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一般，結構化網格是指相對于非結構化網格而言的概念，指在網格的剖面上看去，任一個網格單元都可以通過類似行列數這樣的特定坐標來表征。對齒輪進行結構化網格劃分有許多優勢，如網格數目少、精度高、質量好等等，結構化網格可以在fluent中進行動網格的處理。下面分步講解對一般齒輪進行結構化網格劃分的方法。使用的軟件有：CAXA電子圖板、任意CAD建模軟件、ICEM-CFD網格劃分軟件。本方法對這些軟件需有一定的使用基礎。注意在任何安裝、打開、保存路徑不要帶有中文，否則會出現各種未知錯誤。

一、二維圖繪制：

首先打開CAXA電子圖板，進行齒輪的二維圖繪制。這里采用的是CAXA2013機械版。

1.雙擊CAXA圖標，在新建工程圖模板的界面，選擇BLANK，即建立空白模板。

2.點擊上方工具欄中的常用—高級繪圖下的齒形圖標。

輸入齒形參數，本例輸入齒數為20，模數為10，壓力角和變位系數采用默認。單擊下一步。

3.在漸開線齒輪齒形預顯界面，輸入有效齒個數。這里如果輸入上一步所規定的齒數，則繪制全齒輪，網格劃分繁瑣。注意到齒輪幾何圖形是中心對稱的，因此只需要繪制一個完整的齒形。

在有效齒數欄中輸入1。因為每個齒形所占的角度是18°，半個齒形占據9°，在有效齒起始角中輸入81，齒將處于屏幕中央位置。

4.點擊屏幕中央的坐標原點確認，得到齒形如下圖所示：

5.用直線工具連接齒形的兩端和坐標原點，用圓工具畫齒輪中心的軸孔，完成后如下圖。注意使用圓工具時，采用圓心加半徑的方式，在確定圓心以后可以手動輸入圓直徑，回車確定。本例輸入100。

6.用修改標簽欄中的裁剪工具，裁去多余曲線段。完成后如下圖所示。

7.點擊保存按鈕，將輸出格式選擇為iges文件，輸入文件名，如gear_part，點擊確定。關閉CAXA電子圖板。

二、三維模型建立：

1.打開ansysworkbench，將項目保存命名為gear_part，打開Design Modeler模塊，導入上一步建立的iges文件，注意這一步一定要將導入line bodies選擇為yes，如下圖：

2.使用extrude操作，將線體拉伸成實體，在這一步定義齒厚。具體設置如圖：

設置完畢以后按F5，更新操作即自動生成實體。

3.注意到實體上的線段由很多小段構成，將增加網格劃分的難度，有必要對其進行合并操作。

6.三維幾何模型處理完畢，點擊Files—Export，將模型文件命名為gear_part，保存為x_t格式，即parasolid通用格式。

三、ICEM CFD結構化網格劃分：

1.打開ICEM CFD軟件，可以在ANSYS WORKBENCH下打開，也可以單獨打開程序，任選其一即可。打開后點擊保存按鈕，輸入名稱如gear_meshing，將項目保存。單擊Files—Import Geometry—Parasolid，找到上一步保存的三維幾何文件，選擇單位為Milimeter，點擊OK，如下圖：

ICEM中可以通過鼠標左鍵來拖動，中鍵進行平移，右鍵一般是選取界面時作為取消作用。通過左鍵拖動圖形后，發現程序只顯示三維圖形的邊，如果要更改可以點擊左側的模型樹，勾選Geometry—Surfaces，并在Surfaces上右擊，選擇solid，再次右擊，選擇Transparent，以透明實體方式顯示幾何。

2.點擊幾何窗口上方的圖形選項卡圖標，執行幾何修復。

系統自動打開Repair Geometry的菜單，默認選取的是第一項，建立拓撲，具體設置如圖：

點擊OK，發現圖形邊已變紅色，說明拓撲已經建立。

3.右擊左側模型樹Parts—Creat Parts，輸入新建part的名稱，然后點擊箭頭按鈕選取幾何。

以選取齒面為例，如果要防止誤操作可以選擇關閉選取菜單上的點和線選取，即點擊Select Geometry菜單的倒數第四、五個圖標，然后左鍵選取齒面，可見已選取的面變成了其他顏色，點擊中鍵確認，如下圖：

確認以后，可見模型樹中的parts多了一項剛剛生成的TOOTH。仿照以上步驟，將齒輪端面的兩個面對和齒輪軸孔上的一個面生成WALL，齒面下方兩側的兩個面是周期性重復的，分別命名為A和B。命名完畢后左側樹狀圖如下：

4.開始劃分網格，在這里我們有兩種選擇，一是只對該模型進行網格劃分，以A、B面作為周期性邊界，在fluent里會以periodic類型顯示邊界，處理方法是周期性重復的幾何專用的；二是劃分完整齒輪網格，缺點是模型文件較大，但在CFD中可以采用普通處理。

本例選擇第二種方法。ICEM是以“塊”思想來逼近真實幾何模型。塊的初始狀態都是六面體，這樣就有了初始高質量結構化網格，隨后對塊進行編輯，網格也會自動變化。

點擊選項卡中的建立塊，菜單中的type選擇3D bounding box。點擊OK，生成了初始塊如圖。

5.接下來對塊進行分割操作。分割的目的是使塊逼近真實幾何。首先點擊分割塊，此時默認選取了屏幕上所有塊，默認的分割方法是通過邊分割，點擊Edge旁邊的選取箭頭進入選取邊環節，在齒根處點擊矩形塊的任一條長邊，中鍵確認，則完成了第一次分割。完成后的效果如圖：

注意塊要隨著分割進行的時機選取，否則會對所有塊進行分割。選取頂部塊，繼續進行兩次分割，完成后的效果如圖：

點擊塊編輯選項卡中的刪除塊按鈕，刪除兩個小塊，完成后的正視圖如下：

6.完成基本的塊分割后，進行頂點和邊的關聯。注意到此時塊的各條邊顯示為黑色，表示尚未關聯。點擊關聯按鈕，選擇頂點關聯，再勾選模型樹中的Points，右鍵點擊Points選擇Show Dormant，此時顯示所有點和構建曲線時的樣條控制點。需要關聯的點如下圖：

關聯點的操作為先選一個塊上的點，再點擊一個幾何上的點，如此往復。最后中鍵確認。完成后如下圖：

隨后進行邊的關聯，點擊邊關聯按鈕。ICEM中的邊在塊上稱作Edge，在幾何上稱為Curve。需要關聯的即齒形的輪廓部分，操作與點關聯類似，不同在于邊可以選取多條，選完了想要關聯的Edge后點擊中鍵才開始選取Curve，選取完畢再次中鍵確認。邊關聯完畢后如圖所示：

注意到關聯完畢的邊以綠色顯示。隨后點擊投影按鈕并點擊OK確認，邊會自動依附到所關聯的幾何上。此時的z軸視圖如下圖：

注意紫色線條是幾何圖形，綠色線條是塊的外邊界，塊的形狀已基本接近幾何圖形。為了更精確逼近，手動調整塊的頂點。保持z視圖，點擊上方選項卡中的移動頂點按鈕，在打開的菜單中將Method改為multiple，并點擊箭頭圖標選擇要移動的頂點：

要移動的頂點是齒頂的兩對端點，可以框選其中一對（指z向看去重疊的兩個點）。隨后中鍵點選齒形紫色線上的一點，以幾何盡量接近為準則。注意由于上一步已經將邊關聯，因此點的移動受到邊的約束。完成后如下圖所示：

至此，點和邊的關聯已經完畢。

7.接下來進行網格劃分。點擊選項卡中的Mesh—Global Mesh Setup，在Max Element中輸入4，點擊OK確認。注意這個值是全局的最大網格尺寸，要根據具體幾何調整。隨后點擊選項卡中的Blocking—Pre-Mesh Params，選擇Update All，點擊OK。此時圖形窗口下方顯示預覽網格的數目如圖：

可見網格數目為800個六面體網格，可以接受。勾選左側模型樹中的Pre-Mesh，點擊yes確認，顯示預覽網格如圖：

從圖中可見網格都為六面體，點擊預覽網格質量顯示，單擊Apply確認。網格質量都在0.65以上，一般在0.1以上即可被求解器接受。如果網格質量沒有達到，本例中通過調整頂點位置可以比較容易的達到。點擊直方圖中的低質量塊，圖形窗口中會顯示其具體在模型中所處的位置（要看清楚需取消勾選pre-mesh）。

對于預覽網格可以做出很多調整，這些可以通過Edge params進行，也可以通過全局網格設置來進行，不再贅述。

8.網格復制。劃分完一個齒形后，需要對網格進行周期性復制。由于上一步生成的只是預覽網格，并非真正網格，因此需要點擊File—Mesh—Load from Blocking。操作完畢后真正的網格生成，點擊上方選項卡中的Edit Mesh—Transform Mesh按鈕，點擊select按鈕，框選全部網格，中鍵確認。輸入網格的復制參數，如下圖。

復制完畢后整體網格如下圖所示：

整體網格質量通過點擊選項卡下的Edit Mesh—Display Mesh Quality，再點擊Apply確認。網格總數為12728個，質量如下圖所示：

9.網格導出。網格劃分完畢后，點擊上方選項卡中Output—Select solver按鈕，選擇求解器為Ansys Fluent，結構求解器為Ansys，點擊OK確認。隨后點擊write input按鈕，按照默認設置將網格輸出，輸出格式在選擇求解器時就已指定，這里只能更改網格的名稱。

總結

使用ICEM劃分網格時，一般是采取分而化之的理念。比如齒輪有多個齒，就分成單個齒再劃分。齒輪有時又帶有軸，那么應該把齒輪和軸分開劃分（軸的劃分要利用O-GRID技術）。不過，如果齒輪的輻板等處高度和齒面不一致，形成高低不同的結構，那么只需要將塊進行拉伸以達到高度即可。

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