網(wǎng)格劃分的實(shí)例教程
您想知道創(chuàng)建網(wǎng)格劃分序列的最佳方式嗎?比如通過(guò)單獨(dú)的操作節(jié)點(diǎn)對(duì)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分與使用同一操作對(duì)整體域進(jìn)行劃分有什么區(qū)別?本文我們將討論創(chuàng)建網(wǎng)格劃分序列的不同方法,以及這些方法如何影響生成的網(wǎng)格。您將深入了解,當(dāng)按序列應(yīng)用網(wǎng)格劃分操作時(shí),會(huì)產(chǎn)生什么結(jié)果。
網(wǎng)格劃分操作簡(jiǎn)介
網(wǎng)格劃分操作有兩類:結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化。結(jié)構(gòu)化操作是映射和掃掠,用于生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,非結(jié)構(gòu)化操作是自由三角形網(wǎng)格、自由四邊形網(wǎng)格和自由四面體網(wǎng)格,用于生成非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。
非結(jié)構(gòu)化操作的一個(gè)顯著特征是,它們可以對(duì)任何幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分,而結(jié)構(gòu)化操作只能對(duì)滿足特定標(biāo)準(zhǔn)的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。生成非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格時(shí),單元質(zhì)量和指定的大小參數(shù)都要考慮在內(nèi),以便實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格優(yōu)化,更利于計(jì)算。除了指定大小參數(shù)之外,網(wǎng)格劃分序列也將影響最終的網(wǎng)格。接下來(lái),我們通過(guò)幾個(gè)例子來(lái)探究這些影響。
文章來(lái)源:comsol
網(wǎng)格劃分序列的順序選擇
首先,我們解釋一下,網(wǎng)格劃分序列與順序相關(guān)。假設(shè)我們想要研究二維模式下的兩個(gè)相鄰正方形。在右側(cè)的正方形中,我們想要使用較細(xì)化的網(wǎng)格,原因可能是材料要求,也可能是我們要研究的物理場(chǎng)需要。
我們通過(guò)創(chuàng)建兩個(gè)自由三角形網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)來(lái)創(chuàng)建網(wǎng)格剖分序列。在第一個(gè)自由三角形網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)中,選擇左側(cè)域,在第二個(gè)節(jié)點(diǎn)中,選擇右側(cè)域(如下圖所示)。接下來(lái),將全局大小節(jié)點(diǎn)設(shè)置為預(yù)定義的超粗化,這是因?yàn)椋詈迷诘谝粋€(gè)全局大小節(jié)點(diǎn)中指定最粗化網(wǎng)格大小。
為了指定較細(xì)的網(wǎng)格,我們將一個(gè)局部大小節(jié)點(diǎn)添加到第二個(gè)自由三角形網(wǎng)格節(jié)點(diǎn),并指定預(yù)定義的大小為超細(xì)化。
網(wǎng)格劃分序列包含一個(gè)全局大小節(jié)點(diǎn)、兩個(gè)自由三角形網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和一個(gè)局部大小節(jié)點(diǎn)。
繪制生成的網(wǎng)格時(shí),我們可以看到左側(cè)域完全由粗化網(wǎng)格劃分,而右側(cè)域共享邊界附近有一些粗化單元。
展開(kāi) 龐雜的幾何文件、復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu),使得 CFD 仿真在網(wǎng)格制作上極其耗時(shí)。如何解放工程師的雙手, 把更多的精力投入到結(jié)果分析和創(chuàng)新性能設(shè)計(jì)上,答案就在 Cadence Fidelity AutoMesh。
什么是網(wǎng)格劃分或網(wǎng)格生成?
網(wǎng)格劃分或網(wǎng)格生成可將幾何表面和立方體分割成多個(gè)單元。根據(jù)這些單元,使用偏微分方程計(jì)算所需的變量。在網(wǎng)格劃分過(guò)程中,二維表面用三角形和四邊形來(lái)表示,而三維立方體被分割成四面體、四棱錐、三棱柱和六面體。
網(wǎng)格劃分有三種類型:
1、結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分
結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的基本表示形式是三維數(shù)組,也就是說(shuō),將單元中心的(x,y,z)位置簡(jiǎn)單映射到數(shù)組中的(i,j,k)數(shù)值。因此,如果我們知道某個(gè)單元的(i,j,k)坐標(biāo),就自然會(huì)知道相鄰單元位于(i±1,j±1,k±1)。結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格非常有助于進(jìn)行高速仿真,因?yàn)榍蠼馄鞑恍枰鎯?chǔ)相鄰單元的查找列表,這將降低大量的成本。
從幾何角度看,結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的模塊僅限于二維四邊形或三維六面體單元,這些單元是用各種明確定義的數(shù)學(xué)技術(shù)生成的,從代數(shù)到共形映射再到偏微分方程的解。不過(guò),結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格在幾何上受限,對(duì)于復(fù)雜的形狀,難以生成網(wǎng)格。現(xiàn)代的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格通常是模塊結(jié)構(gòu),包含多個(gè)縫合在一起的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。我們經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn),與其他單元類型相比,在四邊形和六邊形結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格上計(jì)算 CFD 的解要更為精確。
2、非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分
非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格是指其基本表示方式中包括一個(gè)相鄰單元的查找列表。非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格在幾何上是不受限制的,可以包括多邊形(二維)或多面體(三維),面和邊的數(shù)量不受限制。最常見(jiàn)的是借助 Delaunay 或陣面推進(jìn)法生成的四面體網(wǎng)格。
展開(kāi) 使用STAR-ccm+軟件的工程師可能比較熟悉常見(jiàn)多面體(Polyhedral Mesher)、四面體(TetrahedralMesher)、切割體(Trimmed Mesher)等網(wǎng)格類型。今天就來(lái)聊聊starccm+中所有網(wǎng)格類型及適用場(chǎng)合。最后再給大家分享一下劃分網(wǎng)格使用技巧,絕對(duì)驚喜,幫助大家提高網(wǎng)格劃分效率。下表總結(jié)了Starccm+中當(dāng)前基于零件(Parts-based meshing)和區(qū)域(Regions-based meshing)的網(wǎng)格劃分中可用的網(wǎng)格劃分器。
大家在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)有沒(méi)有遇到這樣的情況:
1、畫(huà)網(wǎng)格時(shí)間很長(zhǎng);
2、畫(huà)網(wǎng)格到中途發(fā)生錯(cuò)誤,
這時(shí)候就要用到并行網(wǎng)格劃分(Parallel Meshing)。
并行網(wǎng)格劃分(Parallel Meshing)就是使用多個(gè)內(nèi)核數(shù)來(lái)加速網(wǎng)格生成,同時(shí)比單個(gè)內(nèi)核創(chuàng)建更大的網(wǎng)格。在對(duì)大型零件進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí),此功能特別有用。并行網(wǎng)格是共形的,并且具有與串行網(wǎng)格相當(dāng)?shù)馁|(zhì)量。
一定要注意,在模擬中使用并行網(wǎng)格劃分,請(qǐng)以并行模式啟動(dòng)模擬。
有些同學(xué)在平時(shí)操作過(guò)程可能已經(jīng)知道這個(gè)功能,是不是有時(shí)候無(wú)法使用Parallel Meshing呢?實(shí)際上并不是所有的網(wǎng)格類型都適用于Parallel Meshing。以下網(wǎng)格類型支持Parallel Meshing:Polyhedral Mesher、TetrahedralMesher、Prism LayerMesher、Trimmed Mesher;同樣這些網(wǎng)格類型不支持Parallel Meshing:Thin Mesher、Extruder Mesher、GeneralizedCylinder Mesher、Advancing Layer Mesher。
展開(kāi) 4.掃掠網(wǎng)格劃分:
掃掠網(wǎng)格劃分方法適用于具有對(duì)稱形狀的區(qū)域,通過(guò)在幾何體上進(jìn)行掃掠操作生成網(wǎng)格。這種方法適用于具有軸對(duì)稱性質(zhì)的問(wèn)題,可以顯著減少計(jì)算資源的使用。Ansys的Meshing工具中提供了掃掠網(wǎng)格劃分的選項(xiàng)。
5.多區(qū)域網(wǎng)格劃分:
多區(qū)域網(wǎng)格劃分方法適用于復(fù)雜的幾何體劃分,將區(qū)域劃分為多個(gè)子域,然后在每個(gè)子域內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。這種方法允許對(duì)不同幾何形狀的部分進(jìn)行不同的網(wǎng)格劃分方法。Ansys軟件提供了多區(qū)域網(wǎng)格劃分的工具和技術(shù),如Patch Conforming和Mosaic。
6.笛卡爾網(wǎng)格劃分:
笛卡爾網(wǎng)格劃分方法使用規(guī)則的矩形或立方體單元來(lái)劃分區(qū)域。這種方法適用于規(guī)則幾何體和網(wǎng)格結(jié)構(gòu),如長(zhǎng)方體、正方形等。Ansys中的Cartesian Meshing工具可以用于進(jìn)行笛卡爾網(wǎng)格劃分。
7.分層四面體網(wǎng)格劃分:
分層四面體網(wǎng)格劃分方法通過(guò)在區(qū)域內(nèi)加入額外的層來(lái)提高網(wǎng)格的精度。這種方法常用于需要在特定區(qū)域中提高網(wǎng)格分辨率或捕捉邊界特征的問(wèn)題。Ansys提供了分層四面體劃分的選項(xiàng)Layered Triangulation。
這些網(wǎng)格劃分方法在Ansys中都有對(duì)應(yīng)的工具和技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
展開(kāi) 在進(jìn)行分析前,通常需要對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,以便將連續(xù)的物體劃分為離散的單元,從而進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。
在Ansys Workbench中Manchical進(jìn)行模型設(shè)置時(shí),提供了多種網(wǎng)格劃分方法,用于將連續(xù)的物體劃分為離散的單元,以便進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和分析。常用的網(wǎng)格劃分方法有:
1.自動(dòng)網(wǎng)格劃分(Automatic):
Ansys提供了各種自動(dòng)網(wǎng)格劃分工具,如AutoMesh、Patch Conforming、Mosaic等。這些工具可以根據(jù)輸入的幾何模型和網(wǎng)格參數(shù)自動(dòng)生成合適的網(wǎng)格,減少了手動(dòng)操作的工作量。自動(dòng)網(wǎng)格劃分方法可以適用于不同類型的幾何體問(wèn)題。
2.四面體網(wǎng)格劃分(Tetrahedrons):
四面體網(wǎng)格劃分方法適用于三維和二維問(wèn)題。四面體網(wǎng)格劃分基于協(xié)調(diào)分片算法(PatchConforming)或基于獨(dú)立分片算法(Patch Independent)將區(qū)域劃分為一系列四面體單元,適用于復(fù)雜幾何體的建模。
3.六面體網(wǎng)格劃分(Hex Dominant):
六面體網(wǎng)格劃分適用于三維問(wèn)題,可以將區(qū)域劃分為六個(gè)面都是四邊形或六邊形的六面體單元。六面體網(wǎng)格劃分提供了準(zhǔn)確的幾何表示和較高的計(jì)算效率。
展開(kāi)