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Hypermesh四面體網(wǎng)格劃分 前兩篇文章主要介紹了在Hypermesh中劃分四面體網(wǎng)格的方法，本篇文章最后再介紹一下四面體網(wǎng)格的局部區(qū)域加密。下面通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的案例來(lái)具體了解一下。

于Moldex3D Studio產(chǎn)生表面網(wǎng)格時(shí)，在澆口位置進(jìn)行網(wǎng)格加密通?？梢蕴岣叻治鼋Y(jié)果的準(zhǔn)確度。雖然Moldex3D Studio已支持網(wǎng)格自動(dòng)加密，使用者仍可利用修改撒點(diǎn) (Modify node seeding) 這項(xiàng)功能中來(lái)手動(dòng)局部加密網(wǎng)格，以提高網(wǎng)格質(zhì)量、得到更可靠的分析。尤其對(duì)于建有幾何流道的產(chǎn)品而言，分析效果更加顯著。

將設(shè)定切換成手動(dòng)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(lái)避免網(wǎng)格被過(guò)多加密的或因梯度變得太松散，可以將網(wǎng)格分辨率或計(jì)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。

關(guān)于在有限元實(shí)體建模中，采用四面體網(wǎng)格還是半自動(dòng)六面體網(wǎng)格，在 CAE 工程師中存在著廣泛的爭(zhēng)議。 對(duì)于包含局部薄殼特征的裝配實(shí)體結(jié)構(gòu)，在集中載荷的作用下，不同的材料屬性，自動(dòng)網(wǎng)格劃分產(chǎn)生的不同的單元延伸率都會(huì)影響單元的計(jì)算精度，而不只是單元類型會(huì)對(duì)其有影響。復(fù)雜的設(shè)計(jì)往往會(huì)帶來(lái)大規(guī)模的自由度問(wèn)題。

圖24 網(wǎng)格生成 (26)我們可以很清楚地看到，中間區(qū)域已經(jīng)通過(guò)BOI的方法，實(shí)現(xiàn)了局部的網(wǎng)格加密，如圖25所示。

一維單元可以根據(jù)內(nèi)力變化隨意加密局部網(wǎng)格點(diǎn)。 從工程意義上來(lái)說(shuō)，通過(guò)加密網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，完全可以替代高次一維單元。需要注意的是，桿系構(gòu)件的一維網(wǎng)格并不是一味的追求增加剖分節(jié)點(diǎn)，對(duì)于桁架 (truss) 或者拉索 (cable)，當(dāng)劃分成多節(jié)點(diǎn)一維網(wǎng)格時(shí)，如果構(gòu)件缺少初始剛度（一般是初始張拉剛度），則中間節(jié)點(diǎn)會(huì)由于缺少轉(zhuǎn)動(dòng)自由度約束，而形成類似鉸鏈的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致計(jì)算失敗。

關(guān)于在有限元實(shí)體建模中，采用四面體網(wǎng)格還是半自動(dòng)六面體網(wǎng)格，在CAE工程師中存在著廣泛的爭(zhēng)議。 對(duì)于包含局部薄殼特征的裝配實(shí)體結(jié)構(gòu)，在集中載荷的作用下，不同的材料屬性，自動(dòng)網(wǎng)格劃分產(chǎn)生的不同的單元延伸率都會(huì)影響單元的計(jì)算精度，而不只是單元類型會(huì)對(duì)其有影響，復(fù)雜的設(shè)計(jì)往往會(huì)帶來(lái)大規(guī)模的自由度問(wèn)題。

多面體網(wǎng)格，一般都是從四面體網(wǎng)格轉(zhuǎn)化得到；對(duì)于局部加密來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格因?yàn)橐獫M足節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，會(huì)在不需要的區(qū)域也進(jìn)行加密，從而增加計(jì)算量，不如非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格來(lái)得便捷。第三，從計(jì)算精度和收斂性能看，六面體網(wǎng)格通常具有更好的計(jì)算效率和精度，四面體網(wǎng)格相對(duì)較差。

2、導(dǎo)入幾何體，今天的劃分模型為彎管，模型如下：3、使用Ansys Workbench默認(rèn)網(wǎng)格設(shè)置對(duì)其進(jìn)行劃分：根據(jù)結(jié)構(gòu)的特征和仿真要求選擇合適的劃分方式和網(wǎng)格密度控制方法。默認(rèn)的網(wǎng)格有六面體單元和三棱柱單元。此模型是一個(gè)可掃掠的幾何體，所以可以生成全六面體網(wǎng)格。4、利用mesh識(shí)別，自動(dòng)或者手動(dòng)來(lái)指定源面和目標(biāo)面。利用面網(wǎng)格對(duì)局部面進(jìn)行網(wǎng)格加密。

WorkbenchMeshing中的體加密方法 ICEMCFD在進(jìn)行四面體網(wǎng)格劃分的過(guò)程中，采用密度盒子對(duì)某些固定的區(qū)域進(jìn)行局部網(wǎng)格加密，只需要我們了解加密位置大致的幾何坐標(biāo)，即可進(jìn)行網(wǎng)格的加密操作，（兩點(diǎn)法即為圓柱型加密區(qū)域）。

將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)即有限元法，對(duì)單個(gè)網(wǎng)格通量的計(jì)算，沒(méi)有局部守恒性，只能保證全局守恒，也就是說(shuō)，只能保證域邊界上的凈通量是平衡的。而有限體積法中，計(jì)算通量，對(duì)每個(gè)網(wǎng)格的面進(jìn)行積分，可保證局部守恒，即每個(gè)網(wǎng)格上的通量都是守恒的，因而全局通量也是守恒的，具有明確的物理意義。

然而，Delaunay三角化網(wǎng)格自動(dòng)生成方法卻非常適合于事后(a-postoriori)網(wǎng)格局部加密，因?yàn)樗?em>網(wǎng)格控制機(jī)理是面向整個(gè)分析域的，可以通過(guò)在原來(lái)網(wǎng)格的任意局部插入新的節(jié)點(diǎn)，然后做新的三角剖分，達(dá)到局部加密的目的。

驗(yàn)證過(guò)程無(wú)聊枯燥且耗時(shí)首先畫一套較粗的網(wǎng)格，做計(jì)算。在流場(chǎng)變化劇烈的區(qū)域局部加密，生成第二套網(wǎng)格，再計(jì)算。對(duì)比關(guān)鍵指標(biāo)（如升力、阻力、壓降）。如果差異較大，繼續(xù)加密，生成第三套、第四套...第N套網(wǎng)格。對(duì)仿真工程師來(lái)說(shuō)，這意味著頻繁修改全局網(wǎng)格參數(shù)、手動(dòng)圈定局部加密區(qū)。

點(diǎn)擊網(wǎng)格處的加號(hào)，選四面體網(wǎng)格；圖6 網(wǎng)格劃分c. 對(duì)象選擇整個(gè)模型。單元階次設(shè)為二階，提高求解精度。全局網(wǎng)格尺寸設(shè)為40mm；圖7 網(wǎng)格劃分d. 對(duì)過(guò)渡圓角等細(xì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格加密。點(diǎn)局部網(wǎng)格細(xì)分處的加號(hào)，細(xì)分線，對(duì)象選圓角處曲線，一共四條。局部網(wǎng)格尺寸設(shè)為5mm，確定；圖8 局部網(wǎng)格細(xì)化e.

4 單元拼接建模驗(yàn)證以B結(jié)構(gòu)艙段為例，由于該艙段下部較為簡(jiǎn)單，在幾何建模軟件中將其切割為上、下兩部分，上部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用MSC.Apex軟件進(jìn)行二階四面體網(wǎng)格劃分，下部分結(jié)構(gòu)依托Hyper Mesh軟件進(jìn)行手動(dòng)六面體網(wǎng)格建模。

直接法的曲面網(wǎng)格劃分是直接在曲面的物理空間進(jìn)行，網(wǎng)格劃分過(guò)程直接以曲面的局部幾何形態(tài)為參考，并根據(jù)曲面的局部狀況采取不同的剖分策略。

網(wǎng)格劃分方法隨意，面網(wǎng)格都能劃分成功，但是如果是體網(wǎng)格，可以用不同方法試一下，看看那種方式更合理網(wǎng)格更少。 最終網(wǎng)格圖如下所示。局部加密：針對(duì)高應(yīng)力區(qū)域（如機(jī)翼根部、連接孔），插入尺寸控制，加密至1mm。加密原則為應(yīng)力梯度越大，網(wǎng)格越密。

網(wǎng)格劃分與命名選擇2.1 網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置雙擊mesh進(jìn)入網(wǎng)格劃分模塊，先進(jìn)行全局網(wǎng)格控制，進(jìn)入ANSYS Fluent Meshing模塊，設(shè)置全局最大尺寸為5000 mm。 局部加密葉片表面網(wǎng)格：添加“Face Sizing”，設(shè)置尺寸為300 mm。

自動(dòng)膨脹 5.2 Inflation Option膨脹選項(xiàng) 膨脹選項(xiàng) Smooth Transition（平滑過(guò)渡）該選項(xiàng)為默認(rèn)選項(xiàng)，如下圖所示，表示使用局部四面體單元尺寸計(jì)算每個(gè)局部的初始高度和總高度，以達(dá)到平滑的體積變化比。每個(gè)膨脹的三角形都有一個(gè)關(guān)于面積計(jì)算的初始高度，在節(jié)點(diǎn)處平均。