所关心的区域。