3.1 網格劃分平臺

ANSYS Workbench中提供ANSYS Meshing應用程序（網格劃分平臺）是為了提供通用的網格劃分格局。網格劃分工具可以在任何分析類型中使用。

● FEA仿真：包括結構動力學分析、顯示動力學分析（AUTODYN、ANSYS LS/DYNA）、電磁場分析等。

● CFD分析：包括ANSYS CFX、ANSYS FLUENT等。

3.1.1 網格劃分特點

在ANSYS Workbench中進行網格劃分，具有以下特點：

● ANSYS網格劃分的應用程序采用的是Divide & Conquer（分解克服）方法。

● 幾何體的各部件可以使用不同的網格劃分方法，亦即不同部件的體網格可以不匹配或不一致。

● 所有網格數據需要寫入共同的中心數據庫。

● 3D和2D幾何擁有各種不同的網格劃分方法。

3.1.2 網格劃分方法

ANSYS Workbench中提供的網格劃分法可以在幾何體的不同部位運用不同的方法。

1．對于三維幾何體

對于三維幾何體（3D）有如圖3-1所示的幾種不同的網格劃分方法。

（1）自動劃分法（Automatic）

自動設置四面體或掃掠網格劃分，如果體是可掃掠的，則體將被掃掠劃分網格，否則將使用Tetrahedrons下的Patch Conforming網格劃分器劃分網格。同一部件的體具有一致的網格單元。

（2）四面體劃分法（Tetrahedrons）

四面體劃分法包括Patch Conforming劃分法（Workbench自帶功能）及Patch Independent劃分法（依靠ICEM CFD Tetra Algorithm軟件包實現）。四面體劃分法的參數設置如圖3-2所示。

Patch Independent網格劃分時可能會忽略面及其邊界，若在面上施加了邊界條件，便不能忽略。它有兩種定義方法：Max Element Size用于控制初始單元劃分的大小；Approx number of Elements用于控制模型中期望的單元數目（可以被其他網格劃分控制覆蓋）。

當Mesh Based Defeaturing設為ON時，在Defeaturing Tolerance選項中設置某一數值，程序會根據大小和角度過濾掉幾何邊。

（3）六面體主導法（Hex Dominant）

首先生成四邊形主導的面網格，然后得到六面體，最后根據需要填充棱錐和四面體單元。該方法適用于不可掃掠的體或內部容積大的體，而對體積和表面積比較小的薄復雜體、CFD無邊界層的識別無用。

（4）掃掠劃分法（Sweep）

通過掃掠的方法進行網格劃分，網格多是六面體單元，也可能是楔形體單元。

（5）多區劃分法（MultiZone）

多區及掃掠劃分網格是一種自動幾何分解方法。使用掃掠方法時，元件要被切成3個體來得到純六面體網格。

2．對于面體或殼二維幾何

對于面體或殼二維（2D）幾何，ANSYS Workbench提供的網格劃分方法有：

● 四邊形單元主導（Quad Dominant）。

● 三角形單元（Triangles）。

● 均勻四邊形/三角形單元（Uniform Quad/Tri）。

● 均勻四邊形單元（Uniform Quad）。

3.1.3 網格劃分技巧

不同的軟件平臺，網格的劃分技巧也是不同的，針對ANSYS Workbench網格劃分平臺，網格的劃分技巧如下。

1．對于結構網格

● 可以通過細化網格來捕捉所關心部位的梯度（包括溫度、應變能、應力能、位移等）。

● 結構網格大部分可劃分為四面體網格，但首選網格是六面體單元。

● 有些顯式有限元求解器需要六面體網格。

● 結構網格的四面體單元通常是二階的（單元邊上包含中節點）。

2．對于CFD網格

● 可以通過細化網格來捕捉關心部位的梯度（包括速度、壓力、溫度等）。

● 網格的質量和平滑度對結果的精確度至關重要（提高網格質量和平滑度會導致較大的網格數量，通常以數百萬單元計算）。

● 大部分可劃分為四面體網格，但首選網格是六面體單元。

● CFD網格的四面體單元通常是一階的（單元邊上不包含中節點）。

3．網格劃分的注意事項

● 需要注意細節，幾何細節是和物理分析息息相關的，不必要的細節會大大增加分析需求。

● 需要注意網格細化，復雜應力區域等需要較高密度的網格。

● 需要注意效率，大量的單元需要更多的計算資源（內存、運行時間），網格劃分時需要在分析精度和資源使用方面進行權衡。

● 需要注意網格質量，在網格劃分時，復雜幾何區域的網格單元會變扭曲，由此導致網格質量降低，劣質的單元會導致較差的結果，甚至在某些情況下得不到結果。在ANSYS Workbench中有很多方法可用來檢查單元網格的質量。

3.1.4 網格劃分流程

在ANSYS Workbench中，網格的劃分流程如下：

設置劃分網格目標的物理環境。

設定網格的劃分方法。

網格參數的設置（尺寸、控制、膨脹等）。

為方便使用創建命名選項。

預覽網格并進行必要的調整。

生成網格。

檢查生成的網格質量。

準備分析網格。

3.1.5 網格尺寸策略

對于劃分不同分析類型的分析系統，網格尺寸的控制策略也不同，下面簡單介紹力學分析及CFD分析的網格尺寸策略。

1．力學分析網格尺寸策略

● 利用最小輸入的有效方法來解決關鍵的特征。

● 定義或接受少數全局網格尺寸并設置默認值。

● 利用Relevance和Relevance Center進行全局網格調整。

● 根據需要可對體、面、邊、影響球定義尺寸，可以對網格生成的尺寸施加更多的控制。

2.CFD網格尺寸策略

● 在必要的區域依靠Advanced Size Functions（高級尺寸功能）細化網格，其中默認為Curvature，根據需要可以選擇Proximity。

● 識別模型的最小特征：設置能有效識別特征的最小尺寸，如果導致過于細化的網格需要在最小尺寸下作用一個硬尺寸，可以使用收縮控制來去除小邊和面，以確保收縮容差小于局部最小尺寸。

● 根據需要可以對體、面、邊或影響球定義軟尺寸，可以對網格生成的尺寸設置更多的控制。