WB-Mesh 120 Ch02 Intro RU

2-1 ANSYS, Inc. Proprietary

© 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved. April 28, 2009

Translated by TMMiSAPR, 2012

Глава 2 Введение в ANSYS Meshing Application

http://tmm-sapr.org/

Introduction to the ANSYS Meshing Application




Training Manual Содержание

• Введение в ANSYS Meshing Application

• Улучшение сетки (Meshing Requirements) для Different

Physics

• ANSYS Meshing Workflow

• Методы создания сеток для 3D и 2D геометрии

• Упражнение 2.1

– Автоматическая сетка для многотельных тел

– Program Controlled Inflation

– Transferring Mesh to CFX or FLUENT






Training Manual Основные принципы в Workbench

• Parametric: Параметрическая модель в системе

• Persistent: Модель обновляется через саму систему

• Highly-automated: базовый расчет модели с ограниченным числом параметров

• Flexible: Способность добавления средств управления для влияния на результирующую сетку (полный контроль над моделью)

• Physics aware: Включение физики, для автоматизированного моделирования процессов в системе

• Adaptive architecture: Открытая система, которая может быть адаптирована к процессу клиента – Нейтральные форматы CAD, сеток, решателей и др.






Training Manual Что такое “ANSYS Meshing Application”?

• ANSYS работает для интеграции “лучшие в классе”

технологии из нескольких источников:

– ICEM CFD

– TGrid

– GAMBIT

– CFX

– ANSYS Prep/Post

– Др.






Training Manual Обзор ANSYS Meshing Application

• Цель ANSYS Meshing Application в Workbench состоит в том, чтобы обеспечить доступ к общему генератору сеток ANSYS Inc. и в последующем использовать сетку для проведения различных типов анализа:

–FEA Simulations • Mechanical Dynamics Simulation

• Explicit Dynamics Simulation – AUTODYN

– ANSYS LS DYNA

• Electromagnetic Simulation

–CFD Simulation • ANSYS CFX

• ANSYS FLUENT






Training Manual Спецификация сеток Свойства

– Для CFD (жидкость) и FEA (твердый) моделирования, программа выполняет

расчеты в диапазоне дискретных точек в пределах заданной области.

– Цель создания сетки состоит в том, чтобы создать ее таким образом, чтоб

проанализировать область решения в соответствующих точках для точного

решения.

– Базовые элементы для 3D сетки:

Примеры: Внешняя форма и внутренняя область, разбитая КЭ сеткой термического/НДС анализа

тетрагональный

(неструктурный)

Брик

(обычно

структурированный)

Призма

(образовывается при

вытягивании тетр)

Пирамида (переход

от бриков к тетрам)






Training Manual Спецификация сеток

Соображения

• Детали: – Сколько геометрических

объектов относится к исследуемому процессу.

– Добавление в расчет ненужных деталей может очень сильно усложнить расчет.

• Улучшение – Улучшение происходит в

областях с самыми большими градиентами по напряжениям, либо геометрически. В этих областях необходимо сгущать КЭ сетку.

Действительно ли

необходимо решать

такую задачу?

Дополнительные

слои создаются в

пограничных

слоях

Улучшенная сетка

вокруг болтового

соединения







• Эффективность

– Большое количество элементов требует большие компьютерные ресурсы

(память/процессорное время). Необходимо соблюдать баланс точности

моделирования с временем расчета.







• Качество

– В областях сложной геометрии большие элементы могут искажать свою форму.

Элементы низкого качества могут привести к неточным результатам, либо в

некоторых случаях решение может не сойтись!

– Существует множество методов для оценки качества сетки (mesh metrics*). Для

примера, одной из таких метрик является «перекос» элементов. Перекос – это

мера изменения элемента по сравнению с первоначальной его формой, и

измеряется от 0 (Отличная) до 1 (Недопустимая).

0-0.25 0.25-0.50 0.50-0.80 0.80-0.95 0.95-0.98 0.98-1.00

Excellent very good good acceptable bad Unacceptable

*Дополнительная информация о метрике доступна в help и учебной документации







Этот пример демонстрирует решение, которое не «сошлось» из-за плохой сетки.

Пример с элементами хорошего качества не выявляет проблем в области решения.

ANSYS Meshing Application предоставляет большое количество инструментов для улучшения качества

сетки

На этом примере видно отличие между хорошей и плохой сеткой:






Training Manual Проблемы с КЭ сеткой

• Структурный КЭ анализ

– Улучшайте сетку, чтобы

определить градиенты

исследуемой величины

• Т.е. температуры, энергию

деформирования, энергию напряжений

перемещения и др..

– Тетраидальная сетка доминирует,

но гексоидальная сетка

предпочтительнее

– Некоторые явные КЭ решатели

требуют регулярную

гексоидальную сетку

– Тетраидальная КЭ сетка обычно

вторичная (включая срединный

узел в элементе)






Training Manual Проблемы CFD сеток

• CFD

– Усовершенствуйте сетку для выявления

градиента искомой величины

• Т.е. скорость, давление, температура и др.

– Качество сетки и ее гладкость критические

для точности результатов

• Это приводит к большим размерностям сеток

– Тетраидальная сетка доминирует, но

гексагональная приветствуется

– Тетраидальная сетка для CFD обычно

первичная (промежуточный узел не

задается)






Training Manual Типы сеток

• Тетраидальная и гибридная сетки







• Гексагональная сетка







• Тетраидальная сетка

1) Может быть быстро создана, автоматически и для любой

геометрии

Сетка создается в 2 шага:

Шаг 1: Задаем размер

элемента

Шаг 2: Создаем сетку







• Тетраидальная сетка 2) Изотропное улучшение – для уточнения результатов вдоль градиента

в одном направлении необходимо сгущать сетку в 3х

направлениях что приводит к существенному росту ресурсов

Перфорированн

ая пластина к

которой

прикладывается

давление в x

направлении

x







• Тетраидальная сетка 3) «Inflation» слой помогает справиться с улучшением вдоль нормали,

однако это все же наращивание количества элементов в 2-D







• Гексаидальная сетка

– Необходимо меньше элементов для решения CFD задачи

• Гексаидальная сетка, для решения задачи с той же

точностью, будет содержать более чем в 2 раза меньше

узлов, по сравнению с тетраидальной сеткой

TET HEX







• Гексаидальная сетка

– Меньшее количество элементов для решения задачи

CFD.

• Анизотропные элементы могут быть совмещены с

анизотропной физикой (пограничные слои, области с

большой кривизной и длинными кромками)







• Гексаидальная сетка – Для произвольных конфигураций гексагональная сетка требует

много подготовительных операций, однако это приводит к более

качественногму результату.

– Для многих более простых конфигураций при помощи протяжки

сетки, ее можно создавать более проще и быстрее

• Sweep

• MultiZone






Training Manual Рабочая область ANSYS Meshing Application

• ANSYS Meshing Application использует подход деления

• Различный „Метод разбивки‟ может быть применен к

каждой части геометрии

–Сетки в отдельных телах могут быть несовместными

–Совместные сетки создаются в одном теле

• Все сетки сохраняются в центральной базе данных

• Доступно много методов для 3D и 2D геометрии






Training Manual Методы создания сеток для 3D геометрии

• В ANSYS Meshing Application есть шесть различных

методов разбивки для 3D геометрии:

–Автоматический (Automatic)

–Тетрагональный (Tetrahedrons)

• Исправление участка (Patch Conforming)

• Независимый участок (Patch Independent)

– (ICEM CFD Tetra algorithm)

– Протяжка сетки (Swept Meshing)

– MultiZone

– Hex Dominant

– CFX-Mesh






Training Manual Методы создания сеток для 3D геометрии

• В ANSYS Meshing Platform для 2D геометрии есть

четыре различных метода, которые могут быть

применены для поверхностных тел или оболочек:

– Автоматический метод (Automatic Method)

(Quadrilateral Dominant)

– Все триангулярные

элементы (All Triangles)

– Равномерное Quad/Tri

– Равномерное Quad






Training Manual Patch Conforming Tetrahedrons (Исправления участка)

• Тетраидальный метод с помощью Patch Conforming алгоритма

– Применяется для создания сетки на кромках и границах (ребрах и точках)

– Включает настройки регулировочного фактора (Expansion Factor), который

управляет внутренним ростом четырехгранников относительно граничного

размера

– Включает инфляцию (inflation) или пограничный слой для CFD

– Может быть смешан с методами протяжки (Sweep) для тел в одной детали

для создания совместных сеток

Тетраидальная сетка

Вытянутая сетка

Призма

Тетра

Пирамида

Форма элементов






Training Manual Patch Independent Tetrahedrons (независимый участок)

• Тетраидальный метод для Patch Independent (ICEM CFD Tetra)

алгоритма

– Грани и граничные условия (ребра и точки) не обязательно сохраняют размер

внутри области, как и на границе

– Полезен для грубого искажения сетки или создания более однородной сетки

– Упрощенная версия Tetra интегрирована в ANSYS Meshing Application

– Соблюдает стандарт размера сетки в ANSYS Meshing Application

– Поддерживает «инфляцию» Поверхность детали побита

грубой сеткой

Слой инфляции

для CFD

Призма

Тетра

Пирамида







Training Manual Метод протяжки (Sweep)

• Создает гексаэдры и/или призмы

• Тела должны быть вытягиваемыми

• Одна начальная поверхность, одна конечная

• Инфляция может привести к чистым

гексаэдрам или призмам

Вытягивание

очищено для

создания сетки

протяжкой

Тело разделилось на 2 части

для создания сетки

протяжкой

Поддерживает инфляцию для CFD

Призма

Гексаэдр

Форма элемента






Training Manual Thin Solid Sweep Meshing

• Множество начальных/конечных (source/target) граней

• Работает с телами на уровне других методов

• Позволяет создавать несколько элементов на толщину для одной части

тела






Training Manual Автоматический метод (Automatic Method)

• Автоматическое регулирование сетки между тетраидальной

(Patch Conforming) и Протянутой сеткой, в зависимости от

того является ли тело протягиваемым. У тел на совместных

гранях будет совместная сетка.

Нет инфляции Инфляция с настройками по-умолчанию

Тетраидальная (Patch Conforming) Протянутая Тетраидальная (Patch Conforming)






Training Manual Инфляция (Inflation)

• Инфляция достигается путем выдавливания границы нормально к поверхности, для создания пограничного слоя, применяется для CFD

• Гладкий переход от внешнего слоя к внутренней сетке

• Предотвращение столкновения:

– Ступенчатые шаги (Stair-stepping)

– Сгущение слоев

• Предпросмотр инфляции

• Пре- и пост- инфляция

• Ко всем методам может быть применена инфляция, кроме Hex-Dominant и Thin Sweep

• Протяжка (Sweeping):

– Четкие гексаидры или клинья






Training Manual MultiZone Sweep Meshing

• Новый элемент в 12.0

• Автоматическое разделение геометрии

– При помощи методов протяжки такую сетку можно было получить

только после разрезания тела на 3 тела, для создания

гексоидальной сетки

С элементом MultiZone,

сетка может быть создана

непосредственно!






Training Manual

• Алгоритм с доминирующими гексаидрами заполняет разбиваемый объем

преимущественно квадами, после чего, образовавшиеся полости

заполняются пирамидами.

– Рекомендуется, когда желательно, чтоб сетка состояла из гексаидров, однако

алгоритм протяжки не может быть реализован

– Полезен для тел с большим количеством внутренних объемов

– Не рекомендуется для тонких тел, когда отношение площади поверхности к

объему мало

– Не подходит в качестве пограничного слоя для CFD

• Главным образом используется для

прочностного анализа

Призма

Гекса Тетра

Пирамида


Показана Hex-dominant сетка:

19,615 Hex (60%)

5,108 Tet (16%)

211 Prisms (1%)

7,671 pyramids (24%)

Hex-Dominant Method






Training Manual CFX-Mesh Method

• CFX-Mesh использует

„свободную‟ интеграцию.

– Не передается размер

из Meshing Application в

CFX-Mesh

– Кликните RBM „Edit…‟ на

меню CFX-Mesh из GUI. – Задайте настройки для

инфляции

– Предпросмотр &

создание сетки в

объеме

– Передайте текущую

модель сетки

– Вернитесь в ANSYS

Meshing

– Можно сгенерировать

сетку CFX-Mesh

методом не открывая

самого приложения

• С использованием

актуальных настроек

или по умолчанию

Generate Volume Mesh

Слой инфляции


Documents

WB-Mesh 120 Ch02 Intro RU