網格無關性分析的案例
利用FLUENT參數化分析網格無關性
本教程將通過一個簡單的管道內流體流動實例來說明利用FLUENT參數化分析來進行網格無關性測試。
1 啟動Workbench并建立分析項目
（1）在Windows系統下執行“開始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，啟動Workbench 19.2，進入ANSYS Workbench 19.2界面。
（2）雙擊主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）選項，即可在項目管理區創建分析項目A。
2 導入幾何體
（1）在A2欄的Geometry上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Import Geometry→Browse命令，此時會彈出“打開”對話框。
（2）在彈出的“打開”對話框中選擇文件路徑，導入幾何體文件。
3 劃分網格
（1）雙擊A3欄Mesh項，進入Meshing界面，在該界面下進行模型的網格劃分。
（2）依次右鍵選擇模型入口邊界和出口邊界，在彈出快捷菜單中選擇Create Named Selection，彈出Selection Name對話框，輸入名稱inlet和outlet，單擊OK按鈕確認。
（3）右鍵單擊模型樹中Mesh選項，依次選擇Mesh→Insert→Sizing。Geometry選擇管道進出口邊緣，Type選擇Number of Divisions，在Number of Divisions中輸入20。
（5）單擊鼠標左鍵選擇Number of Divisions前的方框，顯示P字樣。同樣，選擇Mesh中Statistics里的Nodes和Elements，選擇三個計算參數。
展開 淺談有限元仿真中的網格無關性
有限元仿真的必要步驟
從有限元分析的原理上看，網格劃分的越細密，求解結果的精度越高。但在實際工程的設計和應用中，網格數量的急劇增加會導致計算的時間成本大幅增加，而且當網格數量達到一定數量后，計算精度的提高并不明顯。因此，在工程應用中，應選擇滿足計算精度的網格，要對模型不同部位的重要程度進行區分，關鍵部位和關鍵節點需要提高計算精度，可以選擇細化網格，而遠離約束和載荷的部位或受約束和載荷影響較小的部位可適當選擇較為粗糙的網格進行離散，將有限的資源和時間用到結構的關鍵部位和節點。
網格無關性的概念
1. 對劃分的網格進行細化
這是一種提高結構模型計算精度的有效途徑，但隨之而來的是對計算效率和精度與計算時間的平衡，大多數計算機的軟硬件性能都有一定限制，需要選擇合適網格劃分方法和網格數量，用較低的計算成本獲得盡可能理想的結果。
2. 獲得網格無關的解是國際學術界接受數值計算論文的基本要求
在求解過程中，通常保持約束和載荷不變，逐步細化網格，對模型計算，比較不同數量網格條件下的計算結果，判斷結果與網格的無關性。
展開 淺談有限元仿真中的網格無關性 附有限元仿真實踐原理下載
從數值上來看，隨著網格數量增大，參數的數值解越來越趨向于定值，且從四十萬網格到八十萬網格相鄰兩數據相差約為4%；從八十萬網格到一百六十萬網格相鄰兩數據相差約為1%；故可認為此時的數值仿真結果已經收斂，網格無關性驗證完畢。
關于網格無關性的驗證，你學會了嗎？
下載地址：有限元仿真實踐原理
4月23-25日 西安 | 前處理網格剖分工程實戰班
局部網格控制
4.1局部網格控制概述
4.2網格劃分方法控制
4.3網格劃分尺寸控制
4.4接觸對控制
4.5面網格劃分
4.6匹配控制
4.7 Pinch縮放控制
4.8膨脹控制
5. 3D幾何網格劃分
5.1模型網格要求概述
5.2自動網格劃分
5.3四面體網格劃分
5.4六面體網格劃分
5.5體掃描劃分
5.6多區域網格劃分
案例3-電機轉子結構網格劃分實操
6. 2D幾何網格劃分
6.1四邊形為主網格劃分
6.2三角形網格劃分
案例4-2D結構網格劃分實操
7. 網格質量評估
7.1網格質量評估概述
7.2單元質量
7.3單元長寬比
7.4單元雅可比系數
7.5單元翹曲系數
7.6單元平行偏差
7.7單元最大夾角
7.8單元扭曲度
7.9單元正交質量
8. 復雜裝配體網格劃分與計算有效性關系
8.1模型切分
8.2模型虛擬拓撲
8.3模型缺陷修復
案例5-發動機排氣管網格劃分
9. 網格劃分其它功能與結果有效性
9.1網格連接功能
9.2節點合并對結果的影響
9.3節點移動對結果影響
案例6-模型網格節點移動實例
10. 網格無關性分析
10.1應力場分布特點
10.2應力集中與應力奇異
10.3網格無關性處理標準
案例7-發動機排氣管網格無關性分析
11.
展開 
如何提高模擬分析的準確性-網格篇
前 言
網格是Moldflow模擬分析的基礎，其質量直接決定流動模式、熔接線位置、氣穴預測及凍結層因子等關鍵仿真結果的準確性。不同類型網格（Beam、Midplane、Fusion、3D）各有適用場景，邊長控制、匹配率、關鍵區域網格密度等參數設置不當，都會導致分析結果偏離實際生產。本專題（網格篇）從網格類型選擇、邊長控制、匹配率提升及網格對典型結果的影響入手，幫助工程師掌握提高模流分析準確性的網格處理方法。
第一站：網格篇
01選擇最適合的網格 ：
Moldflow 支持的四種網格
Moldflow 支持的四種網格
梁單元 Beam (1D) - 適用于水路，流道等柱體單元。
中性面網格Midplane (2.5D) - 適用于薄壁件，流動寬度至少是厚度的四倍。
雙層面網格Dual Domain (Modified 2.5D) - 適用于薄壁件，流動寬度至少是厚度的四倍。
實體網格 3D Tetrahedral elements - 適用于厚壁和 “矮胖” 類型的產品，寬厚比小于4:1。
選擇網格即為選擇分析的理論模型，不同的網格，在某些分析方向上結果會有較大差異，根據產品模型的結構和分析目的，選擇最適合的網格 。
例如，同一個產品模型，如果采用不同的網格類型，分析結果有較大差異
由于 Beam 單元和 3D 網格，能夠考慮壁厚側邊的熱量散失，所以模擬的流動模式，與實驗的結果更為一致。
展開 葉輪機械CFD分析周期性網格設置方法
周期性幾何簡化
由于葉輪機械的局部特征對流場結果的準確性至關重要，在進行網格劃分的過程中，常常需要對葉片、輪轂等局部細小特征進行高分辨率的捕捉，因此導致最終劃分的葉輪機械流場網格量巨大無比，求解效率較低。
而實際上，葉輪機械幾何及流場都具有周期性的特點，為了優化求解速度，我們完全可以充分利用這一特點，提取出葉輪機械的周期性幾何進行分析，如下圖所示，在幾何工具中截取具有周期性的流體域，提取的時候要注意，我們需要得到的是轉動周期性區域，我們可以根據葉片的數量進行角度計算，并通過旋轉軸截取固定角度的扇形周期區域。
周期性網格控制
通過Ansys Workbench導入幾何，并應用Ansys Meshing進行網格劃分。為了便于后續Fluent進行周期面的設置，我們可以使用Meshing中的“Match Control”工具對周期面上的網格設置。
如下圖所示，應用Match Control工具，可以確保周期面上的網格對應，這樣當網格導入Fluent中時，可以直接建立一致性網格的周期面。
周期性界面設置
將已經劃分的網格導導入Fluent中，如果周期面對應的named selection前綴為periodic，導入Fluent后，網格將會自動設置周期邊界，否則需要按照以下方法進行周期面設置：
（1）對相關計算域指定旋轉軸，如下圖所示。
（2）在控制臺中輸入命令“/mesh/modify-zones/make-periodic”，并分別輸入周期面對應的ID號，按照提示創建旋轉周期面。
展開 葉輪機械CFD分析周期性網格設置方法
周期性幾何簡化
由于葉輪機械的局部特征對流場結果的準確性至關重要，在進行網格劃分的過程中，常常需要對葉片、輪轂等局部細小特征進行高分辨率的捕捉，因此導致最終劃分的葉輪機械流場網格量巨大無比，求解效率較低。
而實際上，葉輪機械幾何及流場都具有周期性的特點，為了優化求解速度，我們完全可以充分利用這一特點，提取出葉輪機械的周期性幾何進行分析，如下圖所示，在幾何工具中截取具有周期性的流體域，提取的時候要注意，我們需要得到的是轉動周期性區域，我們可以根據葉片的數量進行角度計算，并通過旋轉軸截取固定角度的扇形周期區域。
周期性網格控制
通過ANSYS Workbench導入幾何，并應用ANSYSMeshing進行網格劃分。為了便于后續Fluent進行周期面的設置，我們可以使用Meshing中的“Match Control”工具對周期面上的網格設置。
如下圖所示，應用Match Control工具，可以確保周期面上的網格對應，這樣當網格導入Fluent中時，可以直接建立一致性網格的周期面。
周期性界面設置
將已經劃分的網格導導入Fluent中，如果周期面對應的named selection前綴為periodic，導入Fluent后，網格將會自動設置周期邊界，否則需要按照以下方法進行周期面設置：
（1）對相關計算域指定旋轉軸，如下圖所示。
展開 旋轉機械的周期性網格劃分與CFD數值分析
attention：此葉輪之所以能劃分出60°周期性網格，是因為葉片數為6，所以無論以怎樣的60°角度去切，其左右部分旋轉60°后是都可以重合在一起的，即其各種計算參數都是一致的 即 P:left=P:right
葉輪1.jpg
葉輪2.jpg
分割成60°周期模型.jpg
截圖23.gif
網格放大圖1.jpg
截圖26.gif
進口邊網格細化
截圖27.gif
葉輪主流區域網格劃分，葉輪的左邊兩塊和右邊兩塊區域都是一一對稱的，這也是能夠進行周期計算的原因
截圖29.gif
截圖30.gif
截圖01.gif
壁面附近相對速度矢量分布放大圖
展開 7-嘮叨貼 流體網格入門篇-網格怎么劃之我見
很久沒有來這里發帖了，今天是一篇嘮叨貼，講講流體網格入門篇-網格怎么劃之我見 ，一點拙見，不嫌棄的各位同仁可以給個贊。
仿真工程師的第一塊磚大多是網格，盡管很多軟件號稱可以無網格化，僅用結構就可以進行分析，但是有限元或者有限體積法還是要求有網格的，而且網格的數量和質量還會影響分析的結果，所以通常做一個不太確定結果的分析時需要做網格無關性分析。
最初接觸CAE的時候，有大半年的時間都在“畫網格”那會兒也天真的認為“畫網格”只有六面體規則的結構是最好的網格結構，with time going on…..“畫網格”變成了“劃網格”
了解到了網格劃分以外的世界，有限元遠不止畫網格那么簡單，而且網格劃分也只是處理一個模型中間很基本的一個環節，拿到模型后的識別，哪里是約束，哪里是載荷，哪里需要建立簡化結構，哪里必須要保留；對于流體結構來說，哪里需要分區，哪里需要切塊兒，哪里需要建立interface，哪里是入口，哪里是出口，這些模型信息的識別變成了第一步，有時候你拿到的是一個裝配體還要確定在CAE/CFD里面裝配體的連接關系。
以CFD為例，我拿到一個油氣分離結構，它有上蓋和下托盤2個結構組成，對于流體空間來說，我不需要了解它的膠粘或者熱熔焊接結構，我只要提取流動空間的空腔就可以了，通常上蓋和下托盤是2個件，這個時候我需要把他們連起來，如果直接連接有狹窄的縫隙，我就要考慮縫補，是錯位縫補還是刪面重建就要看看實際的結構是熱熔連接倆個光滑接觸還是就是有一個臺階面呢。
仿真工程師也需要了解結構了解設計了解試驗，如果把自己封閉在仿真這個環節里面，最后就會像設計工程師說的，你的仿真結果除了你自己相信，沒有人相信，仿真要與試驗對標，不光對標結果還需要對標邊界，設計和實物的一致性。
展開 基于CFD 的新能源汽車冷卻風扇氣動性能仿真分析
試驗過程中將冷卻風扇安裝在小型風洞出口處，風洞內在距離冷卻風扇入口某一位置處，限定不同靜壓值，輸入13 V電壓，冷卻風扇旋轉，進而得到不同靜壓條件下冷卻風扇的風量轉速、電流、軸功率和效率.為與實驗結果相對比，文中入口邊界條件為質量流量入口，出口邊界條件為壓力出口，相對大氣壓力的靜壓為0，風扇表面、輪轂表面、護風罩表面為壁面邊界條件.
3 計算結果及分析
3.1 網格無關性驗證
計算區域的網格數量對數值求解的數值精度與模擬結果影響很大，數值求解時一般在關鍵流動區域進行網格細化，在對流動影響不大的區域適當調整網格大小，采用合理的網格參數控制策略既能提高計算精度又能節約時間成本.文中計算模型在扇葉周圍劃分邊界層網格，在旋轉區域、進出入口區域過度區均采用poly多面體網格.
文中選取相同流量1.279 6m3/s條件下進行網格無關性分析，表1為選取的5種不同網格數量條件進行計算，得到冷卻風扇的靜壓值與試驗結果進行對比.從表1中可以看出網格數量達到160萬左右，風扇靜壓幾乎沒有變化，并與試驗結果很接近，最大誤差為0.5%左右.為保證計算資源和計算時間的限制，后續分析也在此數量網格條件下進行計算.
表1 網格無關性驗證
3.2 計算結果驗證
圖2為試驗結果與數值計算結果的靜壓與冷卻風扇流量的關系對比，圖3為試驗結果與數值計算結果的靜壓與靜壓效率的關系對比，可以發現仿真結果與試驗測試結果趨勢大體相同，靜壓試驗值和仿真結果最大誤差為3.66%，最小誤差為0.03%，靜壓效率最大誤差為2.1%，最小誤差為0，說明文中采用的網格精度與計算模型可以較精確的仿真冷卻風扇的流動狀態，可以為后面研究冷卻風扇的氣動性能研究提供理論支持.
展開 3月23-26日 | 結構振動沖擊、疲勞分析工程應用專題
結構網格處理技術
2.1幾何修復與處理
2.2網格整體控制
2.3網格局部控制
網格質量評估
3.1網格密度與計算收斂性
3.2接觸部分網格密度評估流程
3.3整體網格無關性分析
案例1-裝配體網格劃分與網格質量評估
材料模型
1、掌握材料定義通用方法；
2、掌握典型非線性材料模型理論及參數設置方法；
EngineerData材料庫通用設置
1.1材料庫數據源直接調用
1.2用戶自定義材料
1.3溫度相關材料參數設置
1.4 EngineerData材料性質模塊其它功能概述
典型非線性材料模型
2.1彈塑性材料模型理論與參數設置
2.2超彈非線性材料模型理論與參數設置
2.3蠕變材料模型理論與參數設置
2.4粘彈性材料模型理論與參數設置
動力學仿真分析(隱式動力學)
1、掌握常用動力學分析模塊仿真流程；
2、掌握剛柔耦合系統動力學分析方法；
3、掌握典型動力學工程應用；
振動模態分析
1.1模態分析基礎理論及常用術語
1.1.1特征頻率與模態振型
1.1.2參與因子與有效質量
1.1.3振型歸一化
1.1.4結構阻尼
1.2模態分析操作流程
1.3非線性模態分析(線性攝動分析)
1.4濕模態分析
1.5旋轉體臨界轉速分析
案例2-考慮焊接殘余應力的結構預應力攝動模態分析
案例3-過盈配合轉子系統臨界轉速分析
案例4-車載儲油罐濕模態分析
諧響應及瞬態分析
2.1諧響應分析基礎理論與仿真方法
展開 
線下/同步線上直播-結構振動沖擊、疲勞分析工程應用專題
掌握網格處理方法；
3. 掌握網格質量評估方法；
1. DM幾何模型處理
1.1常用幾何修復
1.2幾何分割
2. 結構網格處理技術
2.1幾何修復與處理
2.2網格整體控制
2.3網格局部控制
3. 網格質量評估
3.1網格密度與計算收斂性
3.2接觸部分網格密度評估流程
3.3整體網格無關性分析
案例1-裝配體網格劃分與網格質量評估
材料模型
1. 掌握材料定義通用方法；
2. 掌握典型非線性材料模型理論及參數設置方法；
1. EngineerData材料庫通用設置
1.1材料庫數據源直接調用
1.2用戶自定義材料
1.3溫度相關材料參數設置
1.4 EngineerData材料性質模塊其它功能概述
2. 典型非線性材料模型
2.1彈塑性材料模型理論與參數設置
2.2超彈非線性材料模型理論與參數設置
2.3蠕變材料模型理論與參數設置
2.4粘彈性材料模型理論與參數設置
動力學仿真分析(隱式動力學)
1. 掌握常用動力學分析模塊仿真流程；
2. 掌握剛柔耦合系統動力學分析方法；
3. 掌握典型動力學工程應用；
1. 振動模態分析
1.1模態分析基礎理論及常用術語
1.1.1特征頻率與模態振型
1.1.2參與因子與有效質量
1.1.3振型歸一化
1.1.4結構阻尼
1.2模態分析操作流程
1.3非線性模態分析(線性攝動分析)
1.4濕模態分析
1.5旋轉體臨界轉速分析
案例2-考慮焊接殘余應力的結構預應力攝動模態分析
案例3-過盈配合轉子系統臨界轉速分析
案例4-車載儲油罐濕模態分析
2.
展開 基于CFD的油冷器壓降仿真及試驗驗證
速度壓力場求解時，定常求解算法使用壓力-速度分離的有限體積法，動量和連續性方程的解通過預測-校正方法連接，
計算結果在每次迭代中使用SIMPLE算法進行更新。邊界條件為進口采用流量入口邊界，出口采用壓力出口邊界
1.3.2 模型分析
油冷器的幾何模型如圖3所示，只考慮水路。右邊的接管為水側的進口。左側的接管為水側的出口，中間夾層布置翅片。
抽取流體的區域如圖4所示，進出口延長至覆蓋試驗對應的靜壓測點位置，保證計算模型的靜壓探測面和試驗時的靜壓試驗位置一致。翅片區域使用各向異性正交多孔介質模型進行簡化。進口設為流量入口，出口設為靜壓為0的壓力出口。
1.3.3多孔介質模型
將翅片區域單獨取出進行多孔介質慣性和粘性阻力系數的計算，得到的阻力/長度-速度擬合線公式為
長度方向：
寬度方向：
式中，v為速度，m/s；L為壓降方向的長度，m；a和c分別為長度和寬度方向的慣性阻力系數，kg/m4；b和d分別為長度和寬度方向的粘性阻力系數，kg·m-3/s。
1.3.4網格及無關性分析
采用多面體加附面層網格的生成方法，網格的總單元數為6833648個，如圖5所示。多孔介質區域的物面部分不需要生成邊界層網格。這是因為計算多孔介質的慣性和粘性系數時，已經考慮了上下壁面阻力的影響。因此，在求解時只需要在壁面加“滑移”邊界條件，無需考慮邊界層，能夠大大減少總網格數量，提高計算效率。
通過對網格質量的檢查可以看出，網格質量較好，大部分網格單元的網格質量>0.5，所有網格單元的偏斜角<85°，且所有網格單元的體積變化>0.01。
對整體網格加密，并對邊界層網格高度方向加密，得到加密后的網格總單元數為11016311個。不同網格、相同流量工況下，計算得到的靜壓壓降對比如表4所示。
展開 我的有限元學習之路——ANSYS篇
經驗3：學習理論知識
會軟件操作≠會有限元分析。CAE分析人員的三駕馬車：理論知識、工程實踐經驗和軟件操作，其中理論知識積累是最重要的。做一個線彈性結構的有限元法分析，懂材料力學、彈性力學嗎？做一個塑性結構分析，懂塑性力學嗎？計算過程中失敗了，是什么原因？怎么去解決？非線性問題不收斂，該怎么調整？計算完成后，結果符不符合網格無關性要求？分析中的最大應力該怎么取，使用什么準則去評價這個應力是否符合設計要求？……這都需要我們有大量的理論基礎，而絕非是只把軟件用熟就完事大吉了。這也告訴我們，學好有限元分析，絕不是一朝一夕的事情。
經驗4：雨露均沾
不要只沉迷于Workbench的甜，還要吃一下ANSYS經典的“苦”。
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