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ANSYS ICEMCFD 11 自动体网格生成


11.0 New Features

自动体网格划分

1/10/2007 ? 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.

11.0 New Features ANSYS, Inc. Proprietary

Inventory #002382 1-1

ANSYS v11.0
体网格划分
? 自动创建三维网格单元填充空间
– 一般为 “非结构”
? 主要为 四面体网格
Training Manual

– 全三维分析
? 二维分析不能真实模拟

– – – –

内/外流动模拟 结构化实体建模 热应力 更多内容!

? 标准流程
– 从几何开始 – ? Octree tetra(八叉树四面体) 从已存在的网格开始 ? Delauney/T-grid – Robust(鲁棒性)
– Walk over features ? Cartesian(迪卡尔) – 最快 ? 必须设定尺寸
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– 同时存在几何和面网格
? 部分模型已存在网格

– 快速 ? Advancing Front – 梯度光顺,尺寸过渡 ? 六面体核心网格 ? 全六面体
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– 增长层
? “棱柱”

– “多区域”
? Block
Inventory #002382 1-2

ANSYS v11.0
一般步骤
? 首先设置体网格参数
– 全局参数设置 > 体网格参数 – 选择网格类型 – 在网格类型下选择网格生成方法 – 为特定方法设置选项
Training Manual

? 导入/创建表面网格
– 作为面网格 – 对于 Delauney, Advancing Front, T-grid, Hex-Dominant ? 所有这些类型采用全局和局部 网格设置,从几何开始自动创 建网格而不需要用户干预, ? 如果有疑问,可以先生成面网 格,然后从面网格开始。

? 设定网格尺寸
– 全局
? 作为面网格

– 局部
? 局部/面/线 网格 设置 ? 作为面网格 ? 限于从几何开始 – Octree(叉树) – Cartesian(迪卡尔)

? 网格计算
– 网格> 完成网格 > 体网格

? 定义体区域
– 一般在复杂模型上进行Octree划分 – 多区域

? 生成棱柱网格 (可选)
– 作为分开的过程 – 也可以随四面体网格生成自 动划分

? 定义密度区域 (可选)
? 在体内几何不真实存在的区域定义网格尺 寸
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Inventory #002382 1-3

ANSYS v11.0
定义材料点
Training Manual

? 定义体区域
可选 用于复杂几何 多体区域 几何 -> 创建体 两点中心
任意选择两点使其中点在体区域内 首选

材料点

在特定点
通过体内点在体内定义体区域

由拓扑关系
通过设置封闭曲面定义体 必须首先建立诊断拓扑

整个模型
自动定义所有体

已经选择的面
用户从封闭体选择面

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Inventory #002382 1-4

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网格类型
? 四面体/混合
– 最普遍 – 四面体 – 带有六面体核心网格
? 六面体网格 (cartesian) 填充主要区域 ? 四面体(阵面推进法则) 用来填充表面或棱柱层和 六面体核心网格之间的区域 ? 四面体和六面体网格间采用金字塔过渡
纯四面体
Training Manual

– 有附面层
? ? ? ? 从三角形表面网格生成棱柱层 从四边形面网格生成六面体网格 四面体/或六面体核心网格填充内部区域 金字塔覆盖四边形区域 – 六面体核或六面体附面层

有棱柱层的四面体

– 与结构六面体网格合并的混合网格
四面体/棱柱层/六面体核心网格
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Inventory #002382 1-5

ANSYS v11.0
网格类型
? 六面体为主的网格
– – – – 从已存在的四边形面网格开始 近表面的六面体网格质量较好 有时内部网格质量稍差 能够很好满足静态变形要求
Training Manual

? 笛卡尔
– 自动纯六面体 – Rectilinear mesh – 阶梯梯度 – 体适应 – 最快速创建体网格方法

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网格生成方法
? 四面体/混合
– 鲁棒性 (八叉树)
? 和面网格一样 > Patch Independent – 保留体内四面体网格 ? 如果已经有复杂的不干净的几何 ? 不想花太多时间处理几何 ? 不想花太多时间仔细化面网格 ? 不想花时间修补简化几何 ? 只需要在几何上设置适当的尺寸 – Parts – Surfaces – Curves
Training Manual

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Inventory #002382 1-7

ANSYS v11.0
八叉树方法 Octree
? ICEM Tetra 使用 独立于几何小面的 Octree 方法 – 体网格
? 首先生成独立于几何模型的体网格 ? 网格节点映射到模型表面、线和点上 ? 同时产生表面网格
网格细节
Training Manual

– 网格与几何表面的构成不关联
? 不是表面上所有的边需要捕捉 ? 隐藏线/点
– Delete – Filter points/curves under Build Diagnostic Topology

忽略狭长面 几何

网格

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Inventory #002382 1-8

ANSYS v11.0
八叉树四面体网格对几何的需求
Training Manual

几何修复工具能快速 找到问题并予以解决

? 需要封闭的几何模型
Build Diagnostic Topology 查找丢失的面 查找洞和缝隙 四面体能忽略小于当地网格尺寸的缝隙

推荐捕捉几何的特征线和点 推荐定义区域的材料点
对于简单的几何,四面体网格生成器能够自动生成物质点

设置全局、表面和线段的网格参数
注意网格数量信息

丢失入口面
高亮黄边显示洞的存在
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Inventory #002382 1-9

ANSYS v11.0
使用点和线特征
Training Manual

?

引入几何模型

? ?

曲线和点包括 网格参数在面和线上设置

捕捉了网格细节

粗化的网格忽略了几何细节

? ?
? ? 不包括点和线 仅在表面设定网格大小
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曲线和点影响网格捕 捉几何的能力! 创建拓扑 能容易地 捕捉几何的特征线与 点
Inventory #002382 1-10

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ANSYS v11.0
Octree – 选项
? 设置选项: 全局网格设置 > 体网格参数
– 作为后台运行
? 作为独立过程运行. 图形界面保持交互式.
Training Manual

– 快速过渡
? 从粗网格到细网格快速过渡 ? 减少网格量

– Edge Criterion(边评判)
? 通过一个因子细分网格比设定参数能更好的捕捉几何外形

– 定义 Thin cuts
? 处理细缝、尖角的工具 ? 用户选择一对部件 ? 解决两个相邻面的单元突越

– 光顺
? 网格生成后自动光顺

– 粗化 – 更多细节请见帮助手册

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Inventory #002382 1-11

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Octree – 选项
? 运行选项: 计算网格 > 体网格参数
– 创建棱柱层
? 部件网格设置后开始 ? 四面体网格完成后立即开始 ? 在现有的四面体网格上生成
Training Manual

– 创建六面体核心网格
? 保留表面网格(或棱柱层),抛弃四面体网格 ? 迪卡尔网格填充体内部 ? 金字塔过渡

– 输入
? 选择几何 – 选择所有可见 – 一个一个部件进行 ? 每个部件网格独立 ? 部件之间网格非一致 – 从文件开始 ? 选择tin文件

– 使用已有的网格
? 选择已经生成面网格的部件 ? 采用一致性匹配八叉树体网格和面网格

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Inventory #002382 1-12

ANSYS v11.0
基于曲率变化的网格自适应加密
?
Training Manual

基于曲率网格细分
– 八叉树 – 自动细分以捕捉几何细部特征,细分的网格小于表面设定的网 格 – 输入尺寸需要与 Scale Factor相乘,该值是网格细分的下限 – 主要用于几何形状确定网格大小,避免了对每一对象设定网格 参数

Natural Size: 与 Factor 相乘得到全 局最小的网格尺寸 设定网格尺寸(Prescribed element size): 表面/曲线的最 大网格参数与比例因子相乘得到的实际网格尺寸 设定网格尺寸足 够了 在曲率变化段网 格自动细分

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Inventory #002382 1-13

ANSYS v11.0
曲率自适应
? 加密
– 沿圆上布置的网格数量 – 避免网格细分达到global minimum 这会造成网格数 量极其大
– 沿圆布置的网格数量达到 设定值后即停止增长 Prescribed size
Training Manual

Min size limit

– 不会低于网格Natural size的 网格

Refinement = 12

? 例子
– 采用更大的网格完成细化网 格填充 – 不用全局最小尺寸捕捉曲率

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Inventory #002382 1-14

ANSYS v11.0
自适应加密, 缝道处的网格
? 缝道单元
– 在窄缝隙的需要的网格数量 – 避免网格细分达到global minimum 这会造成网格数量 极其大
– 沿圆布置的网格数量达到设 定值后即停止增长 Prescribed size
Training Manual

Min size limit

– 缝隙网格不会小于natural size

Cells in Gap = 5

? 例子
– 缝隙仅仅一个网格 – 不会小于natural size – 必须设置更小的 natural size
Prescribed size Natural size (1/5th smaller)

Cells in Gap = 5

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Inventory #002382 1-15

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Workshop
Training Manual

进行 EngineBlock 教程

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Inventory #002382 1-16

ANSYS v11.0
网格生成方法
? 四面体/混合网格
– 快速 (阵面推进)
? 如果已经有质量好的 表面网格 – 从表面网格开始 – 从八叉树 – 从导入的部分面 网格
Training Manual

? 设置选项:
– 内存分配因子
? 分配更多的内存 ? 通常自动化

– 增长因子
? 从面开始的增长率

– 填补体网格里的洞 – 划分所有区域网格 – 对于多物质点体网格生成,完成后 进行体网格part分配 – 错误输出诊断

? Uses initial point cloud; distributed so that the centroid of any tetra is outside circumsphere of any neighboring tetra

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Inventory #002382 1-17

ANSYS v11.0
网格方法
? 四面体/混合
– 光顺(Advancing Front)
? 和阵面推进一样快 (Delauney) 但是 ? 使用阵面推进法从表面向内部推进网格 ? 来自 GE/CFX 的算法 ? 网格尺度变化更加渐进
– 更精细 – 表面网格质量必须相当高
Training Manual

? 设置选项: 自适应检查
– 检查填充小缝隙 – 运行时间长

– Tgrid
? 来自fluent的体网格运算法 ? 和delauney略有不同 ? 靠近表面渐进过渡 ? 向内部快速过渡
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Inventory #002382 1-18

ANSYS v11.0
网格方法
? 运行选项:
– 类似 Delauney, Advancing Front, TGrid – 创建 棱柱层 /六面体核心网格
? 和 八叉树 法一样 ? 对于 Advancing Front, TGrid 不提供六面体核心网格
Training Manual

– 输入
? 所有几何 – 没有用户输入,首先运行表面网格 – 采用参数 Shell/Part/Surface/Curve Mesh 设置 ? 现有网格 ? Part by Part/From File – 和 Octree 法类似

– 体部件名称
? 对于新生成的四面体网格

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Inventory #002382 1-19

ANSYS v11.0
Comparison
Training Manual

Octree

Delauney
Expansion Ratio=1.2

Adv.front

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Inventory #002382 1-20

ANSYS v11.0
设置网格尺寸
Training Manual

?
– –

Create Mesh Density
用一定大小的网格填充体区域,例如. 在机翼尾迹设定这样的区域 无实际几何!(例如圆柱)
? ? 网格节点不限制在密度盒表面 可以与几何表面相交

– –

在密度盒内创建密度盒 设置Size
? ? ? 需要乘以比例因子Scale Factor Ratio 网格生长比率 Width 密度盒内填充网格的层数 Points – 用2-8个 位置的点(2点为圆柱状) Entity bounds – 用选择对象的边界作密度盒



类型Type
? ?

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Inventory #002382 1-21

ANSYS v11.0
其他全局网格设置选项
Training Manual

?
? ?

定义周期性边界条件Define Periodicity
在周期性面上强行节点对齐 对于划分网格和求解,仅需要取几何的一个周期
– – 旋转周期
? ? 输入基点 Base, 轴Axis, 和角度 Angle 输入偏移量 offset

平移周期

经验: 把材料点放 在近中间面

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Inventory #002382 1-22

ANSYS v11.0
棱柱层网格划分
Training Manual

? 棱柱层
– 为了更好模拟边界层效应 – 网格和表面正交

? 过程
– 设定全局棱柱层参数 – 选择产生棱柱层的部件
? 通常为壁面边界

– 为每个部件设定局部参数
? 覆盖全局设定 ? 参数默认为0,则采用全局设定

– 从存在的网格开始 – 作为体网格的一部分运行

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Inventory #002382 1-23

ANSYS v11.0
棱柱层– 全局参数
? 全局棱柱参数
– Growth law 增长规律
? exponential: 指数 ? linear: 线性 h(r)(n-1) [n 为层] h(1+(n-1)(r-1))
Training Manual

– Initial height 初始高度
? 不指定时自动计算

h N r 总棱柱厚度

– Number of layers 层数 – Height ratio – Total height 高度比率 总高度

– 指定4个参数中的3个
? – Compute params 将计算余下的参数

Others to follow

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Inventory #002382 1-24

ANSYS v11.0
运行生成棱柱层
? 从体网格开始
– 在运行体网格之前必须打开每个部件棱柱层网格设置 – 设置 高度, 比率, 层数
? 否则采用全局默认参数 – 在 Tetra/Mixed 选项里打开创建棱柱层
Training Manual

– 立刻运行计算

Note: Use only when confident of your geometry and sizes defined.
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Inventory #002382 1-25

ANSYS v11.0
运行生成棱柱层
Training Manual

? 独立进行
– Compute Mesh > Prism Mesh – 打开部件设置棱柱层参数 – 可以设置 高度, 比率, 层数
? 其他采用全局默认参数 – 从表面网格开始 – 从体网格开始
? 可以支持四面体 ? 不能从六面体核心网格开始 ? 不能和内部六面体网格冲突

– Compute

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Inventory #002382 1-26

ANSYS v11.0
棱柱层 – 光顺选项1
? Fix marching direction
– 保持棱柱网格生成与表面正交
Training Manual

?

Min prism quality 最低允许棱柱质量
– 每层都受此限定 – 当质量不满足时,重新方向光顺或者用金子 塔型单元覆盖或替换

?

Ortho weight

正交权因子

– 节点移动权因子(0为提高三角形质量,1为 提高棱柱正交性)

?

Fillet ratio 倒角比率

见下一页

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Inventory #002382 1-27

ANSYS v11.0
棱柱层选项 –圆角比率
– 圆角比率 Fillet Ratio – 在尖拐角处圆滑棱柱网格线 ? 0 = 无圆角 ? 1 =圆角曲率等于棱柱层高度 – 如果在狭窄的空间通常夹角小于60?, 可能没有空间生成按比率圆角
Training Manual

Fillet Ratio = 0.0

Fillet Ratio = 0.5

Fillet Ratio = 1.0

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Inventory #002382 1-28

ANSYS v11.0
棱柱层选项– 最大棱柱角
– Max prism angle 最大棱柱角 – 控制弯曲附近或到邻近曲面棱柱层的生成 – 在棱柱网格停止的位置用金字塔连接网格 – 通常设置为120? 到180? 范围内 – 这些需要经验. 如果只从一个 part拉伸而临近的part不执行拉伸操作, 并 且两个曲面的夹角大于指定的值, 棱柱网格会和临近的曲面分离并被金 字塔形网格覆盖. 这为了防止使棱柱体网格弯曲 以至于生成具有低质量 角度的网格. 但是金字塔形网格有时也会出现问题 .
Training Manual

Original mesh

Max prism angle = 180 deg.

Max prism angle = 140 deg.

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Inventory #002382 1-29

ANSYS v11.0
棱柱层选项– Max Height Over Base
– Max height over base – 限制棱柱体网格的纵横比 – 在棱柱体网格的纵横比超过指定值的区域棱柱层停止生长 – 棱柱层的数目在局部区域无法保证 – 在棱柱层边界网格融接为金字塔形网格
Training Manual

Max Height Over Base not set

Max Height Over Base = 1.0

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Inventory #002382 1-30

ANSYS v11.0
棱柱层选项 – 高度限制因子
– 棱柱高度限制系数 – 限制网格的纵横比
Training Manual

? 如果factor达到指定值,棱柱体网格的高度不会扩展
– 保证指定的棱柱体网格层数 – 如果相邻两个单元尺寸差异的 factor大于2时,功能失效

Limit factor not set

Limit factor = 0.5

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Inventory #002382 1-31

ANSYS v11.0
棱柱层选项 – 部件控制
? New volume part – 指定新的part存放棱柱单元或者从已有的面或 体网格part中选择 – Side part – 存放侧面网格的part ? Top part – 存放最后一层棱柱顶部三角形面单元 ? Extrude into orphan region – 当选中时,向已有体单元外部生长棱柱,而 不是向内
Training Manual

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Inventory #002382 1-32

ANSYS v11.0
棱柱层选项 – 光顺
? 为了得到高质量的棱柱层,需预先准备四面体或三角 形网格
– 如果只有一层预长层,可以设置surface/volume steps为0 ? 其他的默认参数就可以 ? 取值依赖于经验 – 三角形 质量类型 ? Laplace 光顺通常适合棱柱层最终质量 – 最大方向光顺步长 ? 基于初始质量重新定义增长方向 ? 每层内部计算 ? ? 其他高级参数 – 详见帮助
Training Manual

读取一个棱柱层网格文件
– 已保存的参数可能需要从上一个模型读取 – 无需重设参数

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Inventory #002382 1-33

ANSYS v11.0
光顺 Tet/Prism 网格
生成棱柱层后: – Edit Mesh > Smooth Mesh Globally
– 回顾网格编辑章节
Training Manual

– 首先光顺三角形或四面体网格 ? 固定 PENTA_6 ? 不要改变棱柱层网格 – 一旦四面体和三角形网格光顺完成后才开始光顺所有网格 – 设置 光顺 PENTA_6 – 降低光顺网格质量以致不让棱柱层太扭曲

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Inventory #002382 1-34

ANSYS v11.0
劈分棱柱层
Training Manual

– 分割棱柱层 – I如果需要多层棱柱, 则先生成单层棱柱,然后劈分 成多层,这种方法鲁棒性好,速度快。 – Edit Mesh > Split Mesh > Split Prisms
– Fix ratio: 采用给定的增长率劈分 – Fix initial height: 采用第一层给定的高度进行劈分

– 定义层数 – 能劈分任何存在的层

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Inventory #002382 1-35

ANSYS v11.0
重新分配棱柱层
Training Manual

? ?

重新分布棱柱层 指定 initial height (初始高度),所有的网格层重新分布以使第 一层的厚度满足要求并按固定的比率扩展层数。

? ?

Edit Mesh > Move Nodes > Redistribute Prism Edge 为网格层指定要求的 Initial height

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Inventory #002382 1-36

ANSYS v11.0
六面体核心网格
? 采用六面体网格填充区域
– 笛卡尔运算法则 – 必须设置部件参数 – 定义最大尺寸
? 不需要设置,就用实际尺寸
Training Manual

– 体网格生成选项
? Robust (octree) ? Quick (Delaunay)

– 在表面或棱柱层顶端附近开始建立方形网格块 – 金字塔过渡 – 在表面网格或棱柱层顶部和金字塔网格层之间填充阵 面推进的四面体网格 – 输入可以是已经存在的体网格
– 对于 octree, 不能先生成四面体网格 – 对于 Delaunay, 首先生成六面体核心网格 – 如果不创建棱柱层 – 六面体核心网格最后创建
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Inventory #002382 1-37

ANSYS v11.0
Workshop
Training Manual

Try the WingBody Tutorial

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Inventory #002382 1-38


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