Ansys Workbench網格控制之——全局網格控制

在使用ANSYS Workbench進行網格劃分時，全局網格控制可以使用默認的設置，但要進行高質量的網格劃分，還需要用戶了解全局控制的常用設置，尤其是對于復雜的零部件。

網格全局控制的設置包含了7個組別，分別是Display（顯示）、Defaults（缺省設置）、Sizing（尺寸控制）、Quality（質量控制）、Inflation（膨脹控制）、Advanced（高級控制）、Statistics（網格信息）等信息，如下圖所示。

1 顯示組

顯示組可以用于直觀地顯示網格質量，各選項的含義將在質量組中詳解。

2 缺省設置組

缺省設置包括Physics Preference物理場選擇、Relevance關聯度、Element Midside Nodes網格中節點。

2.1 Physics Preference物理環境選擇

劃分網格目標的物理環境包括結構分析（Mechanical）、電磁分析（Electromagnetics）、流體分析（CFD）、顯示動力學分析（Explicit）等

不同物理場下默認設置如下圖

2.2 Relevance關聯度

Relevance數值越小網格越粗疏，即可拖到也可輸入值，從-100至100代表網格由疏到密。

雖然Relevance Center是在尺寸參數控制選項里設置的，但由于Relevance需要與其配合使用，故在此一起介紹。Relevance Center是在Relevance數值基礎上再次區分粗、中、精。如下圖。

2.3 Element MIdside Nodes網格中節點

用于設置網格的中節點，dropped為去除中節點，kept為保留中節點。

如果為缺省值Program Controlled則由程序默認控制，以下為實體、殼、梁的網格單元默認值

3 Sizing尺寸控制組

3.1 Size Function尺寸函數

Adaptive自適應：此選項為默認值，也是最常使用的設置。此時網格控制的規則為先從邊開始劃分網格，在曲率比較大的地方自動細化網格，然后產生面網格，最后產生體網格。

Curvature曲率：在有曲率變化的地方網格會自動加密，可以控制曲面處網格的變化，使轉角處或孔洞的曲邊的網格細化（對直角邊不起作用）。第一控制參數是Curvature Normal Angle曲率法向角（默認不細化，若要細化需要手動修改此值），細化的目標是曲邊的單獨網格跨越Curvature Normal Angle這個角，且小于最小尺寸。

Proximity近距：細化臨近部位的網格，可以控制狹窄和薄壁處網格層數，但是對曲面往往處理不好。第一控制參數為Num Cells Across Gap狹窄處網格層數，默認3層。細化的目標是狹窄處和薄壁處的網格層數達到Num Cells Across Gap值，且小于Proximity Min Size(近距最小劃分尺寸)。

P&C近距和曲率：即可以控制曲面處網格的變化，也可控制窄薄處網格層數。

Uniform固定：控制網格尺寸最大與最小值，不會根據曲率或窄薄自動劃分網格。

3.2 Relevance Center關聯中心，見2.2

3.3 Element Size單元尺寸（略）

3.4 Initial size Seed初始尺寸種子

Initial Size Seed初始尺寸種子：用來控制每一部件的初始網格種子，此時已定義單元的尺寸會被忽略。上面的解釋比較晦澀，其實初始種子就是我們指定程序從哪里開始取值，默認初始種子是Active Assembly（激活的裝配體），一般我們不需要去設置。

Active Assembly激活的裝配體：該選項為默認選項，初始種子放入未抑制部件，網格可以改變。

Full Assembly全部裝配體：選擇該設置時，不考慮抑制部件的數量，初始種子放入所有裝配部件。由于抑制部件的存在，網格不會改變。

Part零件：選擇該設置時，初始種子在網格劃分時放入個別特殊部件。由于抑制部件的存在，網格不會改變。

3.5 Transition過渡

用于控制鄰近單元增長比，包含 Fast、Slow 兩個選項可供選擇。通常情況下 CFD、Explicit 分析需要緩慢產生網格過渡，Mechanical、Electromagetics 需要快速產生網格過渡。

3.6 Span Angle Center跨度中心角

跨度中心角只有在Size Function 關閉時方可使用。用來設定基于邊細化的曲度目標。控制網格在彎曲區域細分，直到單獨單元跨越這個角，包含 Coarse（粗糙：60°~91°）、Medium（中等：24°~75°）、Fine（細化 12°~36°）三個選項可供選擇。

3.7 Automatic Mesh Based Defeaturing自動清理特征與Defeature Size特征尺寸

當Automatic Mesh Based Defeaturing自動清除特征設置為on時會出現Defeature Size特征尺寸項。當邊的網格尺寸小于Defeature Size所設的值時，將放大此處的網格。當Defeature Size設置為0（Default）時，表示不清除。

3.8 其他尺寸設置

當3.1的Size Function尺寸功能設置為非默認時將出現以下選項。

Min Size 體網格最小尺寸
Max Face Size 面網格最大尺寸
Max Tet Size 體網格最大尺寸
Growth Rate 網格增長率，此項設置后，3.5項Transition過渡設置將不 再起作用。

4 Quality質量控制

4 .1 Check Mesh Quality網格質量檢查

默認為檢查錯誤，可以設置不檢查或檢查錯誤和報警。

4 .2 Error Limits錯誤限制

默認為標準模式，可以設置為積極模式

4 .3 Target Quality質量目標

質量為0~1之間的數值，越靠近1表示質量越好，越靠近0表示質量越差。Target Quality質量目標為網格質量優化目標，默認0.05。如下圖，在設置質量目標前，網格質量最低為0.33，當把質量目標設置為0.5并重新生成后，網格最低質量變為0.5。當然，優化后最低質量也不一定能達到質量目標值，這時候程序將會讓盡量多的網格的質量優化到設定值以上。

4 .4 Smoothing平滑

平滑（Smoothing）是通過移動周圍節點和單元的節點位置來改進網格質量，平滑有助于獲得更均勻尺寸的網格。Medium用于結構、流體與電磁計算使用默認即可，High用于顯示動力學計算。

4 .5 Mesh Metric網格評估

網格劃分完成后，若要查看網格質量，只需選擇Mesh Metric右側對應的質量判據。顯示窗口下方將出現一張柱狀表，點擊對應的柱狀，可以在顯示窗口中看到對應的網格。Mesh Metric下方會出現最大數值最小數值等統計值。

判據種類如下圖：

Element Quality單元質量：為0~1之間的數值，越靠近1表示質量越好，越靠近0表示質量越差。
Aspect Ratio縱橫比（長寬比），即對單元的三角形或四邊形頂點計算長寬比（最長邊/最短邊）。數值≥1，等于1時表示質量最好，數值越大網格質量越差。結構分析中，縱橫比應＜20，大于20將發生警告，大于1e6將發生錯誤。

Jacobian Ratio (MAPDL）雅可比（MAPDL方法）：是判斷某單元的實際形狀與該類單元的理想（標準）形狀的差別程度，數值≥1，等于1時表示質量最好，數值越大網格越扭曲。

Jacobian Ratio (Corner Nodes）雅可比（角節點）與Jacobian Ratio (Gauss Points)雅可比（高斯點）：范圍為-0.1~1。用來判斷單元的高曲率和扭曲情況。雅可比越接近于1越好，不能接近于0或為負值，否則將導致嚴重的局部網格劃分失敗問題。
Warping Factor翹曲因子：數值≥0，0代表最好。主要用于檢查四邊形殼單元或六面體單元的四邊形面，判斷四邊形的4個頂點是否在同一個平面內，其值基于單元跟其投影間的高差。0說明四邊形位于同一個排名上，值越大說明翹曲越厲害。

Parallel Deviation平行偏差，數值≥0，0代表最好。在一個四邊形單元中，由兩條對邊的向量的點積，通過acos得到一個角度。取兩個角度的大值。無中節點的四邊形的警告限值為70°，錯誤限值為150°。

Maximum Corner Angle最大拐角，計算最大頂角對三角形來說，理想值為60°（等邊三角形），對四邊形，理想值為90°（矩形）。無中節點的四邊形警告限值155°，錯誤限值179.9°。

Skewness畸變度（傾斜度），數值范圍0~1，0為理想值，1為最差值。

Orthogonal Quality正交質量，數值范圍0~1,1代表最好，0代表最差。

5 Inflation膨脹控制

5.1 Use Automatic Inflation使用自動膨脹

是否自動劃分邊界層，一般按默認設置的None。

5.2 Inflation Option膨脹選項

Smooth Transition（平滑過渡）該選項為默認選項，如下圖所示，表示使用局部四面體單元尺寸計算每個局部的初始高度和總高度，以達到平滑的體積變化比。每個膨脹的三角形都有一個關于面積計算的初始高度，在節點處平均。這意味著對于均勻網格，初始高度大致相同，而對于變化網格，初始高度是不同的。 需要輸入Transition Ratio邊界層過渡比， Maximum Layers最大邊界層數，Growth Rate邊界增長率。

Total Thickness總厚度：用來創建常膨脹層，其參數如下圖所示。可用Number of Layers邊界層數 的值和Growth Rate邊界增長率來控制，以獲得Maximum Thickness值控制的總厚度。不同于Smooth Transition選項的膨脹，Total Thickness選項的膨脹的第一膨脹層和下列每一層的厚度都是常量。

First Layer Thickness第一層厚度：用來創建常膨脹層，其參數如下圖所示。可使用 First Layer Height第一層高度、Maximum Layers最大邊界層數和Growth Rate邊界增長率來控制生成膨脹網格。不同于Smooth Transition 選項的膨脹，First Layer Thickness選項的第一膨脹層和下列每一層的厚度都是常量。

First Aspect Ratio第一層縱橫比，需要輸入第一層縱橫比，最大邊界層數和邊界增長率。

Last Aspect Ratio最后一層縱橫比，需要輸入第一層高度，最大邊界層數和最后一層縱橫比。次方法能夠控制第一層網格高度不變，最后一層網格通過縱橫比控制。

5.3 Inflation Algorithm膨脹運算法則

Inflation Algorithm包括Pre前處理、Post后處理兩個選項，如圖

Pre（前處理）：先生成四面體，再生成邊界層網格。

Post（后處理）：先生成邊界層網格，再生成體網格。

5.4 View Advanced Options視圖高級選項

默認為No，當選擇Yes時，會彈出以下設置界面

Collision Avoidance避免碰撞，檢測相鄰區域并調整邊界層單元。None為不檢測相鄰區域。Layer Compression在相鄰區域壓縮邊界層，保持相鄰區域的層數不變。Stair Stepping在相鄰區域的邊界層呈階梯交錯狀，逐步地移除層，避免沖撞及尖角處產生質量差的網格（即對沖突邊界層減少層數）。

Gap Factor空隙，相沖撞的兩個邊界層之間的空隙，數值范圍0~2，默認0.5。1表示空隙為一個四面體網格的邊界的高度。
Maximum Height over Base邊界層允許的最大寬高比，數值范圍0.1~5，默認1。當邊界層的寬高比達到此值，邊界層之后的所有層停止增長。
Growth Rate Type邊界增長率類型：默認選項Geometic指數增長；Exponential冪函數增長；Linear線性增長。
Maximum Angle最大轉角，數值范圍90°~180°，默認140°。當邊界層網格延伸到一個不需要劃邊界層網格的轉角時設置此項。
Fillet Ratio圓角率，數值范圍0~1，默認為1，0代表沒有圓角。
Use Post Smoothing使用Pose平滑，默認為Yes，用于提高網格質量。
Smoothing lterations平滑處理，數值范圍1~20，默認為5。用于當Use Post Smoothing選擇Yes時，設置平滑迭代步數。

6 Advanced高級控制

6.1 Number of CPUs for Parallel Part Meshing用于零件網格劃分并行計算的cpu數量

默認是單核計算，可以設置為0~256，根據電腦實際情況設置。一般核數越多，劃分網格所用時間約短。如果要修改默認核數，請參考本人之前的頭條文章《讓Ansys Workbench性能燃燒起來》。

6.2 Straight Sided Elements直邊單元

默認為No，改為Yes后網格的曲邊將變為直邊（不是刪除中節點）。對于流體單元，選項為不可設置狀態。

6.3 Number of Retries重試次數

當網格劃分失敗時，重新劃分的次數，重新劃分是將劃分為更細的網格。默認為4，可設置0~4。

6.4 Rigid Body Behavior剛體行為

默認選項為Dimensionally Reduced只生成表面網格。Full Mesh將生成所有網格。結構網格為灰色不可更改狀態。

6.5 Mesh Morphing網格變形

默認為Disable，如果更改為Enabled，當幾何體有變化時，將產生一個變形的網格而不是重新對這個幾何體進行網格劃分。

6.6 Triangle Surface Mesher表面三角形網格化

此項主要用于網格修補。默認為程序控制，程序會根據模型表面形狀，來確定是否使用三角剖分算法或高級前沿算法。如果設置為Advancing Front，則優先使用高級前沿算法，能為幾何體提供更光滑的過渡。如果網格劃分過程失敗，則自動轉換為三角剖分算法

6.7 Use Asymmetric Mapped Mesh (Beta)使用非對稱映射網格

默認為No，結構網格為灰色不可更改狀態。

6.8 Topology Checking拓撲結構檢查

默認為No，網格劃分跳過幾何拓撲檢查。若改為Yes，網格劃分時會對所有幾何拓撲進行檢查，檢查有問題時，會彈出一個錯誤提示框，有問題的網格將顯示為紅色。

6.9 Pinch Tolerance收縮容差、Generate Pinch on Refresh刷新時生成收縮。

Pinch選項用于去除幾何模型的細小特征如邊、狹窄區等。收縮只對頂點或邊起作用，對面和體不起作用。

以下介紹如何自動清除復制零件/裝配體的細小網格。

Pinch Tolerance收縮容差的值設置為小于Size組下的Minimum Edge Length局部最小尺寸值。

右擊Mesh--Create Pinch Controls 程序將自動尋找并去除幾何體上的小于收縮容差值的一些小特征，并生成pich列表。

右鍵Mesh--Update或Generate Mesh，將重新生成網格，此時雖然和之前的網格外觀看上去一樣，但是單元卻少了很多。

7 Statistics網格信息

網格信息下包括兩項信息，分別是Nodes節點數量、Elements單元數量。見上圖。

文章來源：熱控產品