3.1 网格划分平台

ANSYS Workbench中提供ANSYS Meshing应用程序（网格划分平台）是为了提供通用的网格划分格局。网格划分工具可以在任何分析类型中使用。

● FEA仿真：包括结构动力学分析、显示动力学分析（AUTODYN、ANSYS LS/DYNA）、电磁场分析等。

● CFD分析：包括ANSYS CFX、ANSYS FLUENT等。

3.1.1 网格划分特点

在ANSYS Workbench中进行网格划分，具有以下特点：

● ANSYS网格划分的应用程序采用的是Divide & Conquer（分解克服）方法。

● 几何体的各部件可以使用不同的网格划分方法，亦即不同部件的体网格可以不匹配或不一致。

● 所有网格数据需要写入共同的中心数据库。

● 3D和2D几何拥有各种不同的网格划分方法。

3.1.2 网格划分方法

ANSYS Workbench中提供的网格划分法可以在几何体的不同部位运用不同的方法。

1．对于三维几何体

对于三维几何体（3D）有如图3-1所示的几种不同的网格划分方法。

（1）自动划分法（Automatic）

自动设置四面体或扫掠网格划分，如果体是可扫掠的，则体将被扫掠划分网格，否则将使用Tetrahedrons下的Patch Conforming网格划分器划分网格。同一部件的体具有一致的网格单元。

（2）四面体划分法（Tetrahedrons）

四面体划分法包括Patch Conforming划分法（Workbench自带功能）及Patch Independent划分法（依靠ICEM CFD Tetra Algorithm软件包实现）。四面体划分法的参数设置如图3-2所示。

Patch Independent网格划分时可能会忽略面及其边界，若在面上施加了边界条件，便不能忽略。它有两种定义方法：Max Element Size用于控制初始单元划分的大小；Approx number of Elements用于控制模型中期望的单元数目（可以被其他网格划分控制覆盖）。

当Mesh Based Defeaturing设为ON时，在Defeaturing Tolerance选项中设置某一数值，程序会根据大小和角度过滤掉几何边。

（3）六面体主导法（Hex Dominant）

首先生成四边形主导的面网格，然后得到六面体，最后根据需要填充棱锥和四面体单元。该方法适用于不可扫掠的体或内部容积大的体，而对体积和表面积比较小的薄复杂体、CFD无边界层的识别无用。

（4）扫掠划分法（Sweep）

通过扫掠的方法进行网格划分，网格多是六面体单元，也可能是楔形体单元。

（5）多区划分法（MultiZone）

多区及扫掠划分网格是一种自动几何分解方法。使用扫掠方法时，元件要被切成3个体来得到纯六面体网格。

2．对于面体或壳二维几何

对于面体或壳二维（2D）几何，ANSYS Workbench提供的网格划分方法有：

● 四边形单元主导（Quad Dominant）。

● 三角形单元（Triangles）。

● 均匀四边形/三角形单元（Uniform Quad/Tri）。

● 均匀四边形单元（Uniform Quad）。

3.1.3 网格划分技巧

不同的软件平台，网格的划分技巧也是不同的，针对ANSYS Workbench网格划分平台，网格的划分技巧如下。

1．对于结构网格

● 可以通过细化网格来捕捉所关心部位的梯度（包括温度、应变能、应力能、位移等）。

● 结构网格大部分可划分为四面体网格，但首选网格是六面体单元。

● 有些显式有限元求解器需要六面体网格。

● 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．对于CFD网格

● 可以通过细化网格来捕捉关心部位的梯度（包括速度、压力、温度等）。

● 网格的质量和平滑度对结果的精确度至关重要（提高网格质量和平滑度会导致较大的网格数量，通常以数百万单元计算）。

● 大部分可划分为四面体网格，但首选网格是六面体单元。

● CFD网格的四面体单元通常是一阶的（单元边上不包含中节点）。

3．网格划分的注意事项

● 需要注意细节，几何细节是和物理分析息息相关的，不必要的细节会大大增加分析需求。

● 需要注意网格细化，复杂应力区域等需要较高密度的网格。

● 需要注意效率，大量的单元需要更多的计算资源（内存、运行时间），网格划分时需要在分析精度和资源使用方面进行权衡。

● 需要注意网格质量，在网格划分时，复杂几何区域的网格单元会变扭曲，由此导致网格质量降低，劣质的单元会导致较差的结果，甚至在某些情况下得不到结果。在ANSYS Workbench中有很多方法可用来检查单元网格的质量。

3.1.4 网格划分流程

在ANSYS Workbench中，网格的划分流程如下：

设置划分网格目标的物理环境。

设定网格的划分方法。

网格参数的设置（尺寸、控制、膨胀等）。

为方便使用创建命名选项。

预览网格并进行必要的调整。

生成网格。

检查生成的网格质量。

准备分析网格。

3.1.5 网格尺寸策略

对于划分不同分析类型的分析系统，网格尺寸的控制策略也不同，下面简单介绍力学分析及CFD分析的网格尺寸策略。

1．力学分析网格尺寸策略

● 利用最小输入的有效方法来解决关键的特征。

● 定义或接受少数全局网格尺寸并设置默认值。

● 利用Relevance和Relevance Center进行全局网格调整。

● 根据需要可对体、面、边、影响球定义尺寸，可以对网格生成的尺寸施加更多的控制。

2.CFD网格尺寸策略

● 在必要的区域依靠Advanced Size Functions（高级尺寸功能）细化网格，其中默认为Curvature，根据需要可以选择Proximity。

● 识别模型的最小特征：设置能有效识别特征的最小尺寸，如果导致过于细化的网格需要在最小尺寸下作用一个硬尺寸，可以使用收缩控制来去除小边和面，以确保收缩容差小于局部最小尺寸。

● 根据需要可以对体、面、边或影响球定义软尺寸，可以对网格生成的尺寸设置更多的控制。