結構自適應網格的案例
技術分享｜結構網格自適應（SAMR）——一種高效的多尺度問題解決方案
再如，眾核處理器訪存帶寬提升相對浮點性能提升而言存在嚴重滯后，使得傳統網格下的數值計算程序嚴重訪存受限。 </p><p><br></p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/202110/imgs/67ed48483d7441efa101ac35f5dd60da?image_process=/format,webp/quality,q_40" alt="結構網格自適應（SAMR）——一種高效的多尺度問題解決方案的圖9" width="695"></p><p class="ql-align-center">眾核處理器（GPU）日益嚴峻的“訪存墻”[5]</p><p> </p><h2 class="ql-align-justify">02 SAMR特點和優勢</h2><p> SAMR的全稱是（block) Structured Adaptive Mesh Refinement (結構網格自適應)[2][3]，是基于結構化網格塊的自適應加密體系的通稱。 </p><p> 提到SAMR就不得不提自適應加密技術。實際上，自適應加密技術AMR（Adaptive Mesh Refinement）與網格類型并沒有綁定關系，例如在非結構網格中也可以通過網格重構進行自適應加密。在數值計算實踐中，基于笛卡爾網格（直角坐標網格）自適應加密易于生成且可以適應復雜幾何，因此這種技術組合十分常見。狹義的AMR通常就是指代笛卡爾網格自適應加密，下文中不再加以區分。
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例如，復雜的編程模型要求對傳統網格體系下的數據結構和算法進行重新設計，工作量十分繁巨。再如，眾核處理器訪存帶寬提升相對浮點性能提升而言存在嚴重滯后，使得傳統網格下的數值計算程序嚴重訪存受限。
眾核處理器（GPU）日益嚴峻的“訪存墻”[5]
2
SAMR特點和優勢
SAMR的全稱是（block) Structured Adaptive Mesh Refinement (結構網格自適應)[2][3]，是基于結構化網格塊的自適應加密體系的通稱。
提到SAMR就不得不提自適應加密技術。實際上，自適應加密技術AMR（Adaptive Mesh Refinement）與網格類型并沒有綁定關系，例如在非結構網格中也可以通過網格重構進行自適應加密。在數值計算實踐中，基于笛卡爾網格（直角坐標網格）自適應加密易于生成且可以適應復雜幾何，因此這種技術組合十分常見。狹義的AMR通常就是指代笛卡爾網格自適應加密，下文中不再加以區分。
（笛卡爾）AMR網格示例（素材來源于網絡）
SAMR是AMR的一個特例，其主要的特點即加密單元是結構化的網格塊。SAMR目前主要采用兩種加密結構：第一種是Tree-based樹型結構[4]，即網格按照空間多叉樹遞歸進行加密（下圖左）；第二種是Patch-based多層分塊結構，即按照多級網格疊加進行加密（下圖右）。Tree-based加密數據結構更加優美，一般網格塊具有相同的分辨率，因此在算法實現上更加整潔和高效。
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%。
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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。
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Cadence Fidelity CFD尊重幾何并減少運行時間的保真 CFD 網格自適應
在 CFD 模擬中，影響解決方案質量的關鍵因素是網格劃分。不能解決流動變量局部變化的網格間距會引入離散化誤差。另一方面，如果網格過度細化，計算時間和工作量會不必要地增加。網格元素類型和數據結構也會影響生成網格所需的人工時間和技能以及每單位精度的成本。
圖 1. 基于局部誤差和基于輸出的自適應技術的比較。
如圖 1 所示，網格自適應（可以是基于局部錯誤的或基于輸出的）是一種用于幫助提高仿真效率的常用技術。非結構化網格自適應已用于減小網格尺寸以達到所需的求解精度。這種技術可以顯著改善處理時間、內存要求和所需的存儲空間。然而，在無法訪問底層 CAD 數據的情況下，適應僅限于提高離體網格分辨率。而 Fidelity CFD 中的網格自適應技術尊重幾何結構，提高網格質量，適應近壁剪切層，并減少改進 CFD 解決方案的運行時間。
挑戰
使用網格自適應改進網格質量的常見挑戰如下：
適應不解決正確的幾何。大多數自適應程序都內置在 CFD 求解器中。因此，它們僅適用于實際幾何形狀（即現有幾何形狀）的多面近似。適應后，一個人得到了錯誤幾何體的理想網格。
自適應會降低局部細化網格的網格質量。許多自適應過程使用分而治之的方法來豐富網格，從而將現有網格元素局部劃分為其他元素。雖然編程方便，但這種方法會導致網格質量隨著細化而穩步下降，降低魯棒性，增加運行時間，甚至可能增加離散化
在流動變量的梯度很大的近壁剪切層中的適應具有許多挑戰。蠻力方法通常在壁附近使用各向同性細化，導致網格大小爆炸。避免網格尺寸爆炸的常見策略是使用拉伸四面體來解決垂直于壁的大梯度，而不會過度細化平行于壁。然而，這種方法會導致網格質量大幅下降。
適應程序通常會導致運行時間過長。
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
技術分享︱基于SAMR網格自適應與AI智能求解技術的高保真流場模擬
</p><p><br></p><h2><strong>02 HSF-SAMR網格自適應技術</strong></h2><p> 在流體仿真中，網格的質量和規模直接決定了計算的精度和效率。傳統的均勻網格往往面臨兩難：一是網格太粗，捕捉不到激波、尾跡等關鍵細節；二是網格太細，計算量呈指數級爆炸，算不動。神工坊<sup>?</sup>技術團隊引入了<strong style="color: rgb(5, 76, 143);"> HSF-SAMR（Structured Adaptive Mesh Refinement，結構網格自適應）</strong>技術，有效解決了這一痛點。
展開 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。
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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 是否使用ALE自適應網格的區別
使用前
使用后
自適應網格的WB和APDL對比 ￥2
一 網格收斂的重要性
由于應力集中（區別于應力奇異）的存在，在結構不連續處存在應力較大，而且隨著網格質量數量的增加，應力值趨于收斂，據說收斂與否的應力差值可以很大，所以說重要細節結構的網格收斂十分重要。
二 WorkBench中網格收斂的實現
WorkBench中在solution選項中設置網格循環次數，關鍵點網格優化系數，在求解結果選項下插入convergence，定義deformation或者stress的收斂系數。
雖然六面體網格變成四面體網格進行細分，但是初始網格劃分的尺寸，對結果仍然有一定影響。而且優化的方式和APDL中也有一定差異，結果與APDL結果相同。
初始網格
網格收斂后
三 APDL中網格收斂的實現
(1) 建模，注意不要劃分網格，而且3D模型只能使用4面體單元網格；
(2) 加載邊界條件，由于沒有網格，邊界條件只好由面或者線確定；
(3) 啟動ADAPT宏命令，指定能量收斂誤差，最大循環次數，網格優化系數；看起來很厲害的樣子，但是使用方法和命令一樣，只是輸入命令框的不提示有此命令存在；.
(4) 后處理查看結果。
四 問題描述
!APDL命令：
finish
/clear
/prep7
et,1,solid187 !
展開 Fluent軟件中自適應網格的應用
加密網格的話有兩種參考標準一種是y+值，一種是y*值，一般來說，要加密網格主要是為了是y+值滿足需求，具體的情況看樓主你的需要...
根據y+值來加密網格的步驟如下：運行fluent，導入cas and dat 文件后，點擊adapt——Yplus/Ystar..。，之后出現選擇界面，一般情況可以保持默認界面，當然也可以根據自己的需求選擇選項，一般type項選擇Yplus，然后點擊compute，在min及max項會出現你的選擇壁面的Y+值，在其下方，有minallowed和maxallowed，輸入你所需要的Y+值范圍，點擊Mark按鈕，會標記出不符合要求的部分，然后點擊adapt，就可以了，這部分區域的網格會加密，以適應你的要求
Y*的步驟也是這樣的
但是前提是要知道你的計算的y+值范圍，而這個值一般是估計值，且跟計算有關的，是個不確定量，所以一般只作參考用
希望能幫到你......另外，希望給加分啊，呵呵
追問
我點完adpat，Yplus/Ystar這個是灰的，不能點。。
回答
額，你計算了嗎？或者說你導入的是cas &dat 文件嗎？如果不是，你都沒有一個y+值的范圍，怎么可能讓軟件給你加密網格？？？...（這是基本條件）
追問
當然計算了，我保存完再導入cas& dat也不行
回答
那你試試計算完，直接點adapt試試.....還真沒遇到過你說的情況
追問
adapt都能點 只是里面的Yplus/Ystar不能點，是灰色的
展開 