ANSYS Meshing网格划分技术全解析

导读

Ansys Meshing

网格划分是有限元分析中很重要的一点，将复杂几何体转换为有限数量的网格单元的组合，是有限元分析的基本核心。网格划分质量的好坏，直接影响分析计算的效率和结果。

随着技术的发展，网格自动化程度越来越高，得到的网格质量也越来越好，对于工程实际来说，自动化网格已经可以满足分析需求，但自动化不代表我们什么都不做，我们仍需要做些网格控制，基于控制产生自动化的网格。

ANSYS Meshing是Ansys Workbench的一个组件，可以支持多种物理场分析需求，包括结构、流体和电磁等主要物理场模块。对于ANSYS Meshing，我们需要理解几个方面：网格方法、全局控制、局部控制和网格质量等内容，今天我们对这几个方面做下简要的介绍。

网格方法

划分网格的目的是为了将连续体的数值计算转换到单元/节点上，求解物理原理平衡方程，将求解域离散为单元（网格），以合适质量的网格平衡计算效率与精度。

基于分析场的维度，网格划分也分为2D和3D网格：

01 对于2D网格只有三角形与四边形的区别，可以有四边形主导、三角形主导和多区域（混合）方法，配合网格控制实现划分。

02 对于3D网格，基于其形状，有全六面体网格、扫略网格（棱柱）、六面体主导（混合）和自由网格（全四面体）等划分方法。几何形状越规则，靠前的网格划分越容易实现，四面体网格可以划分任意几何体，是自动化网格的基础。

对于六面体与四面体网格优劣方面，有简单的几点说明（更详细的差异可以联系我们）：

• 六面体相比四面体的优势，更少的单元、更快的求解时间、更高的精度；
• 四面体相比六面体的优势，复杂几何更容易划分网格、四面体（或多边形网格）更容易达到网格质量要求。

全局/局部控制

网格控制主要是以尺寸为主，匹配为辅。通过控制边、面、体的尺寸，以及曲边网格数量、狭长几何网格层数、以及不同尺寸网格之间的过渡速度来实现对于自动化网格的人为干涉；

通过对于相似特征、阵列特征、对称特征以及接触等特征的匹配控制实现指定几何的网格一致性。

网格质量

上面介绍的都是网格划分的控制内容，网格划分的核心是高质量高效率的网格，这里面的网格质量，实质上就是网格与正多边形（2D）或正多面体（3D）的接近程度，可以说100%正多边形/正多面体的网格质量是1，其标准又分为几个小方面：

• Element Quality 网格质量；
• Aspect Ratio 纵横比；
• Jacobian Ratio 雅克比系数；
• Warping Factor 翘曲系数；
• Parallel Deviation 平行偏差；
• Maximum Corner Angle更大角度；
• Skewness 斜交性；
• Orthogonal Quality正交性；
• Characteristic Length 特征长度；

一般来说，我们只要关注第一项网格质量即可，通常最小网格质量大于0.05，如对结果要求更高，也可以提高此项。

对于网格划分，更多的需要经验积累，增加熟练度。软件的智能化与自动化的提升，解放了工程师的繁重工作，但通过对网格划分原理和要点的理解可以让我们在计算效率与结果精度之间更好的平衡，在得到可靠的结果前提下，尽可能提高计算效率。更详细的网格划分学习与培训，或对于网格原理的不同理解，可以联系我们一起讨论。

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