ICEM-CFD中常见参数和问题的解答

tolerance代表容差,就是说小于这个值的点、线、面等将新生成为一个。值的大小,在进行几何修复的时候是有区别的。对一些细节的几何,应尽量设置的小一些,体现在精度的方面。

“Equivalence”将同一空间位置的重复节点消除(通常,消除 ID 好较大的节点,保留 ID 好较小的节点),只保留一个节点,一般与“Verify”配合使用,这种方法可通过任何 FEM 定义(单元的相关定义、MPC等式、载荷、边界条件等)、几何定义和组等实现。缺省情况下,在经过消除重复节点而保留了唯一节点的位置,会用一个小红圆来表示。

在消除节点后,被消除节点原来所具有的与其它对象的关系转移到保留节点上,保留节点代替了被消除节点的作用。

“Equivalence”对组的影响是这样的,假如原来有两个节点 node1 和 node2 重合存在于一点处,但两个节点分别属于两个组 group1 和 group2,经过“Equivalence”处理,node2 将被消除,只保留 node1,则 node1 既属于 group1,又属于 group2。“Equivalence”不会在单元的边上造成裂纹,也不会把多点约束等式删除掉,也不会把零长度单元删除掉(如弹簧单元和质量单元)。

一般来说,“Equivalence”应该在载荷和边界条件施加之前进行,也应该在进行单元优化和生成中间输出文件.lj、.kflj、.fds 之前进行。

1) 几个参数的含义:

Minimum Orthogonality Angle [degrees] =67.9 OK

Maximum Aspect Ratio =5.0 OK

Maximum Mesh Expansion Factor =36.5!

• Minimum Orthogonality Angle :最小的网格正交角度,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 。盘面比(有人也将之翻译成长宽比),一个节点相邻的最大积分面与最小积分面面积之比, 一般要求小于 100 ,对于双精度的求解可以达到 1000。

• Mesh Expansion Factor =Ratio of largest to smallest sector volumes for each control volume 。最大与最 小控制体积之间的比值,一般要求小于 20。

2) 与计算结果之间的相互关系:

• 如果收敛情况良好,Mesh Expansion Factor 过大也是可以接受的;

• 如果你的电脑可以处理数量大的网格,你可以尝试优化调整你的网格,尤其是选取一个好的网格尺寸变化比率,合适的调整会让上述三项都满足指标。

• 对于非结构化网格,你可以设置不同线、面网格尺寸,那么你就会得到非常。 好的网格质量了。

3) 它的值过大,是由于 Icem 中的哪个参数对应引起的?

• 网格尺寸变化比率

• 线、面网格尺寸

你可以尝试改变一下尺寸。

一般情况下,在网格质量在 0.3 以上,以上几个指标很容易满足。

建议如下:

• 对于复杂模型四面体边界层控制确实比较难,没有统一的原则,但是可以根据网格质量,调节比较差的地方的控制参数,如网格尺寸及尺寸变化比率。

• 在进行网格光顺时可以尝试先冻结棱柱层,只光顺四面体,四面体光顺好了再一起光顺。

• 可以先生成一层棱柱层,然后劈分棱柱层,这种情况对于那种小角度生成边界层情况比较适合。

以上操作相对都比较麻烦,尤其是对于复杂模型,需要自己平时的经验积累和多交流。

最小角度: 一般情况下,通过全面 Quality指标来衡量网格质量,如果一定需要指出一个最小角度,一般是需要大于 16 度。 2、关于 Determinant: Determinant (2x2x2stencil): 权重值,是一个相对值,是雅可比行列矩阵最小权重值与最大权重值的比值。 Determinant (3x3x3 stencil): 基本同 Determinant (2x2x2 stencil), 但块的边中点被附加到雅可比行列矩阵的计算中。

一般情况下,在修复从其他 cad 软件导入的几何模型时,会出现红蓝黄三种颜色的 curve,红颜色的正常,黄色的为不连续的,蓝色的为重复的,黄色的是单个面的边界,红色的是两个面的交界线,蓝色的是三个/三个以上面相交的交线。

• 白色的边和顶点:

这些边位于不同的材料体间,它们和被关联的顶点将被映射到这些材料体中最贴近的CAD 表面,而且这些边上的顶点只能在表面内移动。

• 蓝色的边和顶点:

这些边位于体内部。它们的顶点也是蓝色的,可以在选择之前沿边拖拽。

• 绿色的边和顶点:

这些边和关联的顶点是映射到曲线的,这些顶点只能在它所映射的曲线上移动。

• 红色的顶点:

这些顶点是映射到指定的点的。

右击 Model,查看 units,可以看到几何模型使用的尺寸,可以进行更改,调整几何模型的大小。

即为设置边界层的设置。

VORFN 组是一个部分,它是默认就存在的,尤其在用户想要删除某个区域时比较有用。为了输出而删除一个块等价于将这个块定义在部分列表 VORFN 里,只有在树型目录里被激活的边才可以被输出。

利用块的标号控制可以允许用户只对可视的块模型进行修改。ANSYS ICEM CFD 主要依据笛卡儿坐标 I、J、K 作为标号来描述块的位置,当一个 O 网格生成以后,就会加入一个指示标号,在 ANSYS ICEM CFD 的消息窗口也将显示有关的信息,告知用户块的维数。

注意 : O 网格的维数从 O3 开始计,3 代表了维 0,1 和 2,分别被预先定义为 I,J 和 K。

如果操作过程需要用鼠标进行一个屏幕的输入,这时用户也可以按F9 优先使鼠标转为动态模式。F9 键也可以允许鼠标从动态模式下返回继续选择模式。

ICEM CFD Prism 是三棱柱网格工具,主要是用于在四面体网格的基础上快速生成三棱柱边界层网格。

ICEM CFD Hybrid 是指可以生成四面体和六面体混合网格,在连接处采用金字塔形的单元。

ICEM CFD Quad 用于生成四边形表面网格,可以通过简单的拉伸得到非结构六面体网格。

ICEM CFD Global 与 ICEM CFD Autohexa 分别是自动笛卡儿网格和自动六面体网格工具,由于本文使用的软件版本中没有相应的模块,所以不做说明,其中关于 Autohexa,一些相关的资料表明没有什么工程实用价值,只能对复杂程度很低的模型生成网格。

利用 Hexa 生成网格最重要的就是分块构想,对于复杂的几何模型,可以有不同的分块方案,选择一个合适的划分方式直接决定了最终生成的网格质量可以到达的水平。另外,使用 Hexa 模块生成六面体网格,在划分过程及网格平滑、编辑过程中都不必定义它的结构类型,在最终确定网格以后,可以选择将其作为结构或者非结构网格输出给求解器。

众多的用户认为 ANSYS ICEM CFD 的四面体网格划分工具 Tetra 是其做得最好的一个工具模块。它可以直接对 CAD 模型或者 STL 生成四面体网格而不需要先生成表面三角形网格,其内部网格与表面拓扑独立,并能很好的匹配事先规定的用来表达几何形状的关键点和曲线。

Tetra 定义自然尺寸决定各个几何特征上四面体网格尺寸,并可单独针对每一个材料点区域进行粗化或者细化计算。在模型数据输入以后,Tetra 根据读入的曲线和曲面用线段和三角形进行近似,并将预先定义的点设为网格顶点,当在表面存在间断但没有曲线定义,Tetra 划分的三角形会自由越过这个间断,而预先定义的点会使它辨认出曲线上尖锐的拐弯,并且 Tetra 中的模型检查工具可以自动在尖锐的几何特征上获得点和曲线。此外,对于已有的三角形表面网格,Tetra 可以根据其生成四面体网格,尽管生成的网格节点并不和原始的网格节点完全重合,但是通过三角形表面网格它可自动识别关键点和曲线,从而使网格符合几何模型的形状,这对于从别的网格数据或者立体扫描数据中导入模型是很有用处的。

ICEM CFD Tetra 生成四面体网格的空间划分是基于八叉树算法(8-Octree),这种算法保证了需要的区域有足够的网格密度,但是为了快速计算生成网格,首先构造一个初始的网格来包围整个几何模型,然后单元会被不断的细分达到定义的最大网格尺寸,每个维的尺寸按照二分之一分割,对于三维就是八分之一,再通过节点调整以匹配几何特征点和曲线,剔除材料体外的网格单元后进一步通过单元细化、节点移动、合并、交换和删除来平滑网格使其年达到最终质量要求。