ICEM-CFD中常見參數(shù)和問題的解答

tolerance代表容差,就是說小于這個(gè)值的點(diǎn)、線、面等將新生成為一個(gè)。值的大小,在進(jìn)行幾何修復(fù)的時(shí)候是有區(qū)別的。對(duì)一些細(xì)節(jié)的幾何,應(yīng)盡量設(shè)置的小一些,體現(xiàn)在精度的方面。

“Equivalence”將同一空間位置的重復(fù)節(jié)點(diǎn)消除(通常,消除 ID 好較大的節(jié)點(diǎn),保留 ID 好較小的節(jié)點(diǎn)),只保留一個(gè)節(jié)點(diǎn),一般與“Verify”配合使用,這種方法可通過任何 FEM 定義(單元的相關(guān)定義、MPC等式、載荷、邊界條件等)、幾何定義和組等實(shí)現(xiàn)。缺省情況下,在經(jīng)過消除重復(fù)節(jié)點(diǎn)而保留了唯一節(jié)點(diǎn)的位置,會(huì)用一個(gè)小紅圓來(lái)表示。

在消除節(jié)點(diǎn)后,被消除節(jié)點(diǎn)原來(lái)所具有的與其它對(duì)象的關(guān)系轉(zhuǎn)移到保留節(jié)點(diǎn)上,保留節(jié)點(diǎn)代替了被消除節(jié)點(diǎn)的作用。

“Equivalence”對(duì)組的影響是這樣的,假如原來(lái)有兩個(gè)節(jié)點(diǎn) node1 和 node2 重合存在于一點(diǎn)處,但兩個(gè)節(jié)點(diǎn)分別屬于兩個(gè)組 group1 和 group2,經(jīng)過“Equivalence”處理,node2 將被消除,只保留 node1,則 node1 既屬于 group1,又屬于 group2?！癊quivalence”不會(huì)在單元的邊上造成裂紋,也不會(huì)把多點(diǎn)約束等式刪除掉,也不會(huì)把零長(zhǎng)度單元?jiǎng)h除掉(如彈簧單元和質(zhì)量單元)。

一般來(lái)說,“Equivalence”應(yīng)該在載荷和邊界條件施加之前進(jìn)行,也應(yīng)該在進(jìn)行單元優(yōu)化和生成中間輸出文件.lj、.kflj、.fds 之前進(jìn)行。

1) 幾個(gè)參數(shù)的含義:

Minimum Orthogonality Angle [degrees] =67.9 OK

Maximum Aspect Ratio =5.0 OK

Maximum Mesh Expansion Factor =36.5!

• Minimum Orthogonality Angle :最小的網(wǎng)格正交角度,一般要求大于 10 度小于 170 度。

• Aspect Ratio= Largest ratio of maximum to minimum integration point surface areas for all elements adjacent to a node 。盤面比(有人也將之翻譯成長(zhǎng)寬比),一個(gè)節(jié)點(diǎn)相鄰的最大積分面與最小積分面面積之比, 一般要求小于 100 ,對(duì)于雙精度的求解可以達(dá)到 1000。

• Mesh Expansion Factor =Ratio of largest to smallest sector volumes for each control volume 。最大與最 小控制體積之間的比值,一般要求小于 20。

2) 與計(jì)算結(jié)果之間的相互關(guān)系:

• 如果收斂情況良好,Mesh Expansion Factor 過大也是可以接受的;

• 如果你的電腦可以處理數(shù)量大的網(wǎng)格,你可以嘗試優(yōu)化調(diào)整你的網(wǎng)格,尤其是選取一個(gè)好的網(wǎng)格尺寸變化比率,合適的調(diào)整會(huì)讓上述三項(xiàng)都滿足指標(biāo)。

• 對(duì)于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,你可以設(shè)置不同線、面網(wǎng)格尺寸,那么你就會(huì)得到非常。 好的網(wǎng)格質(zhì)量了。

3) 它的值過大,是由于 Icem 中的哪個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)引起的?

• 網(wǎng)格尺寸變化比率

• 線、面網(wǎng)格尺寸

你可以嘗試改變一下尺寸。

一般情況下,在網(wǎng)格質(zhì)量在 0.3 以上,以上幾個(gè)指標(biāo)很容易滿足。

建議如下:

• 對(duì)于復(fù)雜模型四面體邊界層控制確實(shí)比較難,沒有統(tǒng)一的原則,但是可以根據(jù)網(wǎng)格質(zhì)量,調(diào)節(jié)比較差的地方的控制參數(shù),如網(wǎng)格尺寸及尺寸變化比率。

• 在進(jìn)行網(wǎng)格光順時(shí)可以嘗試先凍結(jié)棱柱層,只光順?biāo)拿骟w,四面體光順好了再一起光順。

• 可以先生成一層棱柱層,然后劈分棱柱層,這種情況對(duì)于那種小角度生成邊界層情況比較適合。

以上操作相對(duì)都比較麻煩,尤其是對(duì)于復(fù)雜模型,需要自己平時(shí)的經(jīng)驗(yàn)積累和多交流。

最小角度: 一般情況下,通過全面 Quality指標(biāo)來(lái)衡量網(wǎng)格質(zhì)量,如果一定需要指出一個(gè)最小角度,一般是需要大于 16 度。 2、關(guān)于 Determinant: Determinant (2x2x2stencil): 權(quán)重值,是一個(gè)相對(duì)值,是雅可比行列矩陣最小權(quán)重值與最大權(quán)重值的比值。 Determinant (3x3x3 stencil): 基本同 Determinant (2x2x2 stencil), 但塊的邊中點(diǎn)被附加到雅可比行列矩陣的計(jì)算中。

一般情況下,在修復(fù)從其他 cad 軟件導(dǎo)入的幾何模型時(shí),會(huì)出現(xiàn)紅藍(lán)黃三種顏色的 curve,紅顏色的正常,黃色的為不連續(xù)的,藍(lán)色的為重復(fù)的,黃色的是單個(gè)面的邊界,紅色的是兩個(gè)面的交界線,藍(lán)色的是三個(gè)/三個(gè)以上面相交的交線。

• 白色的邊和頂點(diǎn):

這些邊位于不同的材料體間,它們和被關(guān)聯(lián)的頂點(diǎn)將被映射到這些材料體中最貼近的CAD 表面,而且這些邊上的頂點(diǎn)只能在表面內(nèi)移動(dòng)。

• 藍(lán)色的邊和頂點(diǎn):

這些邊位于體內(nèi)部。它們的頂點(diǎn)也是藍(lán)色的,可以在選擇之前沿邊拖拽。

• 綠色的邊和頂點(diǎn):

這些邊和關(guān)聯(lián)的頂點(diǎn)是映射到曲線的,這些頂點(diǎn)只能在它所映射的曲線上移動(dòng)。

• 紅色的頂點(diǎn):

這些頂點(diǎn)是映射到指定的點(diǎn)的。

右擊 Model,查看 units,可以看到幾何模型使用的尺寸,可以進(jìn)行更改,調(diào)整幾何模型的大小。

即為設(shè)置邊界層的設(shè)置。

VORFN 組是一個(gè)部分,它是默認(rèn)就存在的,尤其在用戶想要?jiǎng)h除某個(gè)區(qū)域時(shí)比較有用。為了輸出而刪除一個(gè)塊等價(jià)于將這個(gè)塊定義在部分列表 VORFN 里,只有在樹型目錄里被激活的邊才可以被輸出。

利用塊的標(biāo)號(hào)控制可以允許用戶只對(duì)可視的塊模型進(jìn)行修改。ANSYS ICEM CFD 主要依據(jù)笛卡兒坐標(biāo) I、J、K 作為標(biāo)號(hào)來(lái)描述塊的位置,當(dāng)一個(gè) O 網(wǎng)格生成以后,就會(huì)加入一個(gè)指示標(biāo)號(hào),在 ANSYS ICEM CFD 的消息窗口也將顯示有關(guān)的信息,告知用戶塊的維數(shù)。

注意 : O 網(wǎng)格的維數(shù)從 O3 開始計(jì),3 代表了維 0,1 和 2,分別被預(yù)先定義為 I,J 和 K。

如果操作過程需要用鼠標(biāo)進(jìn)行一個(gè)屏幕的輸入,這時(shí)用戶也可以按F9 優(yōu)先使鼠標(biāo)轉(zhuǎn)為動(dòng)態(tài)模式。F9 鍵也可以允許鼠標(biāo)從動(dòng)態(tài)模式下返回繼續(xù)選擇模式。

ICEM CFD Prism 是三棱柱網(wǎng)格工具,主要是用于在四面體網(wǎng)格的基礎(chǔ)上快速生成三棱柱邊界層網(wǎng)格。

ICEM CFD Hybrid 是指可以生成四面體和六面體混合網(wǎng)格,在連接處采用金字塔形的單元。

ICEM CFD Quad 用于生成四邊形表面網(wǎng)格,可以通過簡(jiǎn)單的拉伸得到非結(jié)構(gòu)六面體網(wǎng)格。

ICEM CFD Global 與 ICEM CFD Autohexa 分別是自動(dòng)笛卡兒網(wǎng)格和自動(dòng)六面體網(wǎng)格工具,由于本文使用的軟件版本中沒有相應(yīng)的模塊,所以不做說明,其中關(guān)于 Autohexa,一些相關(guān)的資料表明沒有什么工程實(shí)用價(jià)值,只能對(duì)復(fù)雜程度很低的模型生成網(wǎng)格。

利用 Hexa 生成網(wǎng)格最重要的就是分塊構(gòu)想,對(duì)于復(fù)雜的幾何模型,可以有不同的分塊方案,選擇一個(gè)合適的劃分方式直接決定了最終生成的網(wǎng)格質(zhì)量可以到達(dá)的水平。另外,使用 Hexa 模塊生成六面體網(wǎng)格,在劃分過程及網(wǎng)格平滑、編輯過程中都不必定義它的結(jié)構(gòu)類型,在最終確定網(wǎng)格以后,可以選擇將其作為結(jié)構(gòu)或者非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格輸出給求解器。

眾多的用戶認(rèn)為 ANSYS ICEM CFD 的四面體網(wǎng)格劃分工具 Tetra 是其做得最好的一個(gè)工具模塊。它可以直接對(duì) CAD 模型或者 STL 生成四面體網(wǎng)格而不需要先生成表面三角形網(wǎng)格,其內(nèi)部網(wǎng)格與表面拓?fù)洫?dú)立,并能很好的匹配事先規(guī)定的用來(lái)表達(dá)幾何形狀的關(guān)鍵點(diǎn)和曲線。

Tetra 定義自然尺寸決定各個(gè)幾何特征上四面體網(wǎng)格尺寸,并可單獨(dú)針對(duì)每一個(gè)材料點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行粗化或者細(xì)化計(jì)算。在模型數(shù)據(jù)輸入以后,Tetra 根據(jù)讀入的曲線和曲面用線段和三角形進(jìn)行近似,并將預(yù)先定義的點(diǎn)設(shè)為網(wǎng)格頂點(diǎn),當(dāng)在表面存在間斷但沒有曲線定義,Tetra 劃分的三角形會(huì)自由越過這個(gè)間斷,而預(yù)先定義的點(diǎn)會(huì)使它辨認(rèn)出曲線上尖銳的拐彎,并且 Tetra 中的模型檢查工具可以自動(dòng)在尖銳的幾何特征上獲得點(diǎn)和曲線。此外,對(duì)于已有的三角形表面網(wǎng)格,Tetra 可以根據(jù)其生成四面體網(wǎng)格,盡管生成的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)并不和原始的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)完全重合,但是通過三角形表面網(wǎng)格它可自動(dòng)識(shí)別關(guān)鍵點(diǎn)和曲線,從而使網(wǎng)格符合幾何模型的形狀,這對(duì)于從別的網(wǎng)格數(shù)據(jù)或者立體掃描數(shù)據(jù)中導(dǎo)入模型是很有用處的。

ICEM CFD Tetra 生成四面體網(wǎng)格的空間劃分是基于八叉樹算法(8-Octree),這種算法保證了需要的區(qū)域有足夠的網(wǎng)格密度,但是為了快速計(jì)算生成網(wǎng)格,首先構(gòu)造一個(gè)初始的網(wǎng)格來(lái)包圍整個(gè)幾何模型,然后單元會(huì)被不斷的細(xì)分達(dá)到定義的最大網(wǎng)格尺寸,每個(gè)維的尺寸按照二分之一分割,對(duì)于三維就是八分之一,再通過節(jié)點(diǎn)調(diào)整以匹配幾何特征點(diǎn)和曲線,剔除材料體外的網(wǎng)格單元后進(jìn)一步通過單元細(xì)化、節(jié)點(diǎn)移動(dòng)、合并、交換和刪除來(lái)平滑網(wǎng)格使其年達(dá)到最終質(zhì)量要求。