網格變形的案例
CFD前處理：網格變形
作者Cadence CFD 解決方案
關鍵要點
網格變形是對初始網格進行修改的過程，以便它可以更好地表示流域中的變化。
可以使用兩種方法中的任何一種來完成網格變形：基于網格的方法或無網格方法。
對于定義明確或復雜的問題，網格變形可確保流動行為預測的準確性并促進設計優化。
計算流體動力學 (CFD)模擬的基礎是生成高質量的網格。網格劃分過程將感興趣的域離散化為有限數量的小幾何元素，在這些元素中求解應用的控制方程以進行流體運動分析。在許多情況下，準確捕獲幾何圖形及其特征可能是一項挑戰。通過網格變形，可以對網格進行修改以提高 CFD 模擬的準確性。
CFD 中使用不同的網格變形技術對網格進行修改，以便更好地表示問題的幾何形狀并確保效率模擬。本文將概述網格變形過程及其各種技術。
定義網格變形
網格變形是在不影響流體流動域的基礎幾何結構的情況下對網格進行修改的過程。在 CFD 中，當初始域不能代表手頭的問題時，可能需要進行修改。例如，當流體力導致結構變形時，可能需要網格變形來分析這種變化。同樣，在優化研究中，可能需要網格變形來探索不同的設計變化。
對于網格變形，移動網格中的節點和頂點。這是以受控方式完成的，因此不會損害網格的連接性。這種網格變形過程在 CFD 分析中具有以下優勢：
網格質量增強：網格變形對初始粗網格進行細化，以提高網格的分辨率和質量。
適應幾何變化：通過網格變形，可以進行網格調整以適應由于變形或運動引起的幾何變化。
精度改進：通過修改網格以更好地定義流型、邊界條件等，可以提高解的精度。
優化：網格變形可以優化結構設計，從而實現最佳幾何形狀。
展開 概念設計階段整車網格變形技術
網格變形技術是基于已有的網格模型，在不需要改變CAD 模型的情況下，進行快速三維空間投影變換，直接改變網格單元和節點從而改變模型形狀，產生新的滿足設計要求的車身及其它系統數模。不需要等到新的CAD 模型出來之前即可進行整車性能預測，可以大大縮短前期開發的流程，并且通過網格變形和參數化建模功能快速得到多個設計方案的模型加以對比分析從而確定最優的設計方案。加快設計過程，這種方法稱為仿真領導設計。
分析流程
在概念設計階段前期，根據前期的包括市場、技術、規劃、財務等部門的可行性分析，確定產品的定位后，需要與造型、總布置、車身、底盤、內外飾等設計部門的工程師多方交流、了解其對于新模型的主要設計要求，在綜合考慮多方面設計元素的基礎上，找定某個基準車型在此基礎上確定目標車型概念車身的變形方案，然后建立覆蓋基準車型車身各主要視圖的控制塊，控制整車的變形。得到與目標車型的基本一致的CAE 數模，然后進行各個性能方向的CAE 分析校核。CAE 仿真分析內容包括：NVH 分析、結構強度分析、CFD 分析、碰撞安全分析、車身結構傳力路徑分析（拓撲優化）、多學科集成優化等。主要過程可以參看圖1 的基于網格變形技術的概念設計階段CAE 仿真分析流程圖。
另外網格變形技術還可以對整車CAS面及CAD模型進行變形。對于變形后的CAD模型還可以開展鈑金件沿用性分析、幾何尺寸及公差分析，鈑金件成形工藝、焊接及涂裝工藝等同步工程分析。進一步細化概念階段設計的任務，提高概念設計階段發現和解決的問題比例。
展開 使用 COMSOL 變形網格接口實現網格位移
變形幾何中沿內部邊界增加助應變量后，未變形和變形網格。
您可能認為上方網格中的變形程度已經很高，但請記住所有變形單元仍包含直邊，這一點非常好。在實際中，您經常會發現即使在高度變形的單元中也能得到良好的結果。
但我們可以觀察到，移動域內的某個區域會包含一些發生了高度變形的極小網格，另一個區域則會包含經拉伸的較大網格。因此最后一步是使用自動重新剖分網格，它會根據網格的質量度量停止瞬態仿真，然后針對當前變形重新進行網格剖分。
執行自動重新剖分網格前后的變形幾何。
從上圖中可以看到，自動重新剖分網格會在擠壓區域生成較少的單元，并增加拉伸區域的單元數，從而保持單元分布均勻。網格中總的單元數基本保持不變。但重新剖分會增加計算負擔，因此我們只應在單元變形會嚴重影響結果的精度時使用這一特征。
如果存在未知變形呢？
之前的分析適用于固體對象在流體域中的移動已知的情況。但如果固體中存在未知變形呢？比如施加了在求解時計算得到的某些載荷？流固耦合分析就是這樣一個經典示例，其中固體會在周圍流體流動的影響下發生變形。
針對這一情況，我們可以使用積分組件耦合算子，它支持在整個模型空間使用變形固體結構中某一點處的變形；隨即可以使用一個或更多點的變形來控制網格的變形。微泵機理教程模型較好地展示了這一技巧的使用。下圖是對此技巧的圖形化顯示。
當實際變形未知時，針對某個點的積分組件耦合可用于定義控制網格變形的輔助線。
從上圖中可以觀察到，模擬域并沒有被分為凸四邊形，且輔助線可以沿模擬域的上邊界滑動。因此這種模擬方法并沒有那么嚴格，但仍允許網格發生較大變形。很顯然，所有情況并非都只有唯一的最優解決方案。您可以在具體案例中嘗試結合幾種技巧。
小結
我們介紹了如何有效使用變形網格接口，這可以通過將變形域分解為四邊形域并沿邊界引入助因變量實現。
展開 樹優公司-Sculptor-網格變形-車身外流場優化
樹優公司(SOYOTEC)的Sculptor網格變形優化軟件,基于三維體網格光滑變形技術,能夠幫助工程師節省網格重復劃分的時間,快速自動實現形狀優化。特點：1.無需CAD參數化,直接在CFD/FEM模型上定義幾何參數,節省劃網格時間2.局部變形不影響其他位置,更好撲捉設計意圖3.網格曲率導數連續,控制附面層、流動敏感區域網格質量。4.結構和流體網格共享變形參數,幫助流固耦合分析。5.網格可導出為CAD格式6.與Isight緊密集成.............
樹優公司-Sculptor-網格變形-車身外流場優化.pdf
展開 
FLUENT動網格案例之六：自定義網格變形算法實現齒輪油泵動態運行仿真 ￥299
自定義網格變形算法實現齒輪油泵動態運行仿真
為了對齒輪油泵進行CFD仿真，需要對流體區域進行分解，使夾在齒輪之間的運動變形體積（齒輪間隙）與接口區域（兩端出入口)分離。因為結構化六邊形網格需要滿足一些特殊要求的，手動劃分可能很繁瑣，因而編寫了一個Gambit插件工具來自動生成所需的結構化六邊形網格。內齒輪繞z軸旋轉，旋轉原點在z坐標上，因而結構化六邊形網格可以很方便地使用UDF定義動網格的運動算法。
整體模型
齒輪區域（變形及旋轉運動的動網格區域）
出入口區域(靜止區域）
網格變形控制函數
仿真計算結果
文件列表
展開 快速網格變形技術在車身開發流程中的應用
A
柱上接頭
A
柱下接頭
B
柱上接頭
圖 2
1 車身開發流程起點的新思路—基于網格變 形的結構靈敏度多目標優化
本文作者在長期的研發實踐中，依托先進的
CAE
分
析工具，提出車身開發流程的全新思路：結合快速網格變
形工具及多目標靈敏度優化分析軟件，能對現有平臺快速
變形出貼合早期造型
CAS
面的目標車型，進而能獲得包
含詳細工藝特征的準確
CAE
分析模型，再聯合多目標靈
敏度分析軟件建立結構形狀參數及厚度參數作為設計變
量，進行結構優化及輕量化，可在整車開發流程的起點階
段較準確獲知并優化車身結構各項性能
、
車身質量，進而
為項目決策提供可靠的指導
。
1.1新流程的起點——MeshWorks 快速網格變形技術
新流程的起點，是借助Meshworks的morph 技術，高質量快速地獲得具有詳細工藝特征的有限元模型。將已有同級別對標車（或擴展平臺的原型車）的白車身有限元模型 導入MeshWorks 軟件，根據新的CAS 面對現有的白車身有限元網格模型進行網格變形，直到貼合CAS 面為止。
1.2
多目標參數化設計及靈敏度分析
本文的車身開發流程的起點技術，與當前基于線框模
型車身分析技術的重要區別在于，可直接基于具備詳細工
藝特征的模型開展多目標參數設計，進而通過研究車身結
構性能（剛度
、
模態
、
輕量化
……
）對目標參數的敏感程度，
從而可以確定哪些參數對系統或模型有較大的影響
。
展開 ANSA網格變形法對氣簾一鍵實現卷折疊 ￥29.9
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</jsk>
</div><p><br></p><p>本文主要給大家介紹使用數值方法對氣簾進行一鍵卷折疊，速度非常快，在企業中使用的非常多，并且獨創了在ANSA中如何使用網格變形法實現一鍵卷折疊，以下是詳細的操作視頻，感謝大家一直對Wonderful仿真的支持</p><p><br></p>
展開 ANSYS網絡研討會——利用網格變形技術進行空氣動力學形狀探索和優化
在網絡研討會上，我們提出了用 ANSYS Workbench 作為框架、RBF 作為變形技術、 ANSYS Fluent 作為求解器且以 DesignXplorer 作為實驗設計工具部署的新方法。
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利用網格變形技術進行空氣動力學形狀探索和優化
FLUENT動網格案例之十：基于自定義網格變形及remesh算法的三通閥運行仿真 ￥499
基于網格重生成和自定義動網格函數的調壓三通閥原理仿真
如圖所示，三通閥有兩個入口(速度和壓力)和一個出口(出口)，內部區域存在一個蝶閥閥體和一片調壓鼓膜。為了仿真三通閥的運行情況，采用UDF定義調壓鼓膜節點的運動函數，結合remesh功能實現閥體運動過程中網格的重生成過程。最終網格的變形如下圖所示。
如果減小時間不長，重生成算法更新頻率的提高能夠獲得更好的網格質量，更精確的仿真計算結果。
動網格區域設置如下
文件列表
SFE Concept與hyperMorph網格變形對比（個別圖片為動畫）
1.變形質量：SFE自帶的有限元網格自動重新劃分功能，保證了變形后的網格不會出現畸形；HyperMorh只能在現有的網格上變形，無法重新劃分，需要有充足的緩沖空間
2.難易程度：SFE必須有SFE模型為基礎，而HyperMorph可以直接在現有的網格上處理，一定程度上更實用
3.結構優化方面：SFE的網格自動劃分，使變形質量高，計算結果也更精確，需要結合Isight或者HyperStudy進行集成優化；HyperMorph雖然質量差一些，但是在白車身剛度、模態方面，仍然滿足要求，結合Optistruct的截面優化，可以快速的進行靈敏度分析、優化。
4.時間方面：SFE模型優化(按單臺服務器計算)，幾百的樣本點估計用時5個晝夜，Optistruct僅需要1個小時。
接下來用兩種方式實現橫梁平移、截面縮放
1.SFE通過平移橫梁的基點，實現整體的移動，可以大范圍的變形
HyperMorph需要定義變形體，實現平移的功能
2.通過SFE進行截面變形有兩種方式：截面縮放、基截面形狀改變
使用HyperMorph需要根據變形的不同定義不同的變形體
展開 解決橡膠大變形網格畸變，ABAQUS有絕招（上）
一直以來，這樣一個問題始終在困擾著CAE工程師及有限元仿真族們：在橡膠材料的大變形問題中，往往由于過于劇烈的材料變形，導致開始時劃分的網格畸變嚴重，不再適用于新的幾何形狀，局部應力集中，最終導致計算結果不收斂，分析無法繼續進行。如原本球形的橡膠材料最終變為立方體，又或者截面形貌發生劇烈變形等等，隨著變形的加劇，網格的不再適應對于大變形問題是一直是困擾工程師們的頭疼問題。
不需要的復雜拉格朗日-歐拉自適應網格技術，也不需要效果欠佳的自適應ALE劃分，今天，我們就通過一個實例來看看，如何運用ABAQUS的*map solution功能，聯合強大的前處理軟件ANSA，來快速、輕松、高效解決大變形中網格畸變的問題。
如圖所示，在ABAQUS/CAE中建立幾何模型并劃分網格定義接觸和邊界條件，在橡膠試樣頂部施加-Y方向50mm的位移，提交計算后可以看到，因為大變形導致的網格畸變使得計算無法完成。
可以看到隨著橡膠試樣被擠入左右的耳腔里，網格發生嚴重畸變，長寬比急劇增大，導致計算到0.89秒時，無法收斂而終止。我們可以將此分析分為以下兩步來完成：首先，對橡膠試樣下壓30mm（此時網格剛剛開始發生畸變，注意：不要用計算不收斂時的最后一步做為重構網格的初始模型，因為不收斂之前網格已經發生的劇烈的變形，局部應力集中，計算已經不再準確），隨后通過下壓30mm的odb結果文件導出最后一步中的part模型，在前處理軟件ANSA中進行網格重構。
重構后的網格較為規整，更加利于計算的收斂。接著將重構后的網格導入ABAQUS/CAE中進行前處理的重新定義，并寫入INP文件。
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ANSA BETA-CAE網格劃分完整課程-帶案例文件 ￥30
模塊 2 中面提取：掌握薄壁折疊板類幾何模型的中面提取技術，在滿足嚴格質量要求的前提下，完成中面的殼單元網格劃分。
模塊 3 鑄件網格與對齊管理器：學習薄壁折疊板、塑料件等幾何模型網格劃分的必備工具，掌握在開啟各類質量判定標準的情況下，高效使用這些工具的方法。
模塊 4 殼單元批量網格劃分：通過配置批量網格劃分參數，實現殼單元網格的自動化生成；掌握幾何簡化技巧，在保證分析精度的前提下，避免生成低質量網格單元。
模塊 5 實體單元批量網格劃分：探索基于批量網格工具的實體單元自動化生成方法；學習通過參數配置與細微的幾何調整，確保所有實體單元滿足指定的質量標準。
模塊 6 非結構化實體網格劃分：學習采用四面體單元創建非結構化網格，聚焦實體零件的網格劃分要點，掌握提升網格質量的實用技巧。
模塊 7 結構化六面體實體網格（映射工具）：熟練運用映射工具，創建基于六面體單元的結構化網格，掌握實體零件網格劃分的詳細步驟。
模塊 8 六面體塊工具：精通六面體塊工具的使用方法，實現復雜幾何模型的高精度結構化六面體網格劃分，提升網格劃分技術水平。
模塊 9 直接網格變形：無需創建變形控制盒，即可對網格進行快速、實用的修改；運用該工具驗證不同設計方案，例如調整構件截面尺寸等。
模塊 10 網格變形基礎：學習基于變形控制盒的網格變形基本方法，與 “直接網格變形” 模塊內容相輔相成。
完成本課程學習后，你將具備解決 ANSA 軟件中各類網格劃分與網格變形問題的能力，確保你的有限元分析前處理工作高效、精準，達到行業頂尖標準。
適用人群
有限元分析工程師與分析師：希望借助 ANSA 軟件提升網格劃分與網格變形技能，開展高級仿真分析的專業人士。
展開 解決橡膠大變形網格畸變，ABAQUS有絕招（下）
在《解決橡膠大變形網格畸變，ABAQUS有絕招（上）》中介紹到，運用ABAQUS中的map solution功能和強大的前處理軟件ANSA以及ABAQUS/CAE聯合操作，可以實現大變形中由于網格畸變而導致的計算不收斂問題，本文將進一步介紹，map solution的實現方法和橡膠大變形實例的操作。
在上篇文章中講到，試樣被下壓30mm后進行重構網格，之后導入ABAQUS/CAE中進行前處理的重新設置，最后將map solution命令寫入INP文件中，如下圖所示。
提取試樣頂部中間節點的載荷曲線可以看到，由于map solution的將節點應力映射到新的網格上，兩個模型的載荷曲線基本達到首尾相連的狀態，少量的誤差也是在可接受范圍之內的，這樣就通過映射網格節點數據的方法，對畸變的網格進行重新劃分，使得模型能夠成功的完成整個下壓50mm的大變形過程。
變形后應力云圖如下圖所示，可以看到，由于重構了網格，橡膠的填充效果比較理想，并沒有出現大的畸變和因此導致的不收斂情況發生。
可見，對于大變形中的網格畸變問題，我們只要運用ABAQUS的map solution功能，并結合強大的前處理軟件ANSA以及ABAQUS/CAE聯合作用，便可以在網格發生畸變之前進行重構，并映射前一步結果，再通過重啟動分析使計算繼續的進行下去，使得網格畸變不再是影響大變形不收斂的限制性因素。
來源：有限元在線的博客，版權歸作者所有。
展開 如何在Patran中將計算結果變形網格轉換成CAD模型
1 概述
在使用Patran/Nastran進行結構有限元分析后，在一些情況下，需要將變形后的網格結果輸出用于其他分析，所以如何通過Patran實現這一功能將方便對有限元計算結果的重用。
2實現方法
l 首先以向量表示變形的結果
在Patran Results 菜單中，
Create / Marker / Vector
Select Vector Result 選擇 Displacement, Translational
Apply
l 創建FEM場
在Results 菜單中，
Create / Spatial / FEM
輸入 Field Name
選擇 Continues / Vector
選擇 Group
Apply
l 用FEM場將節點移動到變形后的位置
Utilities / FEM-Nodes / Node modify By Field
Select FEM/Spatial Fields
選擇第2步創建的場
Cancel
Apply
（1-3步的操作，也可以用Utilities/Results/results Utilities 的 offset來進行）
l 網格變成了變形后的形狀，下面在表面生成殼單元（這里用Tria）
在Elements菜單中，
Create / Element / Edit
Shape: Tria
Topology: Tria6 （對于tet10的情況）
Pattern: Elem Face
在選擇工具菜單中選擇Free Face of Element
選擇全體模型
Apply
通過該操作，在Tetra單元的表面生成了Tria單元。
展開 [案例分析]Fluent中動網格負體積成因分析與解決辦法——以圓柱俯仰震蕩為例
有不少同學在使用Fluent中的動網格功能時，在網格變形過程中遇到了負體積的問題，這里以一個二維圓柱振蕩的例子來解釋負體積原因，并給出解決的辦法。
1、實例介紹
一個直徑為D=0.5m的二維圓柱實現上下振蕩，振蕩的運動規律下式所示
其中振蕩的幅值為0.5D，f為振蕩頻率，f=5Hz
首先建立網格，之后我們使用Fluent中的動網格功能來實現這一實例。
2、 網格生成
為了方便顯示網格變形過程中的負體積情況，這里建立一個很粗糙的網格（如圖 1所示），第一層網格高度比較大，這樣比較方便看到變形中的負體積情況，當然，本文的目的就是如此，請各位搞學術的同學要認真處理自己的模型。
圖1 建立的圓柱網格
3、編寫運動程序
這個振蕩的程序很簡單，用UDF來控制運動的速度即可，編寫的程序如圖 2所示。
圖2 控制程序
4、動網格及動區域設置
這里使用Fluent19.2版本進行演示，由于老版本在動網格部分的設置有所改變，因此以下將簡單那介紹Fluent 15.0版本的操作過程。
由于我們的主要目的是看負體積的過程及原因，這里已經complied好了UDF，并將中間的圓柱設置為rigidbody來實現上下的振蕩。
動網格Dynamic mesh methods我們先試用Smoothing中的彈簧光順Spring來進行，這在Fluent中算是一類很經典的很常用的方法啦。動網格的默認設置如圖 3所示，默認的，不進行改變，注意這里面的Elements中有三個選項，默認是“All”，意味著彈簧變形對于所有類型的網格單元（二維：三角形、四邊形；三維：四面體、六面體）都打開了，當然，你也可以改變。
展開 