Ansys Workbench网格控制之——全局网格控制

Ansys Workbench网格控制之——全局网格控制

在使用ANSYS Workbench进行网格划分时，全局网格控制可以使用默认的设置，但要进行高质量的网格划分，还需要用户了解全局控制的常用设置，尤其是对于复杂的零部件。

网格全局控制的设置包含了7个组别，分别是Display（显示）、Defaults（缺省设置）、Sizing（尺寸控制）、Quality（质量控制）、Inflation（膨胀控制）、Advanced（高级控制）、Statistics（网格信息）等信息，如下图所示。

1 显示组

显示组可以用于直观地显示网格质量，各选项的含义将在质量组中详解。

2 缺省设置组

缺省设置包括Physics Preference物理场选择、Relevance关联度、Element Midside Nodes网格中节点。

2.1 Physics Preference物理环境选择

划分网格目标的物理环境包括结构分析（Mechanical）、电磁分析（Electromagnetics）、流体分析（CFD）、显示动力学分析（Explicit）等

不同物理场下默认设置如下图

2.2 Relevance关联度

Relevance数值越小网格越粗疏，即可拖到也可输入值，从-100至100代表网格由疏到密。

虽然Relevance Center是在尺寸参数控制选项里设置的，但由于Relevance需要与其配合使用，故在此一起介绍。Relevance Center是在Relevance数值基础上再次区分粗、中、精。如下图。

2.3 Element MIdside Nodes网格中节点

用于设置网格的中节点，dropped为去除中节点，kept为保留中节点。

如果为缺省值Program Controlled则由程序默认控制，以下为实体、壳、梁的网格单元默认值

3 Sizing尺寸控制组

3.1 Size Function尺寸函数

Adaptive自适应：此选项为默认值，也是最常使用的设置。此时网格控制的规则为先从边开始划分网格，在曲率比较大的地方自动细化网格，然后产生面网格，最后产生体网格。

Curvature曲率：在有曲率变化的地方网格会自动加密，可以控制曲面处网格的变化，使转角处或孔洞的曲边的网格细化（对直角边不起作用）。第一控制参数是Curvature Normal Angle曲率法向角（默认不细化，若要细化需要手动修改此值），细化的目标是曲边的单独网格跨越Curvature Normal Angle这个角，且小于最小尺寸。

Proximity近距：细化临近部位的网格，可以控制狭窄和薄壁处网格层数，但是对曲面往往处理不好。第一控制参数为Num Cells Across Gap狭窄处网格层数，默认3层。细化的目标是狭窄处和薄壁处的网格层数达到Num Cells Across Gap值，且小于Proximity Min Size(近距最小划分尺寸)。

P&C近距和曲率：即可以控制曲面处网格的变化，也可控制窄薄处网格层数。

Uniform固定：控制网格尺寸最大与最小值，不会根据曲率或窄薄自动划分网格。

3.2 Relevance Center关联中心，见2.2

3.3 Element Size单元尺寸（略）

3.4 Initial size Seed初始尺寸种子

Initial Size Seed初始尺寸种子：用来控制每一部件的初始网格种子，此时已定义单元的尺寸会被忽略。上面的解释比较晦涩，其实初始种子就是我们指定程序从哪里开始取值，默认初始种子是Active Assembly（激活的装配体），一般我们不需要去设置。

Active Assembly激活的装配体：该选项为默认选项，初始种子放入未抑制部件，网格可以改变。

Full Assembly全部装配体：选择该设置时，不考虑抑制部件的数量，初始种子放入所有装配部件。由于抑制部件的存在，网格不会改变。

Part零件：选择该设置时，初始种子在网格划分时放入个别特殊部件。由于抑制部件的存在，网格不会改变。

3.5 Transition过渡

用于控制邻近单元增长比，包含 Fast、Slow 两个选项可供选择。通常情况下 CFD、Explicit 分析需要缓慢产生网格过渡，Mechanical、Electromagetics 需要快速产生网格过渡。

3.6 Span Angle Center跨度中心角

跨度中心角只有在Size Function 关闭时方可使用。用来设定基于边细化的曲度目标。控制网格在弯曲区域细分，直到单独单元跨越这个角，包含 Coarse（粗糙：60°~91°）、Medium（中等：24°~75°）、Fine（细化 12°~36°）三个选项可供选择。

3.7 Automatic Mesh Based Defeaturing自动清理特征与Defeature Size特征尺寸

当Automatic Mesh Based Defeaturing自动清除特征设置为on时会出现Defeature Size特征尺寸项。当边的网格尺寸小于Defeature Size所设的值时，将放大此处的网格。当Defeature Size设置为0（Default）时，表示不清除。

3.8 其他尺寸设置

当3.1的Size Function尺寸功能设置为非默认时将出现以下选项。

Min Size 体网格最小尺寸
Max Face Size 面网格最大尺寸
Max Tet Size 体网格最大尺寸
Growth Rate 网格增长率，此项设置后，3.5项Transition过渡设置将不 再起作用。

4 Quality质量控制

4 .1 Check Mesh Quality网格质量检查

默认为检查错误，可以设置不检查或检查错误和报警。

4 .2 Error Limits错误限制

默认为标准模式，可以设置为积极模式

4 .3 Target Quality质量目标

质量为0~1之间的数值，越靠近1表示质量越好，越靠近0表示质量越差。Target Quality质量目标为网格质量优化目标，默认0.05。如下图，在设置质量目标前，网格质量最低为0.33，当把质量目标设置为0.5并重新生成后，网格最低质量变为0.5。当然，优化后最低质量也不一定能达到质量目标值，这时候程序将会让尽量多的网格的质量优化到设定值以上。

4 .4 Smoothing平滑

平滑（Smoothing）是通过移动周围节点和单元的节点位置来改进网格质量，平滑有助于获得更均匀尺寸的网格。Medium用于结构、流体与电磁计算使用默认即可，High用于显示动力学计算。

4 .5 Mesh Metric网格评估

网格划分完成后，若要查看网格质量，只需选择Mesh Metric右侧对应的质量判据。显示窗口下方将出现一张柱状表，点击对应的柱状，可以在显示窗口中看到对应的网格。Mesh Metric下方会出现最大数值最小数值等统计值。

判据种类如下图：

Element Quality单元质量：为0~1之间的数值，越靠近1表示质量越好，越靠近0表示质量越差。
Aspect Ratio纵横比（长宽比），即对单元的三角形或四边形顶点计算长宽比（最长边/最短边）。数值≥1，等于1时表示质量最好，数值越大网格质量越差。结构分析中，纵横比应＜20，大于20将发生警告，大于1e6将发生错误。

Jacobian Ratio (MAPDL）雅可比（MAPDL方法）：是判断某单元的实际形状与该类单元的理想（标准）形状的差别程度，数值≥1，等于1时表示质量最好，数值越大网格越扭曲。

Jacobian Ratio (Corner Nodes）雅可比（角节点）与Jacobian Ratio (Gauss Points)雅可比（高斯点）：范围为-0.1~1。用来判断单元的高曲率和扭曲情况。雅可比越接近于1越好，不能接近于0或为负值，否则将导致严重的局部网格划分失败问题。
Warping Factor翘曲因子：数值≥0，0代表最好。主要用于检查四边形壳单元或六面体单元的四边形面，判断四边形的4个顶点是否在同一个平面内，其值基于单元跟其投影间的高差。0说明四边形位于同一个排名上，值越大说明翘曲越厉害。

Parallel Deviation平行偏差，数值≥0，0代表最好。在一个四边形单元中，由两条对边的向量的点积，通过acos得到一个角度。取两个角度的大值。无中节点的四边形的警告限值为70°，错误限值为150°。

Maximum Corner Angle最大拐角，计算最大顶角对三角形来说，理想值为60°（等边三角形），对四边形，理想值为90°（矩形）。无中节点的四边形警告限值155°，错误限值179.9°。

Skewness畸变度（倾斜度），数值范围0~1，0为理想值，1为最差值。

Orthogonal Quality正交质量，数值范围0~1,1代表最好，0代表最差。

5 Inflation膨胀控制

5.1 Use Automatic Inflation使用自动膨胀

是否自动划分边界层，一般按默认设置的None。

5.2 Inflation Option膨胀选项

Smooth Transition（平滑过渡）该选项为默认选项，如下图所示，表示使用局部四面体单元尺寸计算每个局部的初始高度和总高度，以达到平滑的体积变化比。每个膨胀的三角形都有一个关于面积计算的初始高度，在节点处平均。这意味着对于均匀网格，初始高度大致相同，而对于变化网格，初始高度是不同的。 需要输入Transition Ratio边界层过渡比， Maximum Layers最大边界层数，Growth Rate边界增长率。

Total Thickness总厚度：用来创建常膨胀层，其参数如下图所示。可用Number of Layers边界层数 的值和Growth Rate边界增长率来控制，以获得Maximum Thickness值控制的总厚度。不同于Smooth Transition选项的膨胀，Total Thickness选项的膨胀的第一膨胀层和下列每一层的厚度都是常量。

First Layer Thickness第一层厚度：用来创建常膨胀层，其参数如下图所示。可使用 First Layer Height第一层高度、Maximum Layers最大边界层数和Growth Rate边界增长率来控制生成膨胀网格。不同于Smooth Transition 选项的膨胀，First Layer Thickness选项的第一膨胀层和下列每一层的厚度都是常量。

First Aspect Ratio第一层纵横比，需要输入第一层纵横比，最大边界层数和边界增长率。

Last Aspect Ratio最后一层纵横比，需要输入第一层高度，最大边界层数和最后一层纵横比。次方法能够控制第一层网格高度不变，最后一层网格通过纵横比控制。

5.3 Inflation Algorithm膨胀运算法则

Inflation Algorithm包括Pre前处理、Post后处理两个选项，如图

Pre（前处理）：先生成四面体，再生成边界层网格。

Post（后处理）：先生成边界层网格，再生成体网格。

5.4 View Advanced Options视图高级选项

默认为No，当选择Yes时，会弹出以下设置界面

Collision Avoidance避免碰撞，检测相邻区域并调整边界层单元。None为不检测相邻区域。Layer Compression在相邻区域压缩边界层，保持相邻区域的层数不变。Stair Stepping在相邻区域的边界层呈阶梯交错状，逐步地移除层，避免冲撞及尖角处产生质量差的网格（即对冲突边界层减少层数）。

Gap Factor空隙，相冲撞的两个边界层之间的空隙，数值范围0~2，默认0.5。1表示空隙为一个四面体网格的边界的高度。
Maximum Height over Base边界层允许的最大宽高比，数值范围0.1~5，默认1。当边界层的宽高比达到此值，边界层之后的所有层停止增长。
Growth Rate Type边界增长率类型：默认选项Geometic指数增长；Exponential幂函数增长；Linear线性增长。
Maximum Angle最大转角，数值范围90°~180°，默认140°。当边界层网格延伸到一个不需要划边界层网格的转角时设置此项。
Fillet Ratio圆角率，数值范围0~1，默认为1，0代表没有圆角。
Use Post Smoothing使用Pose平滑，默认为Yes，用于提高网格质量。
Smoothing lterations平滑处理，数值范围1~20，默认为5。用于当Use Post Smoothing选择Yes时，设置平滑迭代步数。

6 Advanced高级控制

6.1 Number of CPUs for Parallel Part Meshing用于零件网格划分并行计算的cpu数量

默认是单核计算，可以设置为0~256，根据电脑实际情况设置。一般核数越多，划分网格所用时间约短。如果要修改默认核数，请参考本人之前的头条文章《让Ansys Workbench性能燃烧起来》。

6.2 Straight Sided Elements直边单元

默认为No，改为Yes后网格的曲边将变为直边（不是删除中节点）。对于流体单元，选项为不可设置状态。

6.3 Number of Retries重试次数

当网格划分失败时，重新划分的次数，重新划分是将划分为更细的网格。默认为4，可设置0~4。

6.4 Rigid Body Behavior刚体行为

默认选项为Dimensionally Reduced只生成表面网格。Full Mesh将生成所有网格。结构网格为灰色不可更改状态。

6.5 Mesh Morphing网格变形

默认为Disable，如果更改为Enabled，当几何体有变化时，将产生一个变形的网格而不是重新对这个几何体进行网格划分。

6.6 Triangle Surface Mesher表面三角形网格化

此项主要用于网格修补。默认为程序控制，程序会根据模型表面形状，来确定是否使用三角剖分算法或高级前沿算法。如果设置为Advancing Front，则优先使用高级前沿算法，能为几何体提供更光滑的过渡。如果网格划分过程失败，则自动转换为三角剖分算法

6.7 Use Asymmetric Mapped Mesh (Beta)使用非对称映射网格

默认为No，结构网格为灰色不可更改状态。

6.8 Topology Checking拓扑结构检查

默认为No，网格划分跳过几何拓扑检查。若改为Yes，网格划分时会对所有几何拓扑进行检查，检查有问题时，会弹出一个错误提示框，有问题的网格将显示为红色。

6.9 Pinch Tolerance收缩容差、Generate Pinch on Refresh刷新时生成收缩。

Pinch选项用于去除几何模型的细小特征如边、狭窄区等。收缩只对顶点或边起作用，对面和体不起作用。

以下介绍如何自动清除复制零件/装配体的细小网格。

Pinch Tolerance收缩容差的值设置为小于Size组下的Minimum Edge Length局部最小尺寸值。

右击Mesh--Create Pinch Controls 程序将自动寻找并去除几何体上的小于收缩容差值的一些小特征，并生成pich列表。

右键Mesh--Update或Generate Mesh，将重新生成网格，此时虽然和之前的网格外观看上去一样，但是单元却少了很多。

7 Statistics网格信息

网格信息下包括两项信息，分别是Nodes节点数量、Elements单元数量。见上图。

文章来源：热控产品