自適應網格
關注創建者：大龍貓?? 創建時間：2019-04-24
自適應網格的視頻教程
基于ANSYS的自適應網格劃分
以帶圓孔矩形平板的構應力集中分析來說明自適應網格方法。 一個帶圓孔的矩形薄板左右兩邊受均布拉力，幾何尺寸及材料屬性如下：w=h=10mm,R=0.5mm，E=2e5MPa，μ=0.3，q=1MPa。由于模型和載荷具有對稱性，因此只需要考慮1/4模型。
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ASNYS WORKBENCH基于UP耦合算法和非線性自適應網格的齒輪鍛造擠壓仿真
網格畸變與收斂性問題： 核心講解UP耦合算法在處理近不可壓縮材料（如金屬塑性變形）時的優勢，以及非線性自適應網格技術如何自動優化網格，有效解決大變形導致的網格畸變，顯著提升計算的收斂性和精度。 強非線性問題的診斷與調試： 學習識別常見的非線性收斂問題，并掌握一系列高級求解控制、穩定化技術和調試策略，確保復雜模型的成功求解。
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自適應網格的實例教程
本文轉自安世亞太
前言
大多數CFD模擬都是采用生成具有局部區域細化和粗化的網格來計算的。這些經過細化或粗化的區域確保有足夠高的分辨率，以準確捕獲重要區域位置的結果，同時也使得總網格數量在可控范圍內。
盡管這樣做是確保計算精度的一種很好的方法，但在某些領域，可能會有過多的細化導致較長的求解時間或過少的細化導致較不精確的結果。
是否有一種方法根據求解要求自動細化或粗化網格，以獲得最精確的結果呢？有，這就是所謂的自適應網格。
視頻1.mp4
什么是自適應網格？
自適應網格劃分是一種基于求解對仿真網格進行細化的方法。Ansys Fluent中的此方案使您能夠從非常粗糙的網格開始，動態細化高梯度區域。
動態網格自適應可與多面體非結構網格自適應（PUMA）方法結合使用。PUMA不依賴任何模板進行細化，這不會將此自適應方法限制為特定的網格類型。網格經過細化后也可以粗化。
在最新版本Ansys 2021 R2中，針對燃燒和多相流仿真的最佳實踐已嵌入到Ansys Fluent的網格自適應設置面板中，從而：
減少高達70%的網格數
穩態情況下最高可提高4倍的計算速度
自適應網格燃燒模擬應用
Sandia Flame D是一個富燃料湍流擴散甲烷/空氣噴射火焰測試案例。在甲烷和空氣流入之間注入引燃火焰。使用兩種不同的粗網格進行了兩次測試，以分析其精度和最終網格數差異。
網格自適應程序自動將關鍵區域的網格細化為LES級別的網格，包括反應區、剪切層和再循環區。我們發現，與實驗數據相比，這兩種情況都顯示了準確的結果。
Fluent的自適應網格解決方案顯示，在一系列反應流情況下，與非自適應精細LES網格相比，總單元數減少了30-70%。
展開 大多數CFD模擬都是采用生成具有局部區域細化和粗化的網格來計算的。這些經過細化或粗化的區域確保有足夠高的分辨率，以準確捕獲重要區域位置的結果，同時也使得總網格數量在可控范圍內。
盡管這樣做是確保計算精度的一種很好的方法，但在某些領域，可能會有過多的細化導致較長的求解時間或過少的細化導致較不精確的結果。
是否有一種方法根據求解要求自動細化或粗化網格，以獲得最精確的結果呢？有，這就是所謂的自適應網格。
什么是自適應網格？
自適應網格劃分是一種基于求解對仿真網格進行細化的方法。Ansys Fluent中的此方案使您能夠從非常粗糙的網格開始，動態細化高梯度區域。
動態網格自適應可與多面體非結構網格自適應（PUMA）方法結合使用。PUMA不依賴任何模板進行細化，這不會將此自適應方法限制為特定的網格類型。網格經過細化后也可以粗化。
在最新版本Ansys 2021 R2中，針對燃燒和多相流仿真的最佳實踐已嵌入到Ansys Fluent的網格自適應設置面板中，從而：
減少高達70%的網格數
穩態情況下最高可提高4倍的計算速度
自適應網格燃燒模擬應用
Sandia Flame D是一個富燃料湍流擴散甲烷/空氣噴射火焰測試案例。在甲烷和空氣流入之間注入引燃火焰。使用兩種不同的粗網格進行了兩次測試，以分析其精度和最終網格數差異。
網格自適應程序自動將關鍵區域的網格細化為LES級別的網格，包括反應區、剪切層和再循環區。我們發現，與實驗數據相比，這兩種情況都顯示了準確的結果。
展開 01 自適應網格技術
有限元計算中，不同的網格劃分會具有不同的誤差，尤其是對應力結果。ANSYS通過能量誤差估計來評估網格密度是否充足，如網格不夠細，程序可以自動細化網格以減少誤差。這一自動估計網格劃分誤差并細化網格的過程稱為”自適應網格劃分“。通過自適應網格劃分技術可以獲得較好的應力分布。
自適應網格劃分僅適用于單元plane2/25/42/82/83,solid45/64/73/92/95,shell43/63/93及部分熱單元。分析類型僅適用于線性靜力學結構分析和線性穩態熱分析。
自適應網格劃分的基本過程通過一個案例說明。
02 具有多孔和凹域的板拉伸案例
針對如下具有多孔和凹域的板，采用plane42單元，首先設置KSEIZE=10來設置自適應網格前的網格尺寸，其后按自適應網格劃分技術對網格再劃分。設置ADAPT,10,6，其中10表示迭代次數最大為10。6表示能力誤差不超過6%。具體的ADAPT命令說明如圖。
一般的自適應網格劃分的能量模誤差百分比小于5時，計算較為可靠，可以看到下圖給出Von Mises Stress，無網格自適應的應力結果有明顯的不連續和突變的過程。但注意，凹角點為應力奇異點，在彈性范圍內其數值無法通過有限元方法求得。
Von Mises Stress：無網格自適應（左），有網格自適應（右）
ADAPT命令解釋
03 完整模型分析命令流
!多孔板自適應網格劃分-PLANE42
finish
/clear
/prep7
blc4,,,450,350
blc4,200,250,100,100 !
展開 為了提高分析精度，ABAQUS提供了以下三種自適應網格。
1、ALE自適應網格。
其全稱為“任意的拉格朗日－歐拉自適應網格”（Arbitrary Lagrangian Eulerian adaptive meshing）。它不改變原有網格的拓撲結構（單元和節點的數目和連接關系不會變化），而是在單分析步的求解過程中逐步改善網格的質量。它主要用于ABAQUS/Explicit的大變形分析，以及ABAQUS/Standard中的聲疇（acoustic domain）、沖蝕（ablation）和磨損問題。在ABAQUS/Standard的大變形分析中，盡管也要以設定ALE自適應網格，但不會起到明顯的作用。
2、自適應網格重劃（adaptive remeshing）
自適應網格重劃通過多次重劃網格達到所要求的求解精度，只適用于ABAQUS/Standard分析，并且只能在ABAQUS/CAE中實現，其具體操作步驟為：
1）在Mesh功能模塊中選擇菜單Adaptivity---Remeshing rule---Create，定義需要網格重劃的區域、誤差因子（error indicator）的相關變量和目標、以及網格重劃的控制參數。需要注意的是，對于三維實體模型，必須使用四面體單元網格；對于二維模型，必須使用三角形單元或以進階算法（advancing front）生成的四邊形單元網格，否則在提交分析時將會提示錯誤。
展開 作者Cadence CFD 解決方案
Cadence CFD 和 ISimQ 共同開發了一種新的網格自適應程序，非常適合具有挑戰性的渦輪機械 CFD 仿真。自動適應創建的網格牢固地符合底層幾何形狀，尊重用戶定義的局部各向異性邊界層網格細化以提高效率，并由適應傳感器驅動，可準確解析大型和細微的二次流特征。該方法旨在通過最小化基于 CFD 求解器的截斷誤差來控制離散解中的數值誤差。自適應傳感器是為以節點為中心的有限體積 CFD 求解器開發的，包括對網格尺寸隨每個自適應步驟增加的速率的控制。這種適應過程的好處是網格質量隨著適應而提高，
介紹
網格自適應程序在過去三十年里一直可用。在網格自適應中，CFD 仿真從初始網格開始，仿真過程改進網格以減少當前流量的離散化誤差。在第一步中，自適應算法例如通過檢查流變量的局部梯度來估計截斷誤差。然后，他們豐富了最高梯度區域的網格，希望減少離散化誤差并確定模擬問題的“理想”網格。適應聽起來令人印象深刻。許多商業 CFD 軟件包中都提供了它。
那么為什么我們不在 CFD 模擬中使用自適應呢？
問題在于大多數網格自適應程序否定了他們試圖解決的關鍵好處。
適應無法解析正確的幾何形狀
局部細化網格時，自適應會降低網格質量
流動變量梯度廣泛的近壁剪切層的適應面臨許多挑戰
適應過程通常會導致運行時間過長，要么是因為網格過度細化，要么是在適應過程中網格質量下降
隨著將系統和近壁湍流建模誤差降至盡可能低的水平的需求，控制和減少數值誤差（局部網格尺寸相對于局部流動變化而產生的誤差）提出了新的、具有挑戰性的要求。雖然網格自適應已經存在了幾十年，但在實踐中，它往往遠遠不能滿足現代渦輪機械 CFD 分析師的需求。
展開 
自適應網格的相關專題、標簽、搜索
自適應網格的最新內容
寫在前面
仿真、模擬、有限元分析、多物理場……這些術語是不是早已成為每位仿真人的“日常”？大家是否知曉其背后的技術原理和演進趨勢，正深刻地改變著世界？Ansys全新推出【Simulation Topics】系列專題，邀您一起探索仿真世界。本專題將以 “一期一會” 的形式，攜手各領域專家，圍繞Ansys全產品線的技術優勢，帶您深入解析流體、結構、電子設計及電磁仿真、光學、光子學、半導體、自動駕駛
使用作者提出的完整積分框架，并基于顯式vumat實現，同時使用基于損傷變量的單元刪除方案同時引入ALE自適應網格方案可以更好的預測梯度效應。
8維參數空間、5階展開，基函數數量即 C(8+5,5)=1287 ，每個基函數系數需一次FEM求解，總計算量巨大
Uncertainty Quantification Module 內置專用求解器，支持自適應稀疏網格，可在保證精度的同時減少樣本數，但對CPU主頻和內存帶寬極度敏感
三、軟件工具鏈全景
此外，耦合仿真中還通過添加自適應網格關鍵字，模擬熱風加熱過程中的焊腳受力晃動現象，為后期的匹配驗證提供了途徑。
挑戰/需求
熱風焊系統內部流場溫度分布
塑料產品焊腳的熱風焊效果好壞直接影響試驗結果，目前主要靠經驗來調試工藝，試錯成本高，沒有針對性的仿真方法來支持。
Abaqus/Explicit 中的自適應網格劃分
自適應網格劃分包含兩個基本任務：創建新網格，以及通過一個稱為“輸運”的過程將解變量從舊網格重新映射到新網格。系統會按指定的頻率為每個自適應網格域創建新網格。通過迭代掃描自適應網格域并移動節點以平滑網格來獲得新網格。將解變量從舊網格映射到新網格的過程稱為一次“輸運掃描”。在每個自適應網格增量中至少執行一次輸運掃描。
在翼型吹風測試中，實現了對測試對象的網格自適應，以及全風洞流場的模擬。
問題
解決方案
數值不穩定
ALE + 自適應網格
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?
關鍵能力：
六面體主導網格（高精度）
自適應網格細化
智能網格技術與高性能計算
HEXMESH六面體網格自動生成：相比傳統四面體網格，計算精度提升30%-50%
自適應網格重劃分：在大變形分析中自動優化網格質量
分布式并行計算：支持千核級并行，計算速度提升顯著
GPU加速支持：利用顯卡并行計算能力進一步提升求解效率
4.
自研網格模塊生成自適應網格
目標：
研發可動態調整的網格模塊，以滿足無人機不同條件下的差異化網格需求。
