ansys 網格自適應的案例
基于ANSYS經典界面的帶孔薄板的自適應網格劃分
上述思想在有限元分析中就體現在加密網格以得到精確解。
為了進行網格加密，一般有限元軟件提供了具備網格加密的方式，有些也提供了自適應網格劃分方法來幫助用戶迅速找到收斂解。
本篇博文說明ANSYS是如何使用自適應網格劃分技術來自動得到收斂解的。
該例子來自于《ANSYS機械工程應用精華50例》的第48個例子。【（第三版），高耀東，劉學杰主編，電子工業出版社，2011.】，本文主要對其加強了顯示部分和講解部分，以便用戶能更清晰地理解其分析過程。
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【問題描述】
一塊帶孔方板，一端固定，另外一端施加分布壓力，要求其中的應力分布。
已知方板長200mm,寬100mm，在正中間鉆一通孔，半徑為10mm。
【問題分析】
靜力學問題，平面應力，最簡單的線彈性問題。
為了得到問題的真實解，需要細分網格。
如果對整體細分網格，則會面臨一個問題：在左邊固定端的上下角點處，由于應力集中，此處的應力會隨著網格劃分細密而無限增大。真正應該細分的是中間空周圍。
如果是手工劃分方式來細分網格，也是可行的。不過這要手工細分多次，這里使用自適應網格劃分方法來自動細分網格。
為了只對中間關注區域進行網格細分，這里把整個面分為三部分，然后選中中間一塊面，對它進行自適應網格劃分。
計算的結果就是收斂的結果，不需要再次細分網格。
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1.
展開 ANSYS經典界面自適應網格案例—帶孔板受力
上述思想在有限元分析中就體現在加密網格以得到精確解。
為了進行網格加密，一般有限元軟件提供了具備網格加密的方式，有些也提供了自適應網格劃分方法來幫助用戶迅速找到收斂解。
本文說明ANSYS是如何使用自適應網格劃分技術來自動得到收斂解的。
【問題描述】
一塊帶孔方板，一端固定，另外一端施加分布壓力，要求其中的應力分布。
已知方板長200mm,寬100mm，在正中間鉆一通孔，半徑為10mm。
【問題分析】
靜力學問題，平面應力，最簡單的線彈性問題。
為了得到問題的真實解，需要細分網格。
如果對整體細分網格，則會面臨一個問題：在左邊固定端的上下角點處，由于應力集中，此處的應力會隨著網格劃分細密而無限增大。真正應該細分的是中間空周圍。
如果是手工劃分方式來細分網格，也是可行的。不過這要手工細分多次，這里使用自適應網格劃分方法來自動細分網格。
為了只對中間關注區域進行網格細分，這里把整個面分為三部分，然后選中中間一塊面，對它進行自適應網格劃分。
計算的結果就是收斂的結果，不需要再次細分網格。
1. 建模
1.1創建單元類型，設置材料模型
/PREP7
ET,1,PLANE42
MP,EX,1,2e11
MP,PRXY,1,0.3
上述命令確定用PLANE42單元來建模，并給出了彈性模量和泊松比。
1.2繪制帶孔方板
RECTNG,0,0.03,0,0.1
RECTNG,0.03,0.17,0,0.1
RECTNG,0.17,0.2,0,0.1
AGLUE,ALL
CYL4,0.1,0.05,0,,0.01
ASBA,4,2
上述命令首先以此創建三個相連的面，然后把它們粘接在一起，接著在中間創建一個圓面，然后減去該圓面，從而得到帶孔的方板模型。
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 
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 ANSYS網格非線性自適應
自適應網格技術是指在數值計算過程中，可以根據解的變化和需要，計算網格能自動進行調整，以提高數值計算效率和精度的技術。
那么在ANSYS Mechanical中是怎么實現的呢？如下圖所示
在ANSYS中有4種觸發非線性自適應的標準，分別是Energy based，Position based，Mesh quality based，Contact based。
在求解過程種，當定義的標準達到時，網格就會被分割或者重劃分。在分割過程中，當前的單元會被分割為一定長度的單元，在細化區域和非細化區域會形成一個過度層，對于3D四面體單元在劃分過程中會有形狀拓撲和修正來促進網格質量變好，對于2D單元來說在單元分割之后進行修正，并且分割功能在Energy based，Position based，Contact based標準下有效。
在APDL和Workbench環境下均可以進行自適應網格劃分。在Workbench中只需插入Nonlinear Adaptive Region并設置Nonlinear Adaptivity Controls，如下圖所示。
下面以一個例子說明網格非線性自適應的過程。
【案例描述】
橡膠密封圈在凹槽當中，上面有一個蓋板向下移動15mm擠壓密封圈，蓋板厚度2mm，底座厚度2mm，密封圈橫截面積厚20mm，高40mm，蓋板和底座材料為結構鋼，密封圈材料為橡膠。
【案例過程】
1）打開ANSYS WORKBENCH打開WORKBENCH建立靜力學分析系統，將單位改為Kg，mm，s系列。
2）屬性中修改分析類型為2D，右鍵點擊A3并且打開SCDM開始建模，具體建模過程這里省略。
展開 ANSYS 非線性自適應（NLAD）網格劃分及應用舉例
在復雜的結構設計分析中，通常很難確定在高應力區域中是否生成適當的細化網格。在做非線性大應變分析仿真時，可能由于單元變形過大，導致網格畸變，仿真不能收斂。
針對以上問題，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，程序可以確定網格分布是否合適。如果不合適的話，程序將根據指定的標準通過分割、變形或重新排序劃分來進行自動更新網格以減少誤差。
這一自動估計網格劃分誤差并細化更新網格的過程就叫做自適應網格劃分（NLAD）
自適應網格劃分的優勢
該功能支持局部和全局重新劃分。它有助于計算收斂以模擬傳統方法無法模擬的問題，或者用于提高模擬結果的精度。在求解過程中，負載、邊界條件、接觸條件、求解變量等無縫地轉移到新的網格中，不需要用戶輸入。非線性自適應網格技術減少了獲得精確和收斂解所需的時間和精力。
適用場景舉例
■ 擠壓—坯體由于材料流入模具而發生過度變形；
■ 墊圈密封—密封墊圈材料被擠入填充間隙；
■ 斷裂力學—裂紋尖端區域的局部高應力和高變形場可能導致部件失效。
......
展開 【免費】Workbench中金屬沖壓成型仿真-自適應網格技術
本實例主要講解了金屬擠壓成型的模擬仿真，在ANSYS Workbench中由于擠壓成型往往伴隨著大變形，而大變形沒有顯著的改變零件的形狀，則可以通過調整更細的時間步和加載力的方式來取得收斂，比如釣魚竿的彎曲變形，彈簧的壓縮大變形，但是對于壓鑄成型一類的仿真，通過常規的大變形時不能實現的，必然會導致零件擠壓過程中網格發生畸變，導致不收斂，得不到所要的結果。（公眾號:CAE_ANSYS）
而ANSYS新版本推出的網格自適應功能，完美的解決了這一問題，將網格在大變形的時候，單元會發生畸變，此時根據網格形狀準則使之重新劃分網格，會避免網格的畸變，進而進行后續計算，獲取所需要的大變形結果。
本次實例采用二維軸對稱方式選擇片體結構進行分析，動模在上，向下移動，工件受到擠壓變形，中間過程產生重畫網格，最終工件達到所需要的形狀
1.模型
繪制3D模型，然后，提取成片體結構，采用2維的軸對稱模型，最終的模型如圖所示
2.材料
材料要產生變形，且不可恢復，所以只能選擇塑形材料，本實例設置雙線性塑形材料，如圖所示
3.接觸
接觸采用摩擦或者無摩擦接觸，可以根據實際情況確定，設置相應的邊界位置進行接觸
4.邊界條件
上模型移動，下模型固定，移動距離根據多次的計算結構來確定
5.重畫網格設定
重畫網格的限制條件較多，一般需要大變形打開，關鍵是節點必須采用低階單元，自適應網格設置如圖所示。
展開 ANSYS 非線性自適應（NLAD）網格劃分及應用舉例
沒有非線性自適應
在沒有非線性自適應的情況下，網格高度畸變，計算失真，且不收斂。
自適應網格劃分
基于網格質量準則的非線性自適應技術在求解過程中自動優化了發生高度畸變的網格質量。通過幾次重劃分，成功地求解了這種網格畸變的大變形問題。
剛性體擠壓橡膠變形的動畫如下所示：
基于ANSYS的自適應網格劃分(原創案例，轉載請注明出處，謝謝！技術鄰ID有限元中解人生) ￥1
基于ANSYS的自適應網格劃分
何為網格自適應劃分？
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。（誤差估計在ANSYS Basic Analysis Procedures Guide第五章中討論。）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）。
自適應網格劃分的先決條件
ANSYS軟件中包含一個預先寫好的宏，ADAPT.MAC，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：
(1) 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。
(3) 模型必須使用支持誤差計算的單元類型。（見表1）
(4) 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 ANSYS自適應網格技術及案例分析（附完整模型分析命令流）
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 
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！
從這個錯誤的字面解釋來看，無非就是某個單元由于變形過大，導致網格損壞，從這個Error中已經給出了相應的解決方案：增加子步的數量（減少步長）（使Load緩慢加載也就是增加子步數量）、提高網格的質量、考慮一下材料、接觸等等。但是有時候我們按照提示修改了之后發現并不起作用，因此筆者通過一個橡膠壓縮的案例（參考Help中的Nonliear Adaptive Region案例）。
案例一：未使用U-P與自適應網格技術
1.建立模型
注意：將上面的壓頭設置為剛體（Rigid），來減少計算量。
2.設置正方體材料為橡膠本構
注意：此參數來源于《ANSYS Workbench有限元分析實例詳解（靜力學）》周炬、蘇金英著
3.設置接觸
4.網格劃分
注意：網格劃分采用系統默認，由于后續將要使用自適應網格技術（Nonlinear Adaptive Region），對于3D模型來說，自適應并不支持六面體網格，因此使用四面體網格控制技術。
5.邊界條件
注意：壓頭的上表面施加遠端位移（Remote Displacement）向下移動8mm，其他5個自由度均設置為0（對于剛體施加位移也可以通過joint中的移動副），正方形底面設置固定約束（Fixed Support），正方形兩側面設置無摩擦約束（Frictionless Support），目的是為了約束正方體在被壓縮的時候，兩側面不發生向外變形。如果不理解無摩擦變形，很簡單通俗的解釋就是所施加的面在法向不分離，切向可滑移。
展開 自適應網格劃分
自適應網格劃分
