《有限元分析技術》課件-第五章 網(wǎng)格劃分

5.1網(wǎng)格劃分平臺 5.23D幾何網(wǎng)格劃分 5.3網(wǎng)格參數(shù)設置 5.3.1缺省參數(shù)設置 5.3.2尺寸控制 5.3.3膨脹控制 5.3.4高級設置 5.3.5網(wǎng)格信息 5.4掃掠網(wǎng)格劃分 5.4.1掃掠劃分方法 5.4.2掃掠網(wǎng)格控制 5.5多區(qū)網(wǎng)格劃分 5.6網(wǎng)格劃分案例 5.1網(wǎng)格劃分平臺ANSYSWorkbench17.0中提供ANSYSMeshing應用程序的目標是實現(xiàn)通用的網(wǎng)格劃分格局。網(wǎng)格劃分工具包括FEA仿真和CFD分析，它們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、電磁場分析等。·?CFD分析：包括ANSYSCFX、ANSYSFLUENT等。1.?Meshing操作環(huán)境介紹ANSYSMeshing主界面如圖5-1所示，它由菜單欄、工具欄、模型樹、詳細設置窗口等組成。圖5-1Meshing操作界面1)?Edit菜單圖5-2所示為Edit菜單，Edit菜單中包含操作工程結果數(shù)據(jù)的一系列命令，包括復制、不帶結果文件的復制、拷貝、剪切、粘貼、刪除及選擇所有共7個子菜單。Edit菜單只有當一個工程仿真計算完成后才會顯示，如果為完成一個完整的工程數(shù)據(jù)計算，則Edit菜單為灰色不可選擇狀態(tài)。圖5-2Edit菜單Duplicate(復制)：單擊此命令后，會將已經(jīng)計算完成的后處理的數(shù)值結果完整復制一份，其名稱會自動在后面添加一位數(shù)字，如圖5-3所示。圖5-3Duplicate命令?DuplicateWithoutResults：單擊此命令后，會將選中已經(jīng)計算完成的后處理命令復制一份，此時需要用戶單擊Solve按鈕進行后處理計算，其名稱會自動在后面添加一位數(shù)字，如圖5-4所示。圖5-4DuplicateWithoutResults命令2)?View菜單View菜單中包含了各種圖形顯示命令，如圖5-5所示。圖5-5View菜單2.網(wǎng)格劃分特點在ANSYSWorkbench中進行網(wǎng)格劃分，具有以下特點：(1)?ANSYS網(wǎng)格劃分的應用程序采用的是Divide&Conquer方法。(2)?幾何體的各部件可以使用不同的網(wǎng)格劃分方法，亦即不同部件的體網(wǎng)格可以不匹配或不一致。(3)?所有網(wǎng)格數(shù)據(jù)需要寫入共同的中心數(shù)據(jù)庫。(4)?3D和2D幾何體擁有各種不同的網(wǎng)格劃分方法。3.網(wǎng)格劃分方法在幾何體的不同部位可以運用ANSYSWorkbench17.0中提供的不同網(wǎng)格劃分法。1)三維幾何體劃分對于三維幾何體，有如圖5-6所示幾種不同的網(wǎng)格劃分方法。圖5-63D幾何體的網(wǎng)格劃分法(1)自動劃分法。自動設置四面體或掃掠網(wǎng)格劃分，如果體是可掃掠的，則體將被掃掠劃分網(wǎng)格，否則將使用Tetrahedrons下的PatchConforming網(wǎng)格劃分器來劃分網(wǎng)格。同一部件的體具有一致的網(wǎng)格單元。(2)四面體劃分法。四面體劃分法包括PatchConforming劃分法及PatchIndependent劃分法。四面體劃分法的參數(shù)設置如圖5-7所示。圖5-7四面體劃分法的參數(shù)設置PatchIndependent網(wǎng)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：MaxElementSize，用于控制初始單元劃分的大??；ApproxnumberofElementsperPart，用于控制模型中期望的單元數(shù)目。當MeshBasedDefeaturing設為ON，并且在DefeaturingTolerance選項中設置某一數(shù)值時，程序會根據(jù)大小和角度過濾掉幾何邊。(3)六面體主導法。首先生成四邊形主導的面網(wǎng)格，然后得到六面體，最后根據(jù)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(nèi)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。通過掃掠的方法進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格多是六面體單元，也可能是楔形體單元。(5)多區(qū)劃分法。多區(qū)及掃掠劃分網(wǎng)格是一種自動幾何分解方法。使用掃掠方法時，元件要被切成三個體來得到純六面體網(wǎng)格。2)面體或殼二維幾何劃分對于面體或殼二維幾何，ANSYSWorkbench17.0提供的網(wǎng)格劃分方法包括：四邊形單元主導、三角形單元、均勻四邊形/三角形單元和均勻四邊形單元。2)網(wǎng)格劃分的注意事項(1)網(wǎng)格劃分時需要注意細節(jié)，幾何細節(jié)是和物理分析息息相關的，不必要的細節(jié)會大大增加分析需求。(2)需要注意網(wǎng)格細化，復雜應力區(qū)域等需要較高密度的網(wǎng)格。(3)需要注意效率，大量的單元需要更多的計算資源，網(wǎng)格劃分時需要在分析精度和資源使用方面進行權衡。(4)需要注意網(wǎng)格質(zhì)量，在網(wǎng)格劃分時，復雜幾何區(qū)域的網(wǎng)格單元會變扭曲，由此導致網(wǎng)格質(zhì)量降低，劣質(zhì)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ANSYSWorkbench17.0中有很多方法可用來檢查單元網(wǎng)格的質(zhì)量。5.網(wǎng)格劃分流程在ANSYSWorkbench17.0中，網(wǎng)格的劃分流程如下：(1)設置劃分網(wǎng)格目標的物理環(huán)境。

(2)設定網(wǎng)格的劃分方法。(3)設置網(wǎng)格參數(shù)(尺寸、控制、膨脹等)。(4)創(chuàng)建命名選項。(5)預覽網(wǎng)格并進行必要的調(diào)整。(6)生成網(wǎng)格。(7)檢查生成的網(wǎng)格質(zhì)量。(8)準備分析網(wǎng)格。6.網(wǎng)格尺寸策略不同類型的分析系統(tǒng)，網(wǎng)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(wǎng)格尺寸策略。1)力學分析網(wǎng)格尺寸策略(1)利用最小輸入的有效方法來解決關鍵的特征。(2)定義或接受少數(shù)全局網(wǎng)格尺寸并設置默認值。(3)利用Relevance和RelevanceCenter進行全局網(wǎng)格調(diào)整。(4)根據(jù)需要可對體、面、邊、影響球定義尺寸，可以對網(wǎng)格生成的尺寸施加更多的控制。2)?CFD分析網(wǎng)格尺寸策略(1)在必要的區(qū)域依靠AdvancedSizeFunctions細化網(wǎng)格，其中默認為Curvature，根據(jù)需要可以選擇Proximity。(2)識別模型的最小特征：設置能有效識別特征的最小尺寸；如果網(wǎng)格過于細化，則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。(3)根據(jù)需要可以對體、面、邊或影響球定義軟尺寸，可以對網(wǎng)格生成的尺寸設置更多的控制。5.23D幾何網(wǎng)格劃分所有的3D網(wǎng)格劃分方法都要求組成的幾何為實體，若輸入的是由面體組成的幾何體，則需要額外操作，將其轉換為3D實體方可進行3D網(wǎng)格劃分，當然表面體仍可以由表面網(wǎng)格劃分法來劃分。常見的3D網(wǎng)格基本形狀如圖5-8所示。其中四面體為非結構化網(wǎng)格，六面體通常為結構化網(wǎng)格，棱錐為四面體和六面體之間的過渡網(wǎng)格，棱柱由四面體網(wǎng)格被拉伸時生成。四面體網(wǎng)格劃分在三維網(wǎng)格劃分中是最簡單的。

四面體

六面體

棱錐

棱柱

圖5-83D網(wǎng)格的基本形狀1.四面體網(wǎng)格的優(yōu)點和缺點四面體網(wǎng)格具有鮮明的優(yōu)點和缺點?！?yōu)點：可以施加于任何幾何體，可以快速、自動生成；在關鍵區(qū)域容易使用曲度和近似尺寸功能自動細化網(wǎng)格；可以使用膨脹細化實體邊界附近的網(wǎng)格，邊界層有助于面法向網(wǎng)格的細化，但在2D中仍是等向的；為捕捉一個方向的梯度，網(wǎng)格在所有的三個方向細化，即等向細化?！と秉c：在近似網(wǎng)格密度情況下，單元和節(jié)點數(shù)高于六面體網(wǎng)格；網(wǎng)格一般不可能在一個方向排列；由于幾何和單元性能的非均質(zhì)性，故而不適合于薄實體或環(huán)形體；在使用等向細化時網(wǎng)格數(shù)量急劇上升。2.四面體網(wǎng)格劃分時的常用參數(shù)網(wǎng)格質(zhì)量是指網(wǎng)格幾何形狀的合理性。網(wǎng)格質(zhì)量的好壞將影響計算精度的高低。質(zhì)量太差的網(wǎng)格甚至會中止計算。直觀上看，網(wǎng)格各邊或各個內(nèi)角相差不大、網(wǎng)格面不過分扭曲、邊節(jié)點位于邊界等分點附近的網(wǎng)格質(zhì)量較好。網(wǎng)格質(zhì)量可用細長比、錐度比、內(nèi)角、翹曲量、拉伸值、邊節(jié)點位置偏差等指標度量。劃分網(wǎng)格時一般要求網(wǎng)格質(zhì)量能達到某些指標要求。在重點研究的結構關鍵部位，應保證劃分高質(zhì)量網(wǎng)格，即使是個別質(zhì)量很差的網(wǎng)格也會引起很大的局部誤差；而在結構次要部位，網(wǎng)格質(zhì)量可適當降低。當模型中存在質(zhì)量很差的網(wǎng)格時，計算過程將無法進行。網(wǎng)格分界面和分界點，結構中的一些特殊界面和特殊點應分為網(wǎng)格邊界或節(jié)點以便定義材料特性、物理特性、載荷和位移約束條件。即應使網(wǎng)格形式滿足邊界條件的特點，而不應讓邊界條件來適應網(wǎng)格。常見的特殊界面和特殊點有材料分界面、幾何尺寸突變面、分布載荷分界線(點)、集中載荷作用點和位移約束作用點等。單元的質(zhì)量和數(shù)量對求解結果和求解過程影響較大，如果結構單元全部由等邊三角形、正方形、正四面體、立方六面體等單元構成，則求解精度可接近實際值，但由于這種理想情況在實際工程結構中很難做到，因此根據(jù)模型的不同特征設計不同形狀種類的網(wǎng)格，有助于改善網(wǎng)格的質(zhì)量和求解精度。單元質(zhì)量評價一般可采用以下幾個參數(shù)：(1)單元的邊長比、面積比或體積比：以正三角形、正四面體、正六面體為參考基準。理想單元的邊長比為1，對線性單元可接受的邊長比范圍小于3，二次單元小于10。對于同形態(tài)的單元，線性單元對邊長比的敏感性較高階單元高，非線性比線性分析更敏感。(2)扭曲度：單元面內(nèi)的扭轉和面外的翹曲程度。(3)疏密過渡：網(wǎng)格的疏密主要表現(xiàn)為應力梯度方向和橫向過渡情況，應力集中的情況應妥善處理，而對于分析影響較小的局部特征應分析其情況，如外圓角的影響比內(nèi)圓角的影響小得多。(4)節(jié)點編號排布：節(jié)點編號對于求解過程中的總體剛度矩陣的元素分布、分析耗時、內(nèi)存及空間有一定的影響。合理的節(jié)點、單元編號有助于利用剛度矩陣對稱、帶狀分布、稀疏矩陣等方法提高求解效率，同時要注意消除重復的節(jié)點和單元。(5)位移協(xié)調(diào)性：位移協(xié)調(diào)是指單元上的力和力矩能夠通過節(jié)點傳遞相鄰單元。為保證位移協(xié)調(diào)，一個單元的節(jié)點必須同時也是相鄰單元的節(jié)點，而不應是內(nèi)點或邊界點。相鄰單元的共有節(jié)點具有相同的自由度性質(zhì)，否則，單元之間須用多點約束等式或約束單元進行約束處理。3.四面體算法在ANSYSWorkbench17.0網(wǎng)格劃分平臺下，有兩種算法可以生成四面體網(wǎng)格，而且這兩種算法均可用于CFD的邊界層識別。1)?PatchConforming首先利用幾何所有面和邊的Delaunay或AdvancingFront表面網(wǎng)格劃分器生成表面網(wǎng)格，然后基于TGRIDTetra算法由表面網(wǎng)格生成體網(wǎng)格。PatchConforming算法包含膨脹因子的設定，用于控制四面體邊界尺寸的內(nèi)部增長率、CFD的膨脹層或邊界層識別，可與體掃掠法混合使用產(chǎn)生一致的網(wǎng)格。利用PatchConforming生成四面體網(wǎng)格的操作步驟如下：(1)右擊Mesh，如圖5-9所示，在彈出的快捷菜單中選擇Insert→Method命令，或者如圖5-10所示選擇MeshControl→Method命令。

圖5-9快捷菜單

圖5-10工具欄命令(2)在網(wǎng)格參數(shù)設置欄中選擇Scope→Geometry選項，在圖形區(qū)域選擇應用該方法的體，單擊?

按鈕，如圖5-11所示。(3)將Definition欄的Method設置為Tetrahedrons，如圖5-12所示，將Algorithm設置為PatchConforming，如圖5-13所示，即可使用PatchConforming算法劃分四面體網(wǎng)格。圖5-11Geometry設置

圖5-12Method設置

圖5-13Algorithm設置2)?PatchIndependentPatchIndependent算法用于生成體網(wǎng)格并映射到表面產(chǎn)生表面網(wǎng)格，如果沒有載荷、邊界條件或其他作用，則面和它們的邊界無需考慮。該算法是基于ICEMCFDTetra的，Tetra部分具有膨脹應用。PatchIndependent四面體的操作步驟與PatchConforming相同，只是在設置Algorithm時選擇PatchIndependent即可。4.四面體膨脹四面體膨脹的基本設置包括膨脹選項、前處理和后處理膨脹算法等。5.3網(wǎng)格參數(shù)設置在利用ANSYSWorkbench進行網(wǎng)格劃分時，可以使用默認的設置，但要進行高質(zhì)量的網(wǎng)格劃分，還需要用戶對網(wǎng)格的詳細參數(shù)進行設置，尤其是對于復雜的零部件。網(wǎng)格參數(shù)是在參數(shù)設置區(qū)進行設置的，同時該區(qū)還顯示了網(wǎng)格劃分后的詳細信息。參數(shù)設置區(qū)包含了Defaults、Sizing、Inflation、Advanced、Defeaturing、Statistics等信息，如圖5-14所示。劃分網(wǎng)格目標的物理環(huán)境包括結構分析、電磁分析、流體分析、顯示動力學分析等，如圖5-15所示。設置完成后會自動生成相關物理環(huán)境的網(wǎng)格。

圖5-14網(wǎng)格參數(shù)設置

圖5-15目標物理環(huán)境在劃分網(wǎng)格時，不同的分析類型有不同的網(wǎng)格劃分要求，結構分析使用高階單元劃分較為粗糙的網(wǎng)格，CFD要求使用好的、平滑過渡的網(wǎng)格、邊界層轉化，不同的CFD求解器也有不同的要求，如表5-1所示。表5-1不同的物理環(huán)境在缺省設置下的網(wǎng)格特點PhysicsPreference(物理優(yōu)先項)自動設置下列各項備注RelevanceCenter(關聯(lián)中心缺省值)Smoothing(平滑度)Transition(過渡)ElementMidsideNodes(實體單元默認中節(jié)點)Mechanical(力學分析)Coarse(粗糙)Medium(中等)Fast(快)ProgramControlled(程序控制)圖5-16CFD(計算流體力學分析)Coarse(粗糙)Medium(中等)Slow(慢)Dropped(消除)圖5-17Electromagnetics(電磁分析)Medium(中等)Medium(中等)Fast(快)Kept(保留)圖5-18Explicit(顯示分析)Medium(中等)High(高)Slow(慢)Dropped(消除)圖5-195.3.1缺省參數(shù)設置關于缺省參數(shù)的設置在前面已經(jīng)介紹過了，這里僅介紹Relevance及RelevanceCenter兩個選項，如圖5-20所示。雖然RelevanceCenter是在尺寸參數(shù)控制選項里設置的，但由于Relevance需要與其配合使用，故在此一起介紹。Relevance(相關性)是通過拖動滑塊來實現(xiàn)網(wǎng)格細化或粗糙控制的，而RelevanceCenter由Coarse、Medium、Fine三個選項進行選擇控制，效果如圖5-21所示。5.3.2尺寸控制1.尺寸參數(shù)設置尺寸控制是在參數(shù)設置區(qū)進行設定的，尺寸控制包含的選項如圖5-22所示。ElementSize：用來設置整個模型使用的單元尺寸。該尺寸將應用到所有的邊、面和體的劃分中。當在Sizing面板的SizeFunction下選用高級尺寸功能時，該選項將不會出現(xiàn)。圖5-22尺寸控制參數(shù)設置2.高級尺寸控制在無高級尺寸功能時，可根據(jù)已定義的單元尺寸對邊劃分網(wǎng)格；而在有高級尺寸控制時，Curvature和Proximity可以對網(wǎng)格進行細化，對缺陷和收縮控制進行調(diào)整，然后通過面和體網(wǎng)格劃分器進行網(wǎng)格劃分。高級尺寸控制是通過在Sizing面板的UseAdvancedSizeFunction進行開啟控制的，高級尺寸功能包括ProximityandCurvature、Curvature、Proximity以及Uniform4個選項，如圖5-23所示。選擇不同的選項時參數(shù)設置也會不同，如圖5-24所示為選擇ProximityandCurvature時的參數(shù)設置列表，如圖5-25所示為選擇Uniform時的參數(shù)設置列表。圖5-23高級尺寸功能圖5-24ProximityandCurvature參數(shù)設置列表圖5-25Uniform參數(shù)設置列表3.局部尺寸控制根據(jù)所使用的網(wǎng)格劃分方法，可用到的局部網(wǎng)格控制的尺寸包括Method、Sizing、ContactSizing、Refinement、MappedFaceMeshing、MatchControl、Pinch及Inflation等。插入局部尺寸的方法有兩種：(1)通過Mesh快捷菜單插入局部尺寸控制，如圖5-9所示；(2)通過Mesh工具欄插入，如圖5-10所示。插入局部尺寸后，在參數(shù)設置欄的Defination→Type中默認會出現(xiàn)ElementSize選項，如圖5-26所示，該選項可以定義體、面、邊或頂點的平均單元邊長。當Type選擇SphereofInfluence時可以設定平均單元尺寸，如圖5-27所示。圖5-26默認參數(shù)設置

圖5-27選擇SphereofInfluence5.3.3膨脹控制膨脹控制是通過邊界法向擠壓面邊界網(wǎng)格轉化實現(xiàn)的，主要應用于CFD分析中，以處理邊界層處的網(wǎng)格，實現(xiàn)從膨脹層到內(nèi)部網(wǎng)格的平滑過渡，其中包括純六面體及楔形體等。這并不表示膨脹控制只能應用于CFD，在固體力學的FEM分析中，亦可應用Inflation法來處理網(wǎng)格。1.膨脹選項InflationOption(膨脹選項)包括SmoothTransition、TotalThickness、FirstLayerThickness等選項，如圖5-28所示。

5-28膨脹選項

(1)?SmoothTransition為默認選項，如圖5-29所示，表示使用局部四面體單元尺寸計算每個局部的初始高度和總高度，以達到平滑的體積變化比。每個膨脹的三角形都有一個關于面積計算的初始高度，在節(jié)點處平均。這意味著對于均勻網(wǎng)格，初始高度大致相同，而對于變化網(wǎng)格，初始高度是不同的。選擇SmoothTransition時，TransitionRatio選項會出現(xiàn)，用于設置膨脹的最后單元層和四面體區(qū)域第一單元層間的體尺寸改變。圖5-29SmoothTransition默認選項(2)?TotalThickness用來創(chuàng)建常膨脹層，其參數(shù)如圖5-30所示?？捎肗umberofLayers的值和GrowthRate來控制，以獲得MaximumThickness值控制的總厚度。不同于SmoothTransition選項的膨脹，TotalThickness選項的第一膨脹層和下列每一層的厚度都是常量。圖5-30TotalThickness選項(3)?FirstLayerThickness用來創(chuàng)建常膨脹層，其參數(shù)如圖5-31所示?？墒褂肍irstLayerHeight、MaximumLayers和GrowthRate控制生成膨脹網(wǎng)格。不同于SmoothTransition選項的膨脹，F(xiàn)irstLayerThickness選項的第一膨脹層和下列每一層的厚度都是常量。圖5-31FirstLayerThickness選項2.膨脹運算法則膨脹運算法則包括Pre、Post兩個選項，如圖5-32所示，各選項的使用方法如下：(1)?Pre：屬于TGrid算法，該算法是所有物理類型的默認設置，運算時首先進行表面網(wǎng)格膨脹，然后生成體網(wǎng)格。前處理可以應用于掃掠和2D網(wǎng)格劃分，但不支持鄰近面設置不同的層數(shù)。(2)?Post：屬于ICEMCFD算法，該算法是使用一種在四面體網(wǎng)格生成后作用的處理技術，只對PatchingConforming和PatchIndependent四面體網(wǎng)格有效。圖5-32膨脹運算法則5.3.4高級設置在DetailsofMesh可以進行網(wǎng)格的高級設置，如圖5-33所示。圖5-33Advanced選項5.3.5網(wǎng)格信息網(wǎng)格信息可以由參數(shù)設置面板中的Statistics進行查看，也可以查看網(wǎng)格統(tǒng)計及網(wǎng)格劃分的質(zhì)量。圖5-34所示為Statistics面板。圖5-34Statistics面板①?ElementQuality：選擇單元質(zhì)量選項后，此時在信息欄中會出現(xiàn)圖5-35所示的MeshMetrics窗口，在窗口內(nèi)顯示了ElementQuality圖表。圖中，橫坐標由0到1，網(wǎng)格質(zhì)量由壞到好，衡量準則為網(wǎng)格的邊長比；縱坐標顯示的是網(wǎng)格數(shù)量，網(wǎng)格數(shù)量與矩形條成正比；ElementQuality圖表中的值越接近1，說明網(wǎng)格質(zhì)量越好。圖5-35ElementQuality圖表單擊ElementQuality圖表中的Control按鈕，此時彈出圖5-36所示的單元質(zhì)量控制圖表，在圖表中可以進行單元數(shù)及最大最小單元的設置。圖5-36單元質(zhì)量控制圖表②?AspectRatio：選擇此選項后，此時在信息欄中會出現(xiàn)圖5-37所示的MeshMetrics窗口，在窗口內(nèi)顯示了AspectRatio圖表。橫坐標值接于1說明說明劃分的網(wǎng)格質(zhì)量越好。圖5-37AspectRatio圖表③?JacobianRatio：雅可比比率適應性較廣，一般用于處理帶有中節(jié)點的單元。選擇此選項后，在信息欄中會出現(xiàn)圖5-38所示的MeshMetrics窗口，在窗口內(nèi)顯示了JacobianRatio圖表。JacobianRatio是按以下計算法則得到的：計算單元內(nèi)樣本點雅可比矩陣的行列式值，雅可比值是樣本點中行列式最大值與最小值的比值；若兩者正負號不同，雅可比值將為-100，此時該單元不可接受。雅可比值越接近于1，則網(wǎng)格質(zhì)量越好。圖5-38JacobianRatio圖表④?WarpingFactor：用于計算或者評估四邊形殼單元、含有四邊形面的塊單元楔形單元及金字塔單元等。高扭曲系數(shù)表明單元控制方程不能很好地控制單元，需要重新劃分。選擇此選項后，此時在信息欄中會出現(xiàn)圖5-39所示的MeshMetric窗口，在窗口內(nèi)顯示了WarpingFactor圖表。系數(shù)接近于0說明單元位于一個平面上，質(zhì)量就好；若系數(shù)越大，則說明單元扭曲越大，質(zhì)量越不好。圖5-39WarpingFactor圖表⑤?ParallelDeviation：計算對邊矢量的點積，通過點積中的余弦值求出最大的夾角。平行偏差為0最好，此時兩對邊平行。選擇此選項后，此時在信息欄中會出現(xiàn)圖5-40所示的MeshMetrics窗口，在窗口內(nèi)顯示了ParallelDeviation圖表。圖5-40ParallelDeviation圖表⑥?MaximumCornerAngle：計算最大角度。對三角形而言，60°最好，為等邊三角形；對四邊形而言，90°最好，為矩形。選擇此選項后，此時在信息欄中會出現(xiàn)圖5-41所示的MeshMetrics窗口，在窗口內(nèi)顯示了MaximumCornerAngle圖表。圖5-41MaximumCornerAngle圖表⑦Skewness：網(wǎng)格質(zhì)量檢査的主要方法之一，有兩種算法，即Equilateral-Volume-BasedSkewness和NormalizedEquiangularSkewness。其值位于0～1之間，0最好，1最差。選擇此選項后，此時在信息欄中會出現(xiàn)圖5-42所示的MeshMetrics窗口，在窗口內(nèi)顯示了Skewness圖表。圖5-42Skewness圖表⑧?OrthogonalQuality：網(wǎng)格質(zhì)量檢査的主要方法之一，其值位于0～1之間，0最差，1最好。選擇此選項后，此時在信息欄中會出現(xiàn)圖5-43所示的MeshMetrics窗口，在窗口內(nèi)顯示了OrthogonalQuality圖表。圖5-43OrthogonalQuality圖表5.4掃掠網(wǎng)格劃分掃掠是指當創(chuàng)建六面體網(wǎng)格時先劃分源面再延伸到目標面的一種網(wǎng)格劃分方法。除源面及目標面以外的面都叫做側面。掃掠方向或路徑由側面定義，源面和目標面間的單元層是由插值法建立并投射到側面上去的。5.4.1掃掠劃分方法1.特點使用掃掠劃分方法能夠實現(xiàn)掃掠體六面體和楔形單元的有效劃分。掃掠劃分方法具有以下特點：(1)體相對源面和目標面的拓撲可實現(xiàn)手動或自動選擇。(2)源面可劃分為四邊形和三角形面。(3)源面網(wǎng)格需要復制到目標面。(4)隨著體的外部拓撲，生成六面體或楔形單元連接兩個面。一個可掃掠體需要滿足下列條件：(1)包含不完全閉合空間。(2)至少有一個由邊或閉合表面連接的從源面到目標面的路徑。(3)沒有硬性分割定義，在源面和目標面的相應邊上可以有不同的分割數(shù)。2.步驟掃掠(Sweep)網(wǎng)格劃分的操作步驟如下：(1)右擊Mesh，如圖5-44所示，在彈出的快捷菜單中選擇Insert→Method命令。(2)在網(wǎng)格參數(shù)設置欄中選擇Scope→Geometry選項，在圖形區(qū)域選擇應用該方法的體，單擊Apply按鈕，如圖5-45所示。圖5-44快捷菜單

圖5-45Geometry設置(3)將Definition欄中的Method設置為Sweep，即可使用掃掠方法進行網(wǎng)格劃分，如圖5-46所示。圖5-46使用掃掠方法3.分類在ANSYSWorkbench17.0網(wǎng)格劃分中有3種六面體劃分或掃掠方法。(1)普通掃掠方法：單個源面對單個目標面的掃掠，該方法可以很好地處理掃掠方向擁有多個側面的情況，掃掠時需要分解幾何以使每個掃掠路徑對應一個體。(2)薄掃掠方法：多個源面對多個目標面的掃掠，該方法可以很好地替代殼模型中的面，以得到純六面體網(wǎng)格。注：當側面相對于源面較大(通常指側面與源面的長徑比>1/5)、只有1個源面和1個目標面、掃掠方向沿路徑改變時采用普通掃掠方法，反之則采用薄掃掠方法。(3)多區(qū)掃掠方法：一種自由分解方法，支持多個源面對多個目標面的掃掠。注：薄掃掠和多區(qū)掃掠方法的引入解決了普通掃掠方法難以解決的問題。薄掃掠方法善于處理薄部件的多個源面和目標面；多區(qū)掃掠方法提供非手動分解幾何模型等自由分解方法，并支持多個源面和多個目標面的方法。5.4.2掃掠網(wǎng)格控制使用掃掠方法進行網(wǎng)格劃分時，網(wǎng)格的控制參數(shù)如圖5-47所示。圖5-47Sweep網(wǎng)格的控制參數(shù)5.5多區(qū)網(wǎng)格劃分掃掠網(wǎng)格劃分方法可以實現(xiàn)單個源面對單個目標面的掃掠，也可以很好地處理掃掠方向的多個側面。本節(jié)將要介紹的多區(qū)網(wǎng)格劃分為一種自由分解方法，可以實現(xiàn)多個源面對多個目標面的網(wǎng)格劃分。1.多區(qū)網(wǎng)絡劃分方法在下列情況下需使用多區(qū)網(wǎng)格劃分方法：(1)劃分相較于傳統(tǒng)掃掠方法來說太復雜的單體部件；(2)需要考慮多個源面和目標面；(3)關閉對源面和側面的膨脹；(4)“薄”實體部件的源面和目標面不能正確匹配，但關心目標側面的特征。多區(qū)網(wǎng)格劃分的操作步驟可以參照掃掠網(wǎng)格劃分方法，此處不再贅述。2.多區(qū)網(wǎng)格控制利用多區(qū)方法進行網(wǎng)格劃分時，網(wǎng)格的控制參數(shù)如圖5-48所示。圖5-48MultiZone網(wǎng)格的控制參數(shù)5.6網(wǎng)格劃分案例通過上面幾節(jié)的學習，已經(jīng)基本掌握了網(wǎng)格劃分的方法，本節(jié)將通過實例的方法來加強對網(wǎng)格劃分方法及思路的掌握，并從中了解各網(wǎng)格參數(shù)的設置技巧。1.啟動Workbench并建立網(wǎng)格劃分項目(1)在Windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→ANSYS17.0→Workbench17.0命令，啟動ANSYSWorkbench17.0，進入主界面。(2)雙擊主界面Toolbox中的ComponentSystems→Mesh選項，在項目管理區(qū)創(chuàng)建分析項目A，如圖5-49所示。圖5-49創(chuàng)建分析項目A2.創(chuàng)建幾何體在Geometry主界面中選擇Units→Millimeter命令，設置模型單位，然后創(chuàng)建幾何模型，如圖5-50所示。為了進行網(wǎng)格劃分，得到更規(guī)則的網(wǎng)格，可將幾何模型設置為凍結體，處理后模型的網(wǎng)格仍然是連續(xù)的。圖5-50幾何模型3.設置網(wǎng)格劃分選項及默認網(wǎng)格顯示(1)雙擊項目A中的A3欄Mesh項，進入如圖5-51所示的Meshing界面，在該界面下即可進行網(wǎng)格的劃分操作。圖5-51Meshing界面(2)右擊Mesh，如圖5-52所示，在彈出的快捷菜單中選擇Insert→Method命令。圖5-52快捷菜單(3)在網(wǎng)格參數(shù)設置欄中選擇Scope→Geometry選項，在圖形區(qū)域選擇幾何模型，單擊Apply按鈕，將Definition欄中的Method設置為Tetrahedrons，即可使用四面體方法進行網(wǎng)格劃分，如圖5-53所示。(4)在Mesh項上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇

命令，當彈出的網(wǎng)格劃分