06 AM_12_Chapter 5 四面体网格膨胀

发布时间:2021-09-25 20:55:42

第 五章
四面体网格膨胀

5-1

Tetrahedral Mesh with Inflation

概述
? 四面体网格划分算法 ? Patch Conforming的膨胀选项
– – – – 算法 前处理和后处理 高级选项 冲突避免

Training Manual

? Patch Independent 划分
– 损伤外貌 – Proximity 细化 – Curvature 细化

? 作业5.1 三通搅拌器的膨胀四面体网格 (Patch Conforming) ? 作业5.2 汽车多支管的流体和结构网格划分 (Patch Independent)
5-2

Tetrahedral Mesh with Inflation

四面体网格划分算法
? Patch Conforming

Training Manual

– 默认时考虑所有的面和边 (尽管在收缩控制和虚拟*耸被岣谋淝夷纤鹕送饷 基于最小尺寸限制)
– – – – 适度简化CAD (如. native CAD, Parasolid, ACIS, 等.) 在多体部件中可能结合使用扫掠方法生成共形的混合四面体/棱柱和六面体网格 有高级尺寸功能 表面网格 体网格

? Patch Independent
– 对 CAD 有长边的面, 许多面的修补, 短边等有用. – 内置 defeaturing/simplification 基于网格技术 – 基于 ICEM CFD 四面体/棱柱 Octree 方法
– 体网格 表面网格

5-3

Tetrahedral Mesh with Inflation

Patch Conforming 四面体膨胀
? 基本设置包括膨胀选项,前处理和后处理膨胀算法

Training Manual

5-4

Tetrahedral Mesh with Inflation

膨胀选项 – *滑过渡
? *滑过渡 (默认)

Training Manual

– 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*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*均。这 意味着对一均匀网格,初始高度大致相同,而对变化网格初始高度也是不同的。 – 过渡比
? 膨胀层最后单元层和四面体区域第一单元层间的体尺寸改变 ? 当求解器设置为 CFX时, 默认的 Transition Ratio是 0.77. 对其它物理选项, 包括Solver Preference 设置为 Fluent的CFD, 默认值是 0.272. ? 因为Fluent 求解器是单元为中心的,其网格单元等于求解器单元, 而CFX 求解器是顶点 为中心的 ,求解器单元是双重节点网格构造的,因此会发生不同的处理

5-5

Tetrahedral Mesh with Inflation

膨胀选项 – 厚度选项
? 总厚度

Training Manual

– 创建常膨胀层,用Number of Layers 的值和Growth Rate 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选项的膨胀其第一膨胀层和下列每一层的厚度是常量.

? 第一层厚度
– 创建常膨胀层,用 First Layer Height, Maximum Layers, 和 Growth Rate 控制 生成膨胀网格。不同于Smooth Transition 选项的膨胀, First Layer Thickness 选项的膨胀其第一膨胀层和下列每一层的厚度是常量。

5-6

Tetrahedral Mesh with Inflation

膨胀算法
? 前处理
– TGrid 算法 – 所有物理类型的默认设置。首先表面网格膨胀, 然后生成体网格 – 不支持邻*面设置不同的层数 – 可应用于扫掠和 2D 网格划分

Training Manual

? 后处理
– ICEM CFD 算法 – 使用一种在四面体网格生成后作用的后处理技术 – 只对 patching conforming和patch independent 四面体网格有效.

5-7

Tetrahedral Mesh with Inflation

高级膨胀选项
? Mesh 设置为 Yes,在Global Inflation Options下可看到Advanced Options
– 冲突避免
? Layer Compression (对 Fluent默认) ? Stair Stepping (对 CFX默认))

Training Manual

– – – – –

增长比类型 最大角 倒圆角比 使用后处理*滑 *滑迭代

5-8

Tetrahedral Mesh with Inflation

冲突避免
? 层压缩
– 不同面的膨胀阵面扩展有可能冲突, 膨胀 层就要受压制,以给四面体层留足够的空 间 – 如果层压缩不能解决冲突, 层就会由于以 下描述的stair stepping而去除. 产生一警 告信息并且FLUENT用户特别关心的网格 质量会受到影响

Training Manual

? Stair Stepping
– 剥离膨胀层阻止阵面扩展冲突,以给四面 体层留足够的空间

5-9

Tetrahedral Mesh with Inflation

膨胀: Compression 与. Stair-stepping
Layer Compression:

Training Manual

Stair-stepping:

5-10

Tetrahedral Mesh with Inflation

Patch Independent 四面体
? 类似于高级尺寸功能的Curvature 和 Proximity ,Patch Independent 四 面体方法对损伤几何有一个显示容 差控制 ? 体网格首先生成,然后映射到顶点, 边, 和面来创建表面网格。可以强制 地通过创建命名选项或设置 Defeaturing Tolerance 为No来考虑 面, 边, 或点

Training Manual

5-11

Tetrahedral Mesh with Inflation

损伤容差
? “过滤” 边基于尺寸和角。如Define Defeaturing Tolerance设置为Yes, 则需要在Defeaturing Tolerance项 输入数值。包括以下几个基本情况:
– 两个接*容差*似*行的空间边如图1所示 (倒圆角或倒角)
? 如果跨度间的面(倒圆角或倒角) 大于15度,则一边保留另一边去 除。节点将沿一边排成一行。如果跨度间的面(倒圆角或倒角) 小于15度, 两个边都去除 , patch independent 网格越过不捕 捉这个特征 ? 如果容差小于倒圆角或倒角尺寸, 并且偏斜大于15度, 两边都保 留.

Training Manual

Fig. 1

– 直径小于容差的小孔如图2所示.
? 没有边被去除. 这种情况需要手动.

Fig. 2
5-12

Tetrahedral Mesh with Inflation

损伤例子
几何 损伤

Training Manual

损伤容差为1

5-13

Tetrahedral Mesh with Inflation

Proximity 细化 – 狭缝中单元
? 越过狭缝单元数

Training Manual

– (只在 Curvature and Proximity Refinement 设置为Yes时显示)。这是狭缝中的 单元数,设置 proximity 细化的目标。网格将在紧密区域细分, 但细化受到 Min Size Limit的限制,不会越过这个限制。 缺省值是1。

5-14

Tetrahedral Mesh with Inflation

Curvature 细化 – 跨角
? 跨角
– (只在 Curvature and Proximity Refinement 设置为Yes时显示)。设置curvature细化的目 标。 类似于Advanced Size Function的设置. 这个细化也受到 Min Size Limit的限制.下列 几个选择可用:
? 粗糙 – 91 度 60 度 ? 中等 – 75度 到24度 ? 细化 – 36 度到18 度

Training Manual

5-15

Tetrahedral Mesh with Inflation

Patch Independent 四面体膨胀

Training Manual

? 和 Patch Conforming设置类似, 但只有后处理算法,因为在体网格生成之 前不存在表面网格.

5-16

作业5.1
三通搅拌器的四 面体网格膨胀

5-17

Tetrahedral Mesh with Inflation

目标

Training Manual

这个作业示范patch conforming利用四面体网格划分器对三通搅拌器的流体部 分划分网格,壁边界层用膨胀层来考虑。这个网格将在之后的CFD 分析中使用, 所以作业也示范如何为之后的分析输出网格数据 .

5-18

Tetrahedral Mesh with Inflation

输入几何
1. 启动Workbench 并选择 菜单栏的 Import 选项, and change the filter to Geometry File 2. 从指南文件夹指定mixertee.agdb 文件,注意到 一带有绿色对号标记项 出现在项目示图区 3. 展开左边的 Component Systems ,将Mesh拖进 项目示图区中的DM 实 例。 注意出现了联接

Training Manual

5-19

Tetrahedral Mesh with Inflation

抑制实体部件并设置方法
4. 在项目示图区的B体系中双击 Mesh 项打开 ANSYS 网格划分
5. 注意这里有5 部件和 5个实体。 4个 Solid 项 包含三通管的固体部分而命名为 Fluid的 体是流体区域 6. 因为首先关注的是流体区域, 右击并抑制 Outline 中几何下的4个固体 7. 右击 Mesh 插入方法。 选择流体体并将 Method 设置为Tetrahedrons,将 Algorithm 设置为 Patch Conforming

Training Manual

5-20

Tetrahedral Mesh with Inflation

物理优选项
8. 设置 Physics Preference为 CFD ,Solver Preference 为Fluent 9. 展开 Sizing 项 并将Max Face Size 设置为 0.015 [m] , 将 Max Tet Size 设置为0.03 [m] 10. 展开Inflation 项并将 Use Automatic Tet Inflation设为None。 这意味着需要手动定 义膨胀层

Training Manual

5-21

Tetrahedral Mesh with Inflation

预览表面网格
11. 右击 Mesh 并选择 Preview Surface Mesh. 表面网格看起来合理

Training Manual

5-22

Tetrahedral Mesh with Inflation

对方法膨胀
12. 右击 Patch Conforming Method 并选择 Inflate this Method

Training Manual

13. 拾取如下所示的模型表面,设置 Inflation Option 为First Layer Thickness 并输入值0.001 m. Maximum Layers设为5

5-23

Tetrahedral Mesh with Inflation

生成膨胀网格
14. 右击 mesh 并选择Generate Mesh 来创建膨胀 体网格

Training Manual

5-24

Tetrahedral Mesh with Inflation

Skewness Mesh Metric

Training Manual

15. 展开 Statistics ,将 Mesh Metrics 选项设为 Skewness,对Fluent求解器最大值 0.742是合适的

5-25

Tetrahedral Mesh with Inflation

解禁固体
16. 选择几何下的4个固体部件,右击来解禁它们。 想要对固体划分网格来进行CFX或FLUENT或 FSI的耦合传热计算

Training Manual

5-26

Tetrahedral Mesh with Inflation

固体部件的网格划分方法
17. 插入 Patch Conforming 四面体方法,并指定用于4个固体部件的划分

Training Manual

5-27

Tetrahedral Mesh with Inflation

固体部件的体尺寸
18. 右击Outline中 Mesh 插入 Sizing. 选择 模型视图中的4个固体实体(如需要对体 设置选择过滤器) 并将选项应用于几何. 输入一个尺寸值 0.04 [m].

Training Manual

5-28

Tetrahedral Mesh with Inflation

对流体和固体部件合并网格
19. 重新生成网格. 注意新的网格的数量和质量统计

Training Manual

5-29

Tetrahedral Mesh with Inflation

CFD的命名选项
20. 将使用网格的流体部分来设立随后的 CFD 指南。因为固体实体不需要,再次抑制4个 固体实体。 21. 为帮助CFD准备网格, 需要对3个端面创建 命名选项。 为创建命名选项,对面设置选 择滤波器, 拾取模型视图中的面,右击并选 择Create Named Selection. Do this for the 对模型中y向偏低的面应用此设置,并命名 为 inlet-y。

Training Manual

5-30

Tetrahedral Mesh with Inflation

准备CFD网格
22. 对 Z向偏高的面 (inlet-z) 和Y 向偏高的面(outlet)重复此操作

Training Manual

5-31

Tetrahedral Mesh with Inflation

输出网格文件
22. 当仍然在 ANSYS 网格划分环境的时候, 点击 File/Export ,保存文件为后缀为 meshdat的 文件。 注意这个文件的位置,以便随后在使用 流体网格进行流体分析时输入这个文件。 23. 保存项目并退出 Workbench.

Training Manual

5-32

作业 5.2
汽车集流管的流 体和结构网格

5-33

Tetrahedral Mesh with Inflation

目标

Training Manual

这个作业示范对耦合传热 (CHT) 流分析或流固耦合(FSI)分析创建合适的网格, . 然而, 几何呈现潜在困难.
? 几何包含两部分. 一部分是固体集流管,另 一部分是流体区域. ? 流体网格将是CFD 性质, 具有膨胀, 同时固 体网格将是结构化网格. ? Patch Independent 网格方法用来避免CAD 几何细节引起的问题 (随后可见). ? 在作业A.1中,同样的几何使用具有虚拟拓 扑的Patch Conforming方法划分网格

5-34

Tetrahedral Mesh with Inflation

打开 Workbench
1. 从START菜单启动 ANSYS 12.0 Workbench (WB) 2. 点击WB面板左边的工具箱的Component Systems 3. 双击 Mesh

Training Manual

5-35

Tetrahedral Mesh with Inflation

几何输入
4. 右击WB面板右边的 Geometry 按钮 ,选择Import geometry

Training Manual

5. 输入 Auto-manifold.agdb 文件 6. 双击 Mesh 按钮 (in cell A3) 发射网格划分应用程序

5-36

Tetrahedral Mesh with Inflation

几何检查

Training Manual

7. 通过将集流管 IGES 文件输入进DesignModeler并提取流体区域创建了几何. ? 在屏幕右边, 对 Physics选择?Mechanical? ? 网格划分方法选择‘Automatic?, 然后点击 ‘OK? ? 几何的单位设置为 mm
8. 在DesignModeler中已创建 命名选项,展开 Named Selections 并点击每个看 其应用的对象。 ? 如果网格应用程序中看不 到Named Selections, 见下

一个幻灯片

5-37

Tetrahedral Mesh with Inflation

命名选项
? ? ? ? ? 如果 Named Selections 不出现, 可能是因为导入选项关掉了. 激活这个选项通过右击项目示图区的Geometry按钮并选择 Properties. 确保 Named Selections 是选中的, 并且 Selection Key 是空的. 右击 Geometry 并选择 “Update” 右击 Mesh并选择 “Refresh”

Training Manual

5-38

Tetrahedral Mesh with Inflation

问题几何

Training Manual

? 包含太多不同尺寸和形状的面的几何会使Patch Conforming 方法产生问题。 可使用Patch Independent 方法的虚拟*搜∠罱饩稣飧鑫侍狻
短边

狭长面

尖点
5-39

Tetrahedral Mesh with Inflation

表面网格

Training Manual

细化

? Patch Conforming 方法 ? 短边 – 不必要的细化和太多 的单元 ? 尖点和 狭长面 – 具有小角的 差的网格质量

小角

? Patch Independent 方法 ? 网格不受几何限制 ? 可能存在更粗糙的网格 ? 单元的尺寸和形状更规则

5-40

Tetrahedral Mesh with Inflation

插入网格方法
9. 左击 Mesh 并检查它的细节
? 确定 Physics preference 设为 Mechanical
– 这将确保固体实体的网格适合结构力学

Training Manual

指针模式

10. 指定网格方法:
? 设置指针模式为体 ? RMB (窗口) 选择 Select All ? RMB 选择Insert -> Method
– 取决 于Workbench 的设置, 有时一默认的网格方法已经建立, 可以删除并建立新的方法,或修改 其细节

11. 设置细节
? ? ? ? Method 设为 Tetrahedrons Algorithm设为 Patch Independent Max Element Size设为 6 mm Min Size Limit设为 2 mm

5-41

Tetrahedral Mesh with Inflation

对流体区域设置单元尺寸
12. 体尺寸
? 保持体选择的指针模式 ? 选择流体体 ? RMB (窗口) 选择 Insert -> Sizing

Training Manual

13. 体尺寸细节设置
? Element Size 设为 5 mm

5-42

Tetrahedral Mesh with Inflation

对流体添加边界层网格
19. 插入膨胀
? ? ? ? ? 保持体选择的指针模式 选择固体实体 RMB (Window)选择Suppress Body RMB (Window)选择Select All RMB (Window)选择Insert Inflation

Training Manual

20. 膨胀的细节设置
? 设置指针模式为面选择 ? 对所有壁表面选择 Inflation :
– – – 拾取一个面 下拉 Extend 菜单并选择 Extend to Limits 应用选项
? 126 面

? 改变 Inflation Option
– Total Thickness

? Maximum Thickness设为5 mm
5-43

Tetrahedral Mesh with Inflation

体网格生成
21. 划分体
? ? ? ? 设置指针模式为体选择 RMB (在窗口) 选择 Unsuppress all Bodies RMB (in Tree) 选择 Generate Mesh 在Statistics中将 Mesh Metrics 设置为 Skewness
– 大约生成150 000 个单元, 其具有最差的偏斜值约0.9

Training Manual

5-44

Tetrahedral Mesh with Inflation

检查体网格
22. 检查网格
? 检查流体区域的表面网格,看是否和下面的表面*斯残
– 可右击树状结构的几何部件来隐藏固体网格区域,使其操作更容易

Training Manual

? 试试用截面位面 (

) 去看网格内部

5-45

Tetrahedral Mesh with Inflation

结论
23. 现在网格是完成的
? RMB (树状) 选择Update
– 确保项目中所有事物是最新的

Training Manual

? ? ? ?

选择File > Close Mesh 来关闭网格应用程序 在 WB面板选择File > Save Project As… 并给出一项目名 选择File > Exit退出ANSYS Workbench

注意: 因为使用了力学网格优选项,网格单元将包含中节点,可使用高阶四面体
单元,这对力学分析是有益的,如果网格用于 CFD, 这些中节点会自动忽略。

5-46


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