棱柱體網(wǎng)格的案例
ICEM棱柱體網(wǎng)格自動生成案例
C4-棱柱體網(wǎng)格自動生成V10.pdf
Moldex3D模流分析之如何連接稜柱體Prism元素與四面體Tetra元素
在此教學(xué)技術(shù)訣竅將說明連接棱柱體元素與 四面體 元素的方式；同時，也會說明保持實體元素質(zhì)量的方式。請遵循以下范例。在此范例中會有兩個區(qū)塊，名稱分別為 A 及 B。區(qū)塊 A 是棱柱體元素。區(qū)塊 B 是四面體元素。
可能造成不良質(zhì)量元素的程序
1.單擊 MDXCreatePrismMeshF2 以在區(qū)塊 A 中建立棱柱體網(wǎng)格。
2.挑選相交區(qū)域中的表面網(wǎng)格，然后單擊 MDXCheckUnmatchedSurface 以尋找棱柱體網(wǎng)格的自由表面。
3.建立區(qū)塊 B 中的棱柱體表面元素。在此案例中，區(qū)塊 B 是具有棱柱體元素及四角元素的單一封閉表面網(wǎng)格（無網(wǎng)格自由邊或重迭元素）。
4.單擊 MDXCreateTetraMesh 以在區(qū)塊 B 中建立四面體 元素。最后，建立了區(qū)塊 A 及 B 中的實體網(wǎng)格。要確認(rèn)實體網(wǎng)格的正確性，請單擊 MDXCheckUnmatchedSurface及 MDXCheckInterseionSolidMesh 以檢查實體網(wǎng)格拓?fù)洹＝Y(jié)果顯示如下。
5.MDXShowBadElement 可用來檢查元素質(zhì)量。
處理棱柱體元素及四面體元素間連接區(qū)域的不良質(zhì)量之正確程序。
1.單擊 MDXCreatePrismMeshF2 已建立區(qū)塊 A 中的棱柱體網(wǎng)格。檢查精致邊的網(wǎng)格大小。網(wǎng)格的大小比其他較為精細(xì)，因此四角元素的質(zhì)量應(yīng)該夠好。
2.在剩下的程序中，請遵循稍早提及的相同步驟。單擊 MDXCheckUnmatchedSurface 以尋找棱柱體網(wǎng)格的自由表面。建立區(qū)塊 B 中的四角表面網(wǎng)格及實體網(wǎng)格。
3.單擊 MDXShowMeshQuality 以檢查實體網(wǎng)格質(zhì)量。質(zhì)量表格如下所示。
展開 ICEM棱柱網(wǎng)格WaterJacket案例
C5-實例－棱柱網(wǎng)格WaterJacketV10.pdf
法國ALSTOM公司提供的網(wǎng)格劃分
ALSTOM有限元工程師來我公司介紹他們的分析設(shè)計情況，其中舉例一個例子說明網(wǎng)格劃分情況，有興趣的朋友來試試。
file-1.rar
先說說模型的幾個特點：
1、大耳扣破壞了外環(huán)的sweep路徑，因此必須想辦法重建或者異化sweep路徑（比如“繞道而行”）。
2、小耳環(huán)的頂環(huán)套邊緣夾角太小，該處如果做六面體網(wǎng)格，質(zhì)量極低，因此該位置的策略應(yīng)該是局部采用棱柱體網(wǎng)格，這種網(wǎng)格對網(wǎng)格質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性很好。
3、環(huán)缺位置處，頂面套環(huán)在豎向的投影和底部肋條出現(xiàn)sweep路徑干涉，這也算是一個難點。
4、底面肋條和盤面的交接位置為圓弧形過渡，該處位置的網(wǎng)格容易出現(xiàn)畸變。
下面的貼圖針對這些問題進(jìn)行了圖解，同時也給出分塊拓補(bǔ)的解決方案以及結(jié)果。
值得說明的是，最難的環(huán)缺和大耳扣位置分別采用了投影分割“繞道分塊”的思路，整個模型除了夾角太小的小耳扣底座采用了局部棱柱體填充以外（為了提高網(wǎng)格質(zhì)量），其余均為結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格，當(dāng)然，現(xiàn)有的分塊即使采用全結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格也沒有問題，但網(wǎng)格質(zhì)量局部較低，這就是去了六面體網(wǎng)格的意義。
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發(fā)一個棱柱網(wǎng)格的生成視頻教程
棱柱網(wǎng)格教程.part1.rar
棱柱網(wǎng)格教程.part2.rar
棱柱網(wǎng)格教程.part3.rar
棱柱網(wǎng)格教程.part4.rar
[資料ICEM] ANSYS ICEM 中文培訓(xùn)教程
A1-入門介紹V10.pdf
B1-幾何V10.pdf
B2-實例-ValveRepairV10.pdf
C1-四面四面體網(wǎng)格生成V10.pdf
C2-實例-ValveParamsV10.pdf
C3-實例-四面體網(wǎng)格自動生成ValveNaturalV10.pdf
C4-棱柱體網(wǎng)格自動生成V10.pdf
C5-實例－棱柱網(wǎng)格WaterJacketV10.pdf
C6-六面體核和拉伸體網(wǎng)格自動生成V10.pdf
C7-實例-四面體棱柱和六面體核FinConfigV10.pdf
仿真筆記——關(guān)于CAE有限元分析網(wǎng)格，需要從整體上理解這幾點
因此，結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格仍然是網(wǎng)格高端技術(shù)的象征，目前，專業(yè)網(wǎng)格處理器ICEM-CFD主要以這種技術(shù)為主，在CFD和CTD計算領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格仍然是網(wǎng)格剖分的首選。
針對結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成技術(shù)的難點，非結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格逐漸形成CSD領(lǐng)域的主流，非結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格的主要生成技術(shù)是sweep技術(shù)，sweep網(wǎng)格要求剖分區(qū)域具有sweep路徑和路徑兩端的邊界面，網(wǎng)格生成的一般順序是先完成路徑斷面的網(wǎng)格剖分（程序自動完成，很容易），接下來程序往往會自動搜尋出端面的網(wǎng)格影射關(guān)系，從而沿著sweep路徑形成三維體網(wǎng)格。針對復(fù)雜幾何區(qū)域，非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格也需要預(yù)先進(jìn)行幾何域分塊，但其分塊難度相對很低，一般僅需要工程師尋找出具備近似sweep拓補(bǔ)特征的幾何域，直接進(jìn)行幾何域剖分即可。
最簡單的具備近似sweep拓補(bǔ)特征的幾何域包括圓柱體、立方體以及經(jīng)過異化（梯形化、扭曲化、楔化等）的對應(yīng)元素，這些分區(qū)塊共同構(gòu)成網(wǎng)格剖分的初始幾何子域集。
值得一提的是，幾何域初始剖分過程中各個子域需要保證幾何上的連通，對于非常復(fù)雜的幾何域，這樣的連通有些時候是高階復(fù)連通過程，其剖分也比較復(fù)雜。
棱柱體不是網(wǎng)格主流形狀，一般作為非結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格的補(bǔ)充搭配使用。當(dāng)sweep端面不適合采用全四邊形網(wǎng)格填充時，可以局部采用三角形網(wǎng)格，三角形網(wǎng)格沿厚度方向掃略便形成了棱柱體單元（5面體）。
棱柱體網(wǎng)格另外一個重要的用途便是流場計算的壁面邊界層網(wǎng)格，因為流場壁面法向附近變量變化非常劇烈，因此往往要求沿法向網(wǎng)格具有結(jié)構(gòu)化特征，利于數(shù)值離散插值，提高計算精度，而如果該區(qū)域是非結(jié)構(gòu)四面體單元，要形成結(jié)構(gòu)化排序是非常困難的。
展開 [問題討論]Gambit入門教程系列之——Gambit的基本功能和界面（Gambit 2.4.6）
GAMBIT能為所有FLUENT求解器生成網(wǎng)格，包括FIDAP和POLYFLOW等，生成的網(wǎng)格包含結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化類型，六面體、四面體、金字塔形和棱柱體網(wǎng)格。GAMBIT還能進(jìn)行網(wǎng)格質(zhì)量檢查、邊界區(qū)域指定和網(wǎng)格輸出操作。
二、GAMBIT的操作流程
GAMBIT的操作流程如下。
1、幾何構(gòu)造，通過GAMBIT建模工具或者CAD/CAE幾何文件接口，對幾何模型編輯修補(bǔ)。
2、網(wǎng)格生成，包括局部網(wǎng)格(邊或邊界)和全局網(wǎng)格(面或體)。
3、檢查網(wǎng)格質(zhì)量。
4、邊界和連續(xù)區(qū)域的指定。
5、為FLUENT輸出網(wǎng)格。
三、GAMBIT的啟動
在Windows7/Vists/XP/2000系統(tǒng)中雙擊圖標(biāo)，即可啟動Gambit，啟動界面如下圖所示。
可在【W(wǎng)orking Directory】下拉框中輸入工作目錄或單擊Browse按鈕瀏覽選擇路徑。在【Session id】下拉列表中選擇新的進(jìn)程或先前存儲的進(jìn)程（例如在“C:/Fluent”目錄中先前保存過一個項目，如名稱為lanmaowang，在下拉菜單中會出現(xiàn)這個名稱。通常默認(rèn)的是New Session，即新建進(jìn)程）。在Linux/Unix系統(tǒng)中，可以通過DOS命令提示符進(jìn)入GAMBIT或在Linux/Unix中輸一入命令gambit session名稱（沒有裝過Linux或UNIX，請大家自己測試）。
當(dāng)GAMBIT啟動時，會創(chuàng)建一個名稱為GAMBIT.*的工作目錄，其中*是隨意指定的4位工序代*.號，Gambit還會在工作目錄下創(chuàng)建一個鎖定的文件sessionID.lok，sessionID.lok是為了防止另一個session ID使用相同的ID在相同的工作路徑下。
展開 Moldex3D模流分析模型之結(jié)構(gòu)網(wǎng)格
-指定網(wǎng)格參數(shù)以控制沿著曲線的分辨率。
-按下 Enter 鍵來確認(rèn)選擇和設(shè)定，并創(chuàng)建實體網(wǎng)格。
?旋轉(zhuǎn)建立(Create by Revolve): 由表面網(wǎng)格于選擇的旋轉(zhuǎn)軸上的兩個角度間旋轉(zhuǎn)并內(nèi)插節(jié)點來創(chuàng)建實體網(wǎng)格。
-單擊圖標(biāo)以啟動功能，并選擇起始網(wǎng)格(Start Mesh)。
-選擇一個 旋轉(zhuǎn)軸(Rotate Axis) 并指定開始和結(jié)束的旋轉(zhuǎn)角度。
-指定網(wǎng)格參數(shù)以控制角度方向上的分辨率。
-按下 Enter 鍵以確認(rèn)設(shè)定并創(chuàng)建實體網(wǎng)格。
?放樣建立(Create by Lofting): 在兩個成對的表面網(wǎng)格之間使用其他表面網(wǎng)格作為導(dǎo)引來創(chuàng)建實體網(wǎng)格。因此用戶在定義結(jié)構(gòu)網(wǎng)格時，僅須使用表面網(wǎng)格（且必須是封閉的）但不再需要任何其他參數(shù)。除了成對的開始和結(jié)束的表面網(wǎng)格之外，在每個側(cè)面的表面網(wǎng)格之間必須有成對的網(wǎng)格節(jié)點，而且必須是全格狀表面網(wǎng)格，其元素全由邊上的撒點定義。
-單擊圖標(biāo)以啟動功能，并選取 起始網(wǎng)格(Start Mesh) 和 終點網(wǎng)格(End Mesh)。
-選取 終點網(wǎng)格(End Mesh)，可以形成一個封閉的表面網(wǎng)格。
-按下 Enter 鍵以確認(rèn)設(shè)定，并創(chuàng)建實體網(wǎng)格。
?建立BLM/四面體網(wǎng)格 (Create BLM/Tetra): 在封閉的表面網(wǎng)格中創(chuàng)建 BLM 網(wǎng)格（在皮層上具有基于六面體和棱柱體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格而中心部為四面體網(wǎng)格）。設(shè)定參數(shù)可以在網(wǎng)格頁簽下的網(wǎng)格參數(shù)中指定。
-單擊圖標(biāo)并選擇封閉的表面網(wǎng)格。
-按下 Enter 鍵，將在表面網(wǎng)格內(nèi)創(chuàng)建BLM 網(wǎng)格。
?對齊點 (Align Nodes): 在兩個實體網(wǎng)格之間縫合接觸面。
展開 Moldex3D模流分析模型之BLM 網(wǎng)格 (一般)
?混合式網(wǎng)格 (Hybrid Meshing)
若網(wǎng)格不是單純由幾何或曲線來生成的，則其網(wǎng)格參數(shù)可以在這里調(diào)整。選擇型式來設(shè)定對應(yīng)的網(wǎng)格參數(shù)。
壓縮區(qū)：在邊界層網(wǎng)格(BLM)與純四面體這些幾何生成網(wǎng)格就支持的網(wǎng)個型態(tài)，壓縮區(qū)型式的網(wǎng)格還另外支持棱柱體的網(wǎng)格型態(tài)與客制化的網(wǎng)格層數(shù)。
?進(jìn)階設(shè)定 (Advanced Setting)
在每一個設(shè)定字段可以點擊進(jìn)階，可開啟更多參數(shù)設(shè)定來調(diào)整網(wǎng)格分辨率，但還是使用默認(rèn)的以模型信息的自動設(shè)定。將設(shè)定切換成手動設(shè)定后，表面網(wǎng)格(2D)與四面體(Tetra, 3D)可以設(shè)定的參數(shù)基本類似如下:
最小/最大尺寸 (Min/Max Size)：控制網(wǎng)格的最大及最小尺寸來避免網(wǎng)格被過多加密的或因梯度變得太松散，可以將網(wǎng)格分辨率或計算資源的消耗都控制在一定程度下。
梯度 (Gradation)：控制網(wǎng)格尺寸由加密區(qū)域到分辨率需求較低處的變化。高的梯度一半可以減少元素總量，但也伴隨著網(wǎng)格生成或計算的錯誤風(fēng)險。
厚度方向密度 (Density alone thickness)：僅提供作為四面體網(wǎng)格參數(shù)來控制厚度方向的網(wǎng)格密度，而較高的值代表較密的網(wǎng)格分布, 但設(shè)定時也須考慮網(wǎng)格尺寸是否匹配以避免壞網(wǎng)格元素。
預(yù)設(shè) (Default)：重設(shè)所有參數(shù)會默認(rèn)值，也就是自動設(shè)定。
?Auto-grid 模座網(wǎng)格 (Auto-Grid Moldbase Mesh)
當(dāng)冷卻系統(tǒng)的實體網(wǎng)格生成失敗時，仍舊可以繼續(xù)以Auto-grid輸出網(wǎng)格模型。Auto-Grid網(wǎng)格密度在之后會經(jīng)由求解器加密，其網(wǎng)格密度可在計算參數(shù)設(shè)置。但是如果要更高的計算效率和質(zhì)量，還是可以停止網(wǎng)格生成來先解決導(dǎo)致失敗的問題，在重新輸出有標(biāo)準(zhǔn)模座實體網(wǎng)格的模型。
展開 【JY】CSS8、C3D8I、SC8R 和 S4R 單元的原理、計算成本與應(yīng)用范圍
單元類型
推薦網(wǎng)格類型
彎曲問題網(wǎng)格要求
扭曲敏感性
最小單元尺寸比
網(wǎng)格生成難度
關(guān)鍵區(qū)別：
網(wǎng)格類型：CSS8 和 C3D8I 強(qiáng)烈推薦使用六面體網(wǎng)格，對四面體和棱柱體網(wǎng)格的適應(yīng)性較差；而 SC8R 和 S4R 對四邊形和三角形網(wǎng)格都有較好的適應(yīng)性。
彎曲問題處理：C3D8I 在彎曲問題中需要更精細(xì)的網(wǎng)格，通常厚度方向至少需要 4 層單元才能獲得準(zhǔn)確結(jié)果；而 CSS8 和殼單元在同樣情況下只需 1-2 層單元。
扭曲敏感性：實體類單元（CSS8、C3D8I）對網(wǎng)格扭曲更為敏感，網(wǎng)格質(zhì)量直接影響計算精度和收斂性；而殼單元（SC8R、S4R）對網(wǎng)格扭曲的容忍度較高。
在實際應(yīng)用中，網(wǎng)格劃分的難易程度和質(zhì)量要求是選擇單元類型的重要考慮因素。對于復(fù)雜幾何形狀，特別是包含曲面和拐角的結(jié)構(gòu)，殼單元（SC8R、S4R）通常更容易生成高質(zhì)量的網(wǎng)格，從而降低整體建模和計算成本。
3. 實際案例計算時間對比
為了更直觀地比較四種單元的計算成本，我們參考了多個實際案例的計算時間數(shù)據(jù)。
案例類型
CSS8 計算時間
C3D8I 計算時間
SC8R 計算時間
S4R 計算時間
相對計算效率
關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：
在所有案例中，S4R 單元的計算時間最短，平均比 SC8R 快約 30%，比 CSS8 快約 60%，比 C3D8I 快約 75%。
CSS8 單元的計算效率明顯高于 C3D8I，平均快約 45%，這主要得益于其更高效的算法和對薄壁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。
殼單元（SC8R、S4R）的計算效率顯著高于實體類單元（CSS8、C3D8I），平均快 50-75%，這主要歸功于減縮積分和二維本構(gòu)關(guān)系。
展開 
Star-CCM+ VS Fluent幾何清理及網(wǎng)格劃分
四面體網(wǎng)格，一般來說，是快速和可靠的處理，允許復(fù)雜的幾何網(wǎng)格具有較少的誤差，但結(jié)果的準(zhǔn)確性較低。多面體網(wǎng)格，它聲稱，提供了一個平衡的解決復(fù)雜的網(wǎng)格生成問題，同時具有比四面體網(wǎng)格更高的精度。切割體網(wǎng)格主要利用六面體體積與最小的偏度和對齊與流動產(chǎn)生最高質(zhì)量的網(wǎng)格。
三種網(wǎng)格都可以包含棱柱狀近壁層，將棱柱網(wǎng)格模型作為體網(wǎng)格過程的一部分(如下圖所示)。典型的表面和體積網(wǎng)格控制包括默認(rèn)的單元大小、最小和最大單元大小、單元生長速度、棱鏡層厚度、棱柱層數(shù)和允許的質(zhì)量度量。
文章來源：CAE虛擬與現(xiàn)實
展開 ansys,abaqus,altair軟件學(xué)習(xí)
AM（ANSYS Meshing）：專注于網(wǎng)格劃分，能自動生成四面體、六面體、棱柱體等多種類型網(wǎng)格，有豐富的網(wǎng)格控制功能，如尺寸控制、形狀控制、加密設(shè)置等，可根據(jù)模型特點和分析需求手動調(diào)整網(wǎng)格參數(shù)，提高網(wǎng)格質(zhì)量和計算精度，還能與 ANSYS 其他模塊緊密集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫傳輸。
SCDM（SpaceClaim Direct Modeler）：具有獨特的直接建模功能，通過拉動、拖動等簡單操作快速修改和編輯模型，無需依賴復(fù)雜的參數(shù)和歷史記錄，對導(dǎo)入的 CAD 模型可進(jìn)行高效的幾何清理、修復(fù)和優(yōu)化，支持實時預(yù)覽和快速反饋，能直觀看到操作對模型的影響，便于快速調(diào)整和優(yōu)化。
ABAQUS：建模軟件是 CATIA，屬于第三代 CAD 工具中的佼佼者，但自帶網(wǎng)格劃分工具功能不強(qiáng)，復(fù)雜模型可能需借助第三方軟件。
Altair：HyperMesh 在網(wǎng)格劃分和前處理方面優(yōu)勢明顯，能高效導(dǎo)入各種 CAD 模型，具有先進(jìn)的幾何處理能力和豐富的網(wǎng)格控制選項，可快速高質(zhì)量地劃分復(fù)雜模型網(wǎng)格。
求解器性能
ANSYS：求解器通用性強(qiáng)，收斂穩(wěn)健性較好，在多物理場耦合求解方面表現(xiàn)出色。
ABAQUS：在非線性及大變形領(lǐng)域求解能力突出，其 Standard 和 Explicit 求解器數(shù)據(jù)傳遞方便，能處理復(fù)雜的非線性問題，求解器智能化程度高。
Altair：OptiStruct 在結(jié)構(gòu)優(yōu)化求解方面有優(yōu)勢，Radioss 是出色的顯式動態(tài)求解器，與 HyperMesh 集成度高，能為不同類型的仿真提供高效求解。
后處理功能
ANSYS：后處理模塊功能強(qiáng)大，可將計算結(jié)果以彩色等值線、梯度、矢量、粒子流跡等多種圖形方式顯示，也能以圖表、曲線形式輸出。
展開 STAR CCM+ VS. ANSYS Fluent
結(jié)果部件被用來創(chuàng)建一個與物理連續(xù)體相關(guān)聯(lián)的體網(wǎng)格，其方式與典型的導(dǎo)入部分相同。
STAR-CCM+處理得特別好的另一個過程是網(wǎng)格生成。通常情況下，零件表面首先網(wǎng)格重構(gòu)，以提高最終體積網(wǎng)格的質(zhì)量，并指定需要更高網(wǎng)格密度的幾何形狀。體網(wǎng)格可以應(yīng)用大量的控制和特性，并且可以以串行或并行方式執(zhí)行，前提是用戶可以訪問并行的硬件和軟件許可資源。三種主要的網(wǎng)格模型類型是四面體、多面體和裁剪(六面體)。四面體網(wǎng)格，一般來說，是快速和可靠的處理，允許復(fù)雜的幾何網(wǎng)格具有較少的誤差，但結(jié)果的準(zhǔn)確性較低。多面體網(wǎng)格，它聲稱，提供了一個平衡的解決復(fù)雜的網(wǎng)格生成問題，同時具有比四面體網(wǎng)格更高的精度。切割體網(wǎng)格主要利用六面體體積與最小的偏度和對齊與流動產(chǎn)生最高質(zhì)量的網(wǎng)格。
三種網(wǎng)格都可以包含棱柱狀近壁層，將棱柱網(wǎng)格模型作為體網(wǎng)格過程的一部分(如下圖所示)。典型的表面和體積網(wǎng)格控制包括默認(rèn)的單元大小、最小和最大單元大小、單元生長速度、棱鏡層厚度、棱柱層數(shù)和允許的質(zhì)量度量。
1.4 仿真計算
STAR-CCM+使用分離和耦合的有限體積法流體求解器以及前面提到的有限元固體應(yīng)力求解器。在分離流體求解器中，相關(guān)方程以非耦合的方式求解，動量和連續(xù)性方程的解通過預(yù)測-校正方法連接。計算結(jié)果在每次迭代中都會根據(jù)帝國理工學(xué)院Spalding教授開發(fā)的SIMPLE算法進(jìn)行更新。對于所有相關(guān)的方程解算器，都有針對欠松弛因子和代數(shù)多重網(wǎng)格環(huán)的高級控制。
在耦合流動求解器中，采用偽瞬態(tài)方法同時求解相關(guān)方程。這種方法適用于具有主要源項的流動，例如旋轉(zhuǎn)或浮力驅(qū)動的流動，以及高度可壓縮的流動。采用耦合代數(shù)多重網(wǎng)格方法，耦合隱式求解器控制隱式空間積分的求解更新。如果需要，耦合顯式求解器可以使用龍格-庫塔多階段格式進(jìn)行顯式積分。與耦合求解器相比，分離求解器的數(shù)值和數(shù)據(jù)存儲效率更高，因此通常更適合于不可壓縮或輕度可壓縮流。
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