ICEM-CFD中常見參數和問題的解答

tolerance代表容差,就是說小于這個值的點、線、面等將新生成為一個。值的大小,在進行幾何修復的時候是有區(qū)別的。對一些細節(jié)的幾何,應盡量設置的小一些,體現在精度的方面。

“Equivalence”將同一空間位置的重復節(jié)點消除(通常,消除 ID 好較大的節(jié)點,保留 ID 好較小的節(jié)點),只保留一個節(jié)點,一般與“Verify”配合使用,這種方法可通過任何 FEM 定義(單元的相關定義、MPC等式、載荷、邊界條件等)、幾何定義和組等實現。缺省情況下,在經過消除重復節(jié)點而保留了唯一節(jié)點的位置,會用一個小紅圓來表示。

在消除節(jié)點后,被消除節(jié)點原來所具有的與其它對象的關系轉移到保留節(jié)點上,保留節(jié)點代替了被消除節(jié)點的作用。

“Equivalence”對組的影響是這樣的,假如原來有兩個節(jié)點 node1 和 node2 重合存在于一點處,但兩個節(jié)點分別屬于兩個組 group1 和 group2,經過“Equivalence”處理,node2 將被消除,只保留 node1,則 node1 既屬于 group1,又屬于 group2。“Equivalence”不會在單元的邊上造成裂紋,也不會把多點約束等式刪除掉,也不會把零長度單元刪除掉(如彈簧單元和質量單元)。

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

1) 幾個參數的含義:

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寬比),一個節(jié)點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 ,對于雙精度的求解可以達到 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) 與計算結果之間的相互關系:

• 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量大的網格,你可以嘗試優(yōu)化調整你的網格,尤其是選取一個好的網格尺寸變化比率,合適的調整會讓上述三項都滿足指標。

• 對于非結構化網格,你可以設置不同線、面網格尺寸,那么你就會得到非常。 好的網格質量了。

3) 它的值過大,是由于 Icem 中的哪個參數對應引起的?

• 網格尺寸變化比率

• 線、面網格尺寸

你可以嘗試改變一下尺寸。

一般情況下,在網格質量在 0.3 以上,以上幾個指標很容易滿足。

建議如下:

• 對于復雜模型四面體邊界層控制確實比較難,沒有統(tǒng)一的原則,但是可以根據網格質量,調節(jié)比較差的地方的控制參數,如網格尺寸及尺寸變化比率。

• 在進行網格光順時可以嘗試先凍結棱柱層,只光順四面體,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,這種情況對于那種小角度生成邊界層情況比較適合。

以上操作相對都比較麻煩,尤其是對于復雜模型,需要自己平時的經驗積累和多交流。

最小角度: 一般情況下,通過全面 Quality指標來衡量網格質量,如果一定需要指出一個最小角度,一般是需要大于 16 度。 2、關于 Determinant: Determinant (2x2x2stencil): 權重值,是一個相對值,是雅可比行列矩陣最小權重值與最大權重值的比值。 Determinant (3x3x3 stencil): 基本同 Determinant (2x2x2 stencil), 但塊的邊中點被附加到雅可比行列矩陣的計算中。

一般情況下,在修復從其他 cad 軟件導入的幾何模型時,會出現紅藍黃三種顏色的 curve,紅顏色的正常,黃色的為不連續(xù)的,藍色的為重復的,黃色的是單個面的邊界,紅色的是兩個面的交界線,藍色的是三個/三個以上面相交的交線。

• 白色的邊和頂點:

這些邊位于不同的材料體間,它們和被關聯的頂點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只能在表面內移動。

• 藍色的邊和頂點:

這些邊位于體內部。它們的頂點也是藍色的,可以在選擇之前沿邊拖拽。

• 綠色的邊和頂點:

這些邊和關聯的頂點是映射到曲線的,這些頂點只能在它所映射的曲線上移動。

• 紅色的頂點:

這些頂點是映射到指定的點的。

右擊 Model,查看 units,可以看到幾何模型使用的尺寸,可以進行更改,調整幾何模型的大小。

即為設置邊界層的設置。

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

利用塊的標號控制可以允許用戶只對可視的塊模型進行修改。ANSYS ICEM CFD 主要依據笛卡兒坐標 I、J、K 作為標號來描述塊的位置,當一個 O 網格生成以后,就會加入一個指示標號,在 ANSYS ICEM CFD 的消息窗口也將顯示有關的信息,告知用戶塊的維數。

注意 : O 網格的維數從 O3 開始計,3 代表了維 0,1 和 2,分別被預先定義為 I,J 和 K。

如果操作過程需要用鼠標進行一個屏幕的輸入,這時用戶也可以按F9 優(yōu)先使鼠標轉為動態(tài)模式。F9 鍵也可以允許鼠標從動態(tài)模式下返回繼續(xù)選擇模式。

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

ICEM CFD Hybrid 是指可以生成四面體和六面體混合網格,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格,可以通過簡單的拉伸得到非結構六面體網格。

ICEM CFD Global 與 ICEM CFD Autohexa 分別是自動笛卡兒網格和自動六面體網格工具,由于本文使用的軟件版本中沒有相應的模塊,所以不做說明,其中關于 Autohexa,一些相關的資料表明沒有什么工程實用價值,只能對復雜程度很低的模型生成網格。

利用 Hexa 生成網格最重要的就是分塊構想,對于復雜的幾何模型,可以有不同的分塊方案,選擇一個合適的劃分方式直接決定了最終生成的網格質量可以到達的水平。另外,使用 Hexa 模塊生成六面體網格,在劃分過程及網格平滑、編輯過程中都不必定義它的結構類型,在最終確定網格以后,可以選擇將其作為結構或者非結構網格輸出給求解器。

眾多的用戶認為 ANSYS ICEM CFD 的四面體網格劃分工具 Tetra 是其做得最好的一個工具模塊。它可以直接對 CAD 模型或者 STL 生成四面體網格而不需要先生成表面三角形網格,其內部網格與表面拓撲獨立,并能很好的匹配事先規(guī)定的用來表達幾何形狀的關鍵點和曲線。

Tetra 定義自然尺寸決定各個幾何特征上四面體網格尺寸,并可單獨針對每一個材料點區(qū)域進行粗化或者細化計算。在模型數據輸入以后,Tetra 根據讀入的曲線和曲面用線段和三角形進行近似,并將預先定義的點設為網格頂點,當在表面存在間斷但沒有曲線定義,Tetra 劃分的三角形會自由越過這個間斷,而預先定義的點會使它辨認出曲線上尖銳的拐彎,并且 Tetra 中的模型檢查工具可以自動在尖銳的幾何特征上獲得點和曲線。此外,對于已有的三角形表面網格,Tetra 可以根據其生成四面體網格,盡管生成的網格節(jié)點并不和原始的網格節(jié)點完全重合,但是通過三角形表面網格它可自動識別關鍵點和曲線,從而使網格符合幾何模型的形狀,這對于從別的網格數據或者立體掃描數據中導入模型是很有用處的。

ICEM CFD Tetra 生成四面體網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)域有足夠的網格密度,但是為了快速計算生成網格,首先構造一個初始的網格來包圍整個幾何模型,然后單元會被不斷的細分達到定義的最大網格尺寸,每個維的尺寸按照二分之一分割,對于三維就是八分之一,再通過節(jié)點調整以匹配幾何特征點和曲線,剔除材料體外的網格單元后進一步通過單元細化、節(jié)點移動、合并、交換和刪除來平滑網格使其年達到最終質量要求。