3D四面体网格的特定要求与应用解析

经济基础决定上层建筑，只有经济基础稳固好了，上层建筑才能发展好。Moldflow分析结果的影响很多，有网格、工艺、材料和求解器等，而网格就是Moldflow分析准确性的经济基础。下面我们来看看，对于3D四面体的各种网格类型，这些网格都有哪些特定的要求。

一、倒置的四面体

四面体单元具有四个三角形面。每个面都可以与另一个四面体共用。比较接触同一个面的两个四面体时，不在该面上的四面体节点不能在该面的同一侧，否则这两个四面体将称为倒置的四面体。Figure 1 显示了一个示例，其中两个四面体正确，倒置后就变成错误的。

Figure1: 倒置的单元

二、折叠面

当在两个面或零件的表面上使用同一个节点时会出现折叠面。局部厚度为零。不能出现这种情况，必须进行修复。Figure 2显示了一个示例。

Figure2: 折叠面

三、四面体单元层数

对于3D四面体网格，在厚度方向上至少具有6层单元。以3D形式划分网格时的默认层数是10层。Figure 3显示了一个示例。另外，在以下情况下还强烈建议更多的层：具有较高的温度和/或剪切敏感性的聚合物，或者当粘性发热足以在型腔表面附近产生温度峰值时。要保持纵横比足够低，当需要10层时，全局网格边长最大应为壁厚的两倍。在厚度方向上的层数越多，全局网格边长应减小的值越小。

Figure3: 3D 四面体单元模型厚度方向上的层

四、内部长边

内部长边指的是与零件相应表面上的平均边长相比过长的边。边长比率（即内部节点的最大内部边长与局部区域中的平均曲面边长之比）用作标准并且默认值为3.0。应排除大于3.0的比率。

五、极大体积

体积超过平均单元体积 20倍的单元被视为具有较大的体积。必须分解并缩小这些单元。

六、高纵横比

在 “ 网格修复向导 ” 中四面体单元的最大纵横比为 100:1。扁平单元 （具有高纵横比）提供精度较低的结果。局部区域中一些非常扁平的单元 （纵横比 > 100）通常不会产生太大问题，仅会引起结果中出现局部问题 （前提是这不在浇口区域中）。但是，具有相对较高的纵横比 （> 20）的扩展区域可能会对整体模型结果造成明显误差。理想情况下， 网格统计显示的平均纵横比应大约小于 10。当从双层面网格转换为 3D 网格时，较低的曲面网格纵横比将有助于降低四面体网格纵横比。尝试将表面网格纵横比保持在 30:1 以下。

七、较小面间角

四面体单元上的 4 个节点之间应具有大致相当的间距。当单元的一个节点接近由其他三个节点形成的平面时，面间角会非常小，如 Figure 4 中所示。角度较小的两个单元会导致收敛问题。最小角度为2 度。随着定义的层数增加，小角度产生的问题会越来越明显。当层数增加时，使用较小的全局网格边长，可防止小角度问题。

八、较大面间角

四面体单元的面之间也可能具有较大的角度。通常，在同一单元中会同时存在小角度和大角度。Figure 4 显示了面间角较大的单元。与小角度相比，此大角度可能会产生更多的 3D 流动求解器迭代问题。最大面间角应在 177º以下。

Figure4: 四面体单元形状

最后我们来看看达到分析要求的网格质量，3D网格修复精灵概要如Figure 5显示。从统计来看，倒置单元、折叠面、极大体积、高纵横比、面间角等都没有问题，符合3D四面体网格的分析要求。

Figure5 3D网格修复精灵概要

网格要求摘要，下表中汇总了上述针对双层面、3D和中性面网格类型的网格要求。

Table 1:针对三种网格类型的网格要求摘要