动网格技术：Smoothing Spring方法与实践

1 概念介绍

Smoothing光顺方法分为弹簧(Spring)光顺和扩散(Diffusion)光顺，两者网格运动的基本原理不同，设置上也不相同。本次案例我们详细说明一下弹簧光顺。

2  基本原理

原理：弹簧光顺采用胡克定律原理，当边界运动后，网格按照胡克定律原理被压缩或拉伸，因此节点个数及连接关系并不会改变，只是改变了节点的相对位置。

使用条件：可适用于任意的网格类型；光顺方法一般会和remeshing方法共同使用。

3 模型描述

本例的模型很简单，如图所示。模型有四个面，分别为底面(bottom)、上面(top)、左侧面(left side)和右侧面(right side)。其中top面保持不动，bottom面以-0.01m/s的速度沿z轴的负方向运动，内部网格随着底部边界运动而被压缩，但网格节点并没有合并或分离。

4 导入网格

使用Workbench打开工程文件

5 Scale网格尺寸

Scale修改网格尺寸。如图所示。

确保计算域尺寸是我们所需要的。

6 设置求解器

由于网格运动是随时间进行的，因此动网格技术必须为瞬态模拟。将计算工况设置为瞬态。其他求解器设置可根据具体工况进行选择。

7 设置动网格模型

在模型树下双击Dynamic mesh，此时Task Page下页面如图

勾选Dynamic mesh，勾选Smoothing后，点击Settings，出现Smoothing方法的设置页面

点击Advanced，出现Mesh Smoothing Parameters参数设置选项。

Spring constant factor：

弹簧因子，表示网格之间的阻尼系数，在0-1之间取值。0表示网格运动会扩散较远，1表示网格运动只会影响附近的网格。

Convergence tolerance：

为spring算法涉及到的具体值，对于一般工况保持默认值0.001即可。

Number of iteration：

也为Spring算法的具体值，默认值为20，一般设置为100

Elements：

Tri in Tri Zones：表示三角形网格在三角形区域变形

Tri in Mixed Zones：表示三角形网格在混合区域变形

All：表示所有区域的网格都发生变形

当网格均为三角形时，勾选Tri in Tri Zones，当网格有三角形和四边形时，可根据不同工况勾选Tri in Mixed Zones或All

Laplace Node Relaxation：

用于定义节点位置的更新，保持默认即可

Verbosity：

用于指定是否在控制台输出光顺方法的残差，1表示输出，0表示不输出。

Dynamic Mesh Zones：

单击Dynamic Mesh Zones下的Create/Edit，弹出如下窗口

bottom边界：刚体边界；Zone Names选择bottom；Type选择Rigid Body；Motion Attributes下只需要定义Motion UDF，导入文章二十一的UDF，选中此UDF，其他均保持默认，单击Create，则在Dynamic Mesh Zones栏下出现bottom。

Right side：变形边界，Zone Names选择Right side；Type选择Deforming；Geometry Definition下Definition选择Faceted，定义变形边界；

Left side：与Right side保持相同的设置。

8 查看动网格

在Task Page页面单击Preview Mesh Motion，设置时间步数为100，时间步长为0.1s，显示频率为1。

Spring constant factor=1

Spring constant factor=0

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