HFSS自適應網格的案例
HFSS網格剖分提速100倍，了解一下？
文章發布：上海安世亞太官方訂閱號（搜索：PeraShanghai）
作者：Ansys
聯系我們：021-58403100
本文共計1524字，閱讀時間預計5分鐘
獨門絕技，HFSS自適應網格技術
HFSS作為三維電磁場仿真領域的黃金標準工具，其無以倫比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度和易用的操作界面，成為三維電磁場仿真的首選工具和行業標準。而其中的關鍵技術之一，便是HFSS的自適應網格技術。
區別于其他仿真工具繁瑣的網格剖分設置和反復試錯過程，HFSS的自適應網格技術可以讓工程師把寶貴的精力更多的聚焦在設計本身，去追求更卓越的性能。
即使是在2020年的今天，當我們回顧HFSS的自適應網格技術，仍然驚嘆于這一創新的超前和先進性，其基本思想與如今的人工智能機器學習的理念十分契合。接下來我們就簡單回顧一下自適應網格技術的基本流程，溫故而知新。
HFSS自動自適應求解流程
從上圖可以看出，當我們在HFSS中完成了前處理并點擊開始仿真后，HFSS便開始執行它的求解流程。整個流程從模型的網格初始化開始，以網格迭代加密為主體，最終以滿足收斂判據為條件退出循環。每一次的迭代過程中，HFSS會基于前一次求解的電場分布特征，進行針對性的自適應網格加密，從而在保證只增加有限比例網格量的前提下獲得滿足精度需求的求解結果。
Yagi-Uda自適應網格加密
這種自適應的網格加密技術從根本上解決了傳統網格剖分依賴于使用者經驗和反復嘗試的困境，極大的降低了電磁場仿真的使用門檻。
阿喀琉斯之踵，復雜模型剖分的困境
從上文的自適應求解流程中可知，HFSS求解的第一步便是模型的初始網格剖分，而初始網格則直接框定了最終收斂網格的基本形態。
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獨門絕技，HFSS自適應網格技術
HFSS作為三維電磁場仿真領域的黃金標準工具，其無以倫比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度和易用的操作界面，成為三維電磁場仿真的首選工具和行業標準。而其中的關鍵技術之一，便是HFSS的自適應網格技術。
區別于其他仿真工具繁瑣的網格剖分設置和反復試錯過程，HFSS的自適應網格技術可以讓工程師把寶貴的精力更多的聚焦在設計本身，去追求更卓越的性能。
即使是在2020年的今天，當我們回顧HFSS的自適應網格技術，仍然驚嘆于這一創新的超前和先進性，其基本思想與如今的人工智能機器學習的理念十分契合。接下來我們就簡單回顧一下自適應網格技術的基本流程，溫故而知新。
HFSS自動自適應求解流程
從上圖可以看出，當我們在HFSS中完成了前處理并點擊開始仿真后，HFSS便開始執行它的求解流程。整個流程從模型的網格初始化開始，以網格迭代加密為主體，最終以滿足收斂判據為條件退出循環。每一次的迭代過程中，HFSS會基于前一次求解的電場分布特征，進行針對性的自適應網格加密，從而在保證只增加有限比例網格量的前提下獲得滿足精度需求的求解結果。
Yagi-Uda自適應網格加密
這種自適應的網格加密技術從根本上解決了傳統網格剖分依賴于使用者經驗和反復嘗試的困境，極大的降低了電磁場仿真的使用門檻。
阿喀琉斯之踵，復雜模型剖分的困境
從上文的自適應求解流程中可知，HFSS求解的第一步便是模型的初始網格剖分，而初始網格則直接框定了最終收斂網格的基本形態。
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獨門絕技，HFSS自適應網格技術
HFSS作為三維電磁場仿真領域的黃金標準工具，其無以倫比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度和易用的操作界面，成為三維電磁場仿真的首選工具和行業標準。而其中的關鍵技術之一，便是HFSS的自適應網格技術。
區別于其他仿真工具繁瑣的網格剖分設置和反復試錯過程，HFSS的自適應網格技術可以讓工程師把寶貴的精力更多的聚焦在設計本身，去追求更卓越的性能。
即使是在2020年的今天，當我們回顧HFSS的自適應網格技術，仍然驚嘆于這一創新的超前和先進性，其基本思想與如今的人工智能機器學習的理念十分契合。接下來我們就簡單回顧一下自適應網格技術的基本流程，溫故而知新。
HFSS自動自適應求解流程
從上圖可以看出，當我們在HFSS中完成了前處理并點擊開始仿真后，HFSS便開始執行它的求解流程。整個流程從模型的網格初始化開始，以網格迭代加密為主體，最終以滿足收斂判據為條件退出循環。每一次的迭代過程中，HFSS會基于前一次求解的電場分布特征，進行針對性的自適應網格加密，從而在保證只增加有限比例網格量的前提下獲得滿足精度需求的求解結果。
Yagi-Uda自適應網格加密
這種自適應的網格加密技術從根本上解決了傳統網格剖分依賴于使用者經驗和反復嘗試的困境，極大的降低了電磁場仿真的使用門檻。
阿喀琉斯之踵，復雜模型剖分的困境
從上文的自適應求解流程中可知，HFSS求解的第一步便是模型的初始網格剖分，而初始網格則直接框定了最終收斂網格的基本形態。
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獨門絕技，HFSS自適應網格技術
HFSS作為三維電磁場仿真領域的黃金標準工具，其無以倫比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度和易用的操作界面，成為三維電磁場仿真的首選工具和行業標準。而其中的關鍵技術之一，便是HFSS的自適應網格技術。
區別于其他仿真工具繁瑣的網格剖分設置和反復試錯過程，HFSS的自適應網格技術可以讓工程師把寶貴的精力更多的聚焦在設計本身，去追求更卓越的性能。
即使是在2020年的今天，當我們回顧HFSS的自適應網格技術，仍然驚嘆于這一創新的超前和先進性，其基本思想與如今的人工智能機器學習的理念十分契合。接下來我們就簡單回顧一下自適應網格技術的基本流程，溫故而知新。
HFSS自動自適應求解流程
從上圖可以看出，當我們在HFSS中完成了前處理并點擊開始仿真后，HFSS便開始執行它的求解流程。整個流程從模型的網格初始化開始，以網格迭代加密為主體，最終以滿足收斂判據為條件退出循環。每一次的迭代過程中，HFSS會基于前一次求解的電場分布特征，進行針對性的自適應網格加密，從而在保證只增加有限比例網格量的前提下獲得滿足精度需求的求解結果。
Yagi-Uda自適應網格加密
這種自適應的網格加密技術從根本上解決了傳統網格剖分依賴于使用者經驗和反復嘗試的困境，極大的降低了電磁場仿真的使用門檻。
阿喀琉斯之踵，復雜模型剖分的困境
從上文的自適應求解流程中可知，HFSS求解的第一步便是模型的初始網格剖分，而初始網格則直接框定了最終收斂網格的基本形態。由此可見，初始網格對HFSS的求解十分重要，因此，HFSS在進行網格初始化的過程中，嚴格遵循幾何模型的特征進行離散化，包含了模型所有的幾何細節。
展開 
ICFD自適應網格 ￥100
同時這與重新劃分網格不兼容。
給了簡單的算例來解釋
Fluent網格自適應功能
網格自適應技術概述
Fluent中的網格自適應技術可以允許我們根據數據計算結果來修改網格梳密布置或網格走向。
1.1 優點
運用自適應法完善網格，在網格中如果你需要可以增加網格單元，這樣使你更精確地計算流場的特性。當你正確地用了網格自適應方法，那得到的網格對流體計算是最優的，因為這方法能確定哪里加入了有更多網格單元。
1.2 使用準則
表面網格必須足夠的好來為表征一些重要的幾何特征。
初始網格應該有足夠多的網格單元來捕獲流場的關鍵特征。
在進行網格自適應前應該是一個合理收斂的結果。
網格自適應技術一般用于計算的中間，算著覺得某個部分不太好，用這個技術提高一下質量，繼續算。
差的自適應操作可能會產生不利的效果。
在進行自適應過程前，建議先建立case文件和data文件。這樣，如果產生不理想的網格，你還可以用保存了的文件來重新開始這過程。
2. 網格自適應技術類型
2.1 邊界自適應（Boundary Cell Registers）
如果在邊界上要求更多的單元，就可以采用邊界自適應來實現。邊界自適應函數允許你在選定的邊界區域附近標記或細化單元。因為流體相互作用常常出現在這些區域，比如在靠近避免的邊界層有很大的速度梯度，所以它可以在靠近一個或多個邊界域進行網格細化。
邊界自適應有三種不同方法:
邊界自適應是根據單元離開邊界的距離來確定單元數目
邊界自適應是在單元離開邊界的垂直距離基礎上
邊界自適應是在目標邊界體積和增長因子的基礎上
可以通過邊界命令的選擇方式，通過cell distance(網格的層數)進行選擇。
展開 網格自適應技術！
案例三：通過調用U-P（雜交單元）+Nonlinear Adaptive Region解決橡膠大變形
兩個案例對于橡膠問題還是收斂不了，因此在16.0的版本增加了新功能，自適應網格，這個技術對于解決網格損壞很有幫助，并且能提高計算精度，但是局限性也很多，其中主要分為三種準則：energy、box、mesh，這三種對于2D、3D的分析時，名稱似乎不太一致，也有position。
與案例二一樣，插入了U-P雜交單元，然后再插入了Nonlinear Adaptive Region，如下圖所示：
注意：這個功能為16.0以后的新功能，因此15.0之前只能進行Rezone的網格，這項功能可以在help中查看，筆者未研究過，記得大概是通過插入命令流，然后定義網格重新分區的參數。
Mesh Nonlinear Adaptivity的計算原理如下圖所示：
1.設置自適應網格參數
注意：Skewness指的是傾斜度，范圍0<Skewness<1,0為最好，1為最差，當傾斜度超過0.9的時候，就是激活網格自適應選項進行Remesh，Check At可以設置為奇異復發率與等距點，讀者可以自行嘗試設置。
2.求解
結論：求解完成，通過了8次Remesh，進行網格調整，最終有效避免了網格損壞的問題，為以后非線性大變形提供了解決思路。
Remesh的Gif：
另外給你們分享一個關于自適應網格的官方資料，有興趣的讀者可以研究研究，這個技術挺有意思。
展開 自適應網格劃分
自適應網格劃分
ANSYS自適應網格劃分
作者 張應遷
1.自適應網格簡介
ANSYS程序提供了近似的技術自動估計特定分析類型中因為網格劃分帶來的誤差。通過這種誤差估計，程序可以確定網格是否足夠細。如果不夠的話，程序將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就叫做自適應網格劃分，然后通過一系列的求解過程使得誤差低于用戶指定的數值（或直到用戶指定的最大求解次數）。
2. 自適應網格的先決條件
ANSYS軟件中包含一個預先寫好的宏，ADAPT.MAC，用來完成自適應網格劃分的功能。用戶的模型在使用這個宏之前必須滿足一些特定的條件。（在一些情況下，不滿足要求的模型也可以用修正的過程完成自適應網格劃分，下面還要討論。）這些要求包括：
2 標準的ADAPT過程只適用于單次求解的線性靜力結構分析和線性穩態熱分析。
2 模型最好應該使用一種材料類型，因為誤差計算是根據平均結點應力進行的，在不同材料過渡位置往往不能進行計算。而且單元的能量誤差是受材料的彈性模量影響的。因此，在兩個相鄰單元應力連續的情況下，其能量誤差也可能由于材料特性不同而不一樣。在模型中同樣應該避免殼厚突變，這也可能造成在應力平均是發生問題。
2 模型必須使用支持誤差計算的單元類型。
2 模型必須是可以劃分網格的：即模型中不能有引起網格劃分出錯的部分。
展開 自適應網格基于ls-dyna icfd ￥100
流體網格必須與結構有邊界。 網格不必重合，但幾何形狀必須保持接近。 當 FSI 被觸發時，流體網格以拉格朗日方式移動，而流體流動以歐拉方式演變。
此 LS-DYNA 仿真顯示了一個具有自適應性的簡單 ICFD 問題。 每隔幾個流體時間步生成一個新的流體體積網格，通過添加更多元素來關注渦流發生的區域，同時在流動平穩的區域使用較粗糙的網格。 然而，必須小心處理這個強大的工具。 重新網格化是一個成本高昂的過程，無法在多個 CPU 上進行擴展。 此外，每次重新劃分網格時，網格的拓撲都會發生變化，這會導致不準確。
附件為源k
展開 如何利用自適應網格加速Fluent仿真
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 
如何利用自適應網格加速Fluent仿真
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 淺談ALE自適應網格
它的主要原理則是讓網格脫離材料而流動，但與歐拉方法不同，比較明顯的一個不同點就是，它的網格必須被一種材料充滿，而且材料邊界條件復雜（我也不是非常清楚，就不一一說明了）。ALE網格自適應方法使得網格脫離材料獨立流動，就可以改善網格狀況，使得網格在整個分析過程中保持比較良好的狀態。ALE網格自適應方法不會改變網格的拓撲結構。
要對該方法做完全理解的話還得看看ABAQUS文檔中的詳細介紹了，比如網格重劃域的概念，以及如何定義，域的邊界有哪些（拉格朗日邊界，歐拉邊界，滑動邊界），他們的定義與區別等，網格限制等等。文檔里面有詳細介紹，也不是很難，基本可以看懂。
下面說一下ALE adaptive meshing適用范圍與特點：
顯示模塊中：
1.通常能夠在材料嚴重變形的情況下保持比較好的網格狀態；
2.在整個分析過程中不改變網格的拓撲結構；
3.能用來分析拉格朗日問題（即材料不離開網格的問題）與歐拉問題（材料
在網格內流動的問題）；
4.能用于動態分析中的大變形情況（沖壓，穿刺等）；
5.能用于準靜態分析（軋制，金屬成形等）。
隱式模塊中：
主要用于聲疇，沖蝕，磨損等，分析的問題也主要是拉格朗日問題等，作用不是很大。
下面是一個金屬成型的例子，左邊是沒有使用ALE網格適應技術的網格狀況，右邊是使用了該技術的網格狀況，可以看到，網格狀態有很明顯的改善。
ABAQUS淺談ALE自適應網格.pdf
展開 解決多相材料界面網格劃分難問題-界面自適應網格-原創帖
在平時做的科研/項目中往往會遇到兩相或多相材料，對于二維模型而言，在ABAQUS中進行網格劃分還是可以完成的，但是對于三維模型這樣的工作量往往是非常大的，或者有時候是難以企及的，浪費大量的時間，消磨人的耐心，在當前軟件中完不成的工作，大部分人當然會想到借助于第三方軟件Hypermesh/Ansa等網格劃分軟件來完成，但是這又存在一個熟練陌生軟件的過程，還有不同軟件之間的接口導入導出問題，在此不做過多討論。
為了實現多相材料界面的網格劃分，當前文章我們采用自適應網格（自動調整界面網格）方法，這個可以:
1 自己編程實現（參考：基于圖像的自適應有限元網格劃分方法）；
2 借助于現有軟件實現（OOF2/3D軟件）；
oof2-2.1.12.tar.gz
3 也有一些插件可以實現（Im2mesh (2D image to triangular meshes)類似于OOF2的MATLAB插件）；
im2mesh 1.76.zip
三者功能原理基本相同，那我們肯定選擇現有軟件OOF2/3D（能省則省），在此重點介紹一下OOF2：
它是一款面向對象的有限元軟件，可以基于真實形貌圖片建立有限元模型，更可實現對微觀結構大部分細節的捕捉，而且在OOF2的2.0以上版本中可以直接輸出.inp文件，導入到ABAQUS中進行計算和材料性能評估。
展開 是否使用ALE自適應網格的區別
使用前
使用后
