复杂网格划分技术
建筑设计中曲面网格的划分方式及优化策略
建筑设计中曲面网格的划分方式及优化策略建筑设计中曲面网格的划分方式及优化策略一、引言建筑设计中，曲面网格的划分是一个关键的步骤，能够影响建筑物外形的流畅性、结构的稳定性以及施工的困难程度。
因此，合理的曲面网格划分方式和优化策略对于建筑设计的成功至关重要。
本文将介绍几种常见的曲面网格划分方式，并讨论一些优化策略。
二、曲面网格划分方式1. 均匀划分均匀划分是一种较为简单直接的划分方式，将曲面分成等大小的小面片。
这种方式适用于形状简单、平面性强的曲面，能够快速构建曲面网格。
然而，在曲面形状复杂或者曲面上存在规律性变化的情况下，均匀划分方式可能无法充分利用网格点，导致网格精度不高。
2. 均匀切割划分均匀切割划分是一种常见的曲面网格划分方式，通过将曲面切割成若干个小块，并在各个小块上采用均匀网格的方式，实现整体的曲面网格。
这种方式提供了更高的网格精度和平滑性，适用于较复杂的曲面形状。
3. 自适应划分自适应划分方式根据曲面上的变化程度来调整网格的密度，以使网格更好地适应曲面的复杂性。
例如，在曲面上的锐角和平面区域附近使用较密的网格，而在曲面上的平滑区域则采用较稀疏的网格。
自适应划分方式能够在保证网格精度的同时，减少网格数量，提高计算效率。
三、曲面网格优化策略1. 网格平滑曲面网格划分后，常常存在网格点之间的不平滑现象。
为了提高网格的平滑性，可以通过一些优化策略进行调整。
例如，使用曲线插值或者曲面拟合等方法，对网格进行局部调整，以消除不平滑部分。
2. 网格剖分在某些需要高精度曲面表达的区域，可以通过网格剖分策略进行优化。
网格剖分是指在曲面局部区域进行重复划分，以提高局部区域的曲面精度。
这种策略常用于建筑物的装饰部分，例如外墙砖面贴装等。
3. 网格调整在曲面网格划分中，边界网格的位置和精度往往是关键问题。
因此，在曲面网格优化中，需要特别关注边界网格的调整。
通过一些算法和方法，可以对边界网格进行调整，以满足设计要求。
ansys复杂几何模型的系列网格划分
二、 映射网格划分
映射网格划分是对规整模型的一种规整网格划分方法，其原始概念是：对于面，只能是四边形面，网格划分数需在对边上保持一致，形成的单元全部为四边形；对于体，只能是六面体，对应线和面的网格划分数保持一致；形成的单元全部为六面体。在ANSYS中，这些条件有了很大的放宽，包括：
1 面可以是三角形、四边形、或其它任意多边形。对于四边以上的多边形，必须用LCCAT命令将某些边联成一条边，以使得对于网格划分而言，仍然是三角形或四边形；或者用AMAP命令定义3到4个顶点（程序自动将两个顶点之间的所有线段联成一条）来进行映射划分。
复杂几何模型的系列网格划分
众所周知，对于有限元分析来说，网格划分是其中最关键的一个步骤，网格划分的好坏直接影响到解算的精度和速度。在ANSYS中，大家知道，网格划分有三、划分网格。在这里，我们仅对网格划分这个步骤所涉及到的一些问题，尤其是与复杂模型相关的一些问题作简要阐述。
子结构（也称超单元）也是一种解决大型问题的有效手段，并且在ANSYS中，超单元可以用于诸如各种非线性以及装配件之间的接触分析等，有效地降低大型模型的求解规模。
巧妙地利用结构的对称性对实际工作也大有帮助，对于常规的结构和载荷都是轴对称或平面对称的问题，毫无疑问应该利用其对称性，对于一些特殊情况，也可以加以利用，比如：如果结构轴对称而载荷非轴对称，则可用ANSYS专门用于处理此类问题的25、83和61号单元；对于由多个部件构成装配件，如果其每个零件都满足平面对称性，但各对称平面又不是同一个的情况下，则可用多个对称面来处理模型（或至少可用此方法来减少建模工作量：各零件只需处理一半的模型然后拷贝或映射即可生成总体模型）。
2 面上对边的网格划分数可以不同，但有一些限制条件。
3 面上可以形成全三角形的映射网格。
ICEM网格划分原理
ICEM网格划分原理ICEM（Icem CFD）是一种用于流体力学计算的网格生成软件，广泛应用于航空航天、汽车、能源、船舶等领域。
ICEM网格划分原理主要包括松劲网格划分、结构化网格划分和非结构化网格划分三个部分。
下面将详细介绍这些原理。
1.松劲网格划分：松劲网格划分顾名思义是指网格的单元格可以灵活地重新排列和处理。
通常用于处理比较复杂的几何形状。
计算机先将几何形状映射到一个参数空间中，然后网格划分软件根据给定的规则生成初始网格。
网格可以通过细化和简化单元格来调整，以适应不同的模拟需求。
优点是可以对复杂几何形状进行灵活处理，但由于网格的复杂性，计算效率较低。
2.结构化网格划分：结构化网格划分是指网格按照一定的规律排列，形成规则的矩形或立方体结构。
这种网格划分方法适用于较简单的几何形状，如长方体或柱体。
结构化网格划分的原理是先将几何形状划分为一定数量的网格单元，然后再根据需求进行细分或剖分，以满足数值计算的精度要求。
结构化网格划分的优点是计算效率高，但对于复杂几何形状的处理能力有限。
3.非结构化网格划分：非结构化网格划分是指网格以不规则的三角形、四面体或多边形等形式排列，适用于包含复杂流动特性的几何形状。
非结构化网格划分的原理是先根据几何形状创建一个初始网格，然后利用边界层法、代数生成法、移动网格法等技术对网格单元进行优化和调整，以满足数值计算的要求。
非结构化网格划分的优点是适用范围广，可以处理复杂的几何形状和边界条件，但计算效率相对较低。
除了以上三种基本的网格划分方法，ICEM还提供了一系列的划分技术和工具，如自适应网格划分、边界层自动生成、网格加密等。
自适应网格划分是指在计算过程中根据流动场的变化，动态地调整网格分辨率和密度，以获得更准确的计算结果。
边界层自动生成是指根据流动特性和模拟条件自动生成边界层，以精确模拟边界层流动。
网格加密则是通过增加网格单元数量来提高计算精度，适用于需要高精度模拟的流动问题。
Deform网格划分原则及方法
[原]Deform网格划分原则及方法2009-04-04 23:48引言：划分网格是建立有限元模型的一个重要环节，它要求考虑的问题较多，需要的工作量较大，所划分的网格形式对计算精度和计算规模将产生直接影响。
为建立正确、合理的有限元模型，这里介绍网格划分时的一些基本原则及方法。
关键词：Deform 网格局部细化一、网格划分的原则1 网格数量网格数量的多少将影响计算结果的精度和计算规模的大小。
一般来讲，网格数量增加，计算精度会有所提高，但同时计算规模也会增加，所以在确定网格数量时应权衡两个因数综合考虑。
图1中的曲线1表示结构中的位移随网格数量收敛的一般曲线，曲线2代表计算时间随网格数量的变化。
可以看出，网格较少时增加网格数量可以使计算精度明显提高，而计算时间不会有大的增加。
当网格数量增加到一定程度后，再继续增加网格时精度提高甚微，而计算时间却有大幅度增加。
所以应注意增加网格的经济性。
实际应用时可以比较两种网格划分的计算结果，如果两次计算结果相差较大，可以继续增加网格，相反则停止计算。
图1 位移精度和计算时间随网格数量的变化在决定网格数量时应考虑分析数据的类型。
在静力分析时，如果仅仅是计算结构的变形，网格数量可以少一些。
如果需要计算应力，则在精度要求相同的情况下应取相对较多的网格。
在热分析中，结构内部的温度梯度不大，不需要大量的内部单元，这时可划分较少的网格。
2 网格疏密网格疏密是指在结构不同部位采用大小不同的网格，这是为了适应计算数据的分布特点。
在计算数据变化梯度较大的部位(如应力集中处)，为了较好地反映数据变化规律，需要采用比较密集的网格。
而在计算数据变化梯度较小的部位，为减小模型规模，则应划分相对稀疏的网格。
这样，整个结构便表现出疏密不同的网格划分形式。
图2是中心带圆孔方板的四分之一模型，其网格反映了疏密不同的划分原则。
小圆孔附近存在应力集中，采用了比较密的网格。
板的四周应力梯度较小，网格分得较稀。
网格划分
四、混合网格划分
混合网格划分即在几何模型上，根据各部位的特点，分别采用自由、映射、扫略等多种网格划分方式，以形成综合效果尽量好的有限元模型。混合网格划分方式要在计算精度、计算时间、建模工作量等方面进行综合考虑。通常，为了提高计算精度和减少计算时间，应首先考虑对适合于扫略和映射网格划分的区域先划分六面体网格，这种网格既可以是线性的（无中节点）、也可以是二次的（有中节点），如果无合适的区域，应尽量通过切分等多种布尔运算手段来创建合适的区域（尤其是对所关心的区域或部位）；其次，对实在无法再切分而必须用四面体自由网格划分的区域，采
机械零件有限元分析-5-第四讲-网格划
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理现象。
均匀性
网格的分布应尽量均匀，以提 高计算精度和稳定性。
局部细化
对于关键区域或需要更高精度 的地方，应进行局部网格细化
。
边界条件处理
在边界区域，应根据实际情况 处理网格，以避免出现奇异性
和不合理的解。
03
网格划分的方法和技术
结构化网格划分
01
02
03
结构化网格
按照一定的规则和顺序对 有限元模型进行网格划分， 每个网格单元具有相同或 相似的形状和尺寸。
详细描述
对于形状不规则、结构复杂的机械零件，网格划分变得困难，需要采用特殊的有 限元网格划分方法，如自适应网格、非结构化网格等。
实例三：多物理场耦合的网格划分
总结词
多物理场、耦合、复杂度增加
详细描述
对于涉及多个物理场耦合的机械系统，如热-力耦合、流-固耦合等，网格划分变得更加复杂。需要采用多物理场 耦合的有限元网格划分方法，如分区耦合、全局耦合等。
网格划分的重要性和意义
网格划分是有限元分析的关键 环节，它决定了模型的离散精 度和计算规模。
合适的网格划分能够提高计算 精度，降低模型的自由度，从 而减少计算时间和资源消耗。
不合理的网格划分可能导致计 算精度降低，甚至出现数值不 稳定或计算失败的情况。
02
网格划分的基本概念
网格划分的定义
网格划分是将连续的物理模型离散化 为有限个小的单元，每个单元称为网 格或节点。
自适应移动节点
03
根据计算结果动态移动网格节点，以保持网格质量。
05
实例分析
实例一：简单零件的网格划分
总结词
规则、简单、容易划分
详细描述
ABAQUS中网格划分技术
划分网格是有限元模型的一个重要环节，它要求考虑的问题较多，工作量较大，所划分的网格形式由于划分者的水平和思路不同而有很大的差异，因而对计算精度和计算规模会产生显著的影响。
有限元网格数量的多少和质量的好坏直接影响到计算结果的精度和计算规模的大小。
一般来讲，网格数量增加，计算精度会有所提高，但同时计算规模也会增加，所以在确定网格数量时应该权衡这两个参数。
网格较少时增加网格数量可以显著提高计算精度，而计算时间不会有很大的增加。
所以应注意增加网格数量后的经济性。
实际应用时可以比较疏密两种网格划分的计算结果，如果两种计算结果相差较大，应该继续增加网格，重新计算，直到误差在允许的范围之内。
ABAQUS中的网格划分方法应该是所有通用有限元分析软件中最强大的。
本文将对其网格划分做较全面的叙述。
首先介绍一下网格划分技术，包括：结构化网格、扫掠网格、自由网格：1）结构化网格技术（STRUCTURED）：将一些标准的网格模式应用于一些形状简单的几何区域，采用结构化网格的区域会显示为绿色（不同的网格划分技术会对相应的划分区域显示特有的颜色标示）。
2）扫掠网格技术（SWEEP）：对于二维区域，首先在边上生成网格，然后沿着扫掠路径拉伸，得到二维网格；对于三维区域，首先在面上生成网格，然后沿扫掠路径拉伸，得到三维网格。
采用扫掠网格的区域显示为黄色。
3）自由网格划分技术（FREE）：自由网格是最为灵活的网格划分技术，几乎可以用于任何几何形状。
采用自由网格的区域显示为粉红色。
自由网格采用三角形单元（二维模型）和四面体单元（三维模型），一般应选择带内部节点的二次单元来保证精度。
4）不能划分网格：如果某个区域显示为橙色，表明无法使用目前赋予它的网格划分技术来生成网格。
这种情况多出现在模型结构非常复杂的时候，这时候需要把复杂区域分割成几个形状简单的区域，然后在划分结构化网格或扫掠网格。
注意：使用结构化网格或扫掠网格划分技术时，如果定义了受完全约束的种子（SEED），网格划分可能不成功，这时会出现错误信息们，可以忽略错误信息，允许ABAQUS去除对这些种子的约束，从而完成对网格的划分。
STAR_CCM+复杂表面几何处理及网格划分
STAR-CCM+复杂表面几何处理与网格划分1.启动：开始→所有程序→STAR-CCM+，如图1所示，打开STAR-CCM+，界面如图2所示。
图1 打开软件STAR-CCM+图2 STAR-CCM+界面点击File→New Simulation，如图3所示，弹出如图4所示窗口，单击OK按钮，创建新的模拟。
图3 创建新模拟图4 创建新模拟窗口2.打开模型文件：单击菜单File→Import surface mesh，如图5所示，或者单击按钮，进入模型导入菜单，如图6所示。
选择所有x_t模型，单击“打开”，按钮，弹出如图7所示菜单，为了减少内存压力，这里设定Tessellation Density一项为“Coarse”。
图5 导入表面模型菜单图6 导入表面模型窗口图6 导入表面模型窗口选项单击“OK”按钮，进入主界面，导入模型如图7所示。
3.简单前期设定：图7 导入模型后的主界面显示由于导入模型是固体模型，最后要求解的是其内腔的流体区域，所以先将所有固体模型合并起来，如图8所示，将Regions树下的所有body选择，右键选择“Combine”，将所有固体模型合并，如图9所示。
图8 合并前的Regions树模型图9 合并后的Regions树模型对各个区域部件重新进行命名；如图10所示，先将前三个同类的Boundary、Boundary1 1、Boundary1 2挡板合并并命名为“baffles”。
图10 合并三个挡板模型并重新命名对模型中的传感器Boundary1 7重新命名为“Sensor”,如图11所示。
图11 Boundary1 7重新命名为“Sensor”对模型中的固体部件Boundary1 8、Boundary1 9通过“Combine”合并并重新命名为“Struts”,如图12所示。
图12 Boundary1 8/9重新命名为“Struts”对模型中的阀体Boundary1 10重新命名为“Valve”,如图13所示。
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3.4 网格划分实例
复杂面模型的网格划分
1. 孔板
钢结构螺栓连接中的节点板，其板上都设有一定数量的螺栓孔，这些栓孔可能对称布置也可能不对称布置。
要得到四边形映射网格必须满足其要求的条件，可对板进行适当的切分或连接。
本例采用切分命令将面切成多个小面，有些可满足4 边的条件，包含曲线的面则不满足4 边的条件，可分别采用AMESH 和AMAP 命令（如用LCCAT 需要不断连接、划分、删除连接线等操作）进行映射网格划分。
示例：
! EX3.18 孔板网格划分
finish $ /clear $ /prep7
a0=300 $ b0=800 $ r0=15 ! 定义参数
blc4,,,a0,b0 $ cyl4,a0/4,b0/8,r0 ! 创建矩形面和一个圆面
agen,2,2,,,a0/2 $ agen,2,2,3,1,,b0/8 ! 复制生成其它圆面
agen,2,2,5,1,,b0*5/8 $ asel,s,,,2,9,1 ! 选择圆面
cm,a2cm,area $ allsel ! 将所选择圆面定义为组件a2cm
asba,1,a2cm ! 用矩形面减圆面，形成孔板
wprota,,-90 ! 将孔板竖向切分
*do,i,1,5 $ wpoff,,,b0/16 $ asbw,all $ *enddo
wpoff,,,b0*5/16 $ *do,i,1,5 $ wpoff,,,b0/16 $ asbw,all $ *enddo
wprota,,,90 ! 将孔板横向切分
*do,i,1,3 $ wpoff,,,a0/4 $ asbw,all $ *enddo
wpcsys,-1 $ numcmp,all
lsel,s,radius,,r0 $ lesize,all,,,8 ! 选择圆孔边界线，定义网分数为8 lsel,inve $ lesize,all,,,4 $ lsel,all ! 其余线网分数为4
et,1,82 $ mshape,0,2d $ mshkey,1 ! 定义单元类型、单元形状及网分类型
asel,u,loc,y,b0/16,b0*5/16 ! 不选择带圆孔的面
asel,u,loc,y,b0*11/16,b0*15/16 ! 不选择带圆孔的面
lsla,s$lsel,r,tan1,x ! 选择竖向线
lesize,all,50,,,,1 ! 修改这些线的网分尺寸
amesh,all $ allsel ! 划分这些面的网格
! 以下用 AMAP 划分各个5 边形面的网格
amap,21,30,31,54,62 $ amap,22,31,32,54,64 $ amap,32,29,30,62,76 $ amap,33,29,32,64,76
amap,42,34,35,76,82 $ amap,43,35,36,76,84 $ amap,41,33,34,53,82 $ amap,44,33,36,53,84
amap,19,22,23,49,64 $ amap,20,23,24,49,60 $ amap,9,21,22,64,74 $ amap,31,21,24,60,74
amap,38,26,27,74,84 $ amap,39,27,28,74,80 $ amap,37,25,26,50,84 $ amap,40,25,28,50,80
amap,17,14,15,43,59 $ amap,18,15,16,43,63 $ amap,7,13,14,59,73 $ amap,8,13,16,63,73
amap,34,18,19,73,79 $ amap,30,17,18,79,44 $ amap,35,19,20,73,83 $ amap,36,17,20,44,83
amap,15,6,7,39,63 $ amap,16,7,8,39,58 $ amap,4,6,5,63,71 $ amap,5,5,8,58,71
amap,27,10,11,71,83 $ amap,28,11,12,71,78 $ amap,26,9,10,83,40 $ amap,29,9,12,40,78
对于本例也可采用先创建部分面并划分网格，然后利用对称生成其余部分。
本例旨在说明全部创建几何模型后，进行网格划分的方法和思路。
2. 角支架的网格划分
如ANSYS 帮助文件中的例子，对其结构略作改动如图所示。
进行映射网格划分，但需要对几何模型进行切分或连接。
3. 大板小孔的网格划分
实际工程中经常遇到很大的板上有一很小孔，且要考虑小孔的影响。
其网格划分可将整个面分为两部分，即小孔区域和远离小孔的区域，并采用过渡映射网格划分或间隔比，从而得到既满足精度要求又不浪费资源的网格。
例如所示面，其中虚线部分为两部分的分界线，当然也可采用直线分割区域。
示例：
! EX3.20 大板小孔的网格划分
finish $ /clear $ /prep7
a0=100 ! 定义参数A0=100
blc4,,,a0,a0 $ cyl4,,,a0/100 $ asba,1,2 ! 创建几何模型
csys,1 $ k,50,a0/20 $ k,51,a0/20,90 ! 创建两个关键点
R1=a0/20
l,50,51 $ asbl,all,1 ! 将面分为两部分
et,1,82 $ mshape,0,2d $ mshkey,1 ! 定义单元类型及网格划分类型
lesize,5,,,8 $ lesize,1,,,10 ! 设置周向线网格数
lesize,4,,,8,5 $ lesize,6,,,8,5 $ amesh,1 ! 设置径向线的网格数及间隔
比，划分区域1
lesize,7,,,20,0.1 $ les ize,8,,,20,0.1 ! 设置大区域的网格数及间隔比amap,2,50,51,2,4 ! 划分区域2
csys,0 $ arsym,x,all $ arsym,y,all $ nummrg,all
4. Z 形面的网格划分与局部细化
如图所示的面，其正常网格划分和局部细化比较如图所示。
通过该例可以看出不同的细化方式对网格的影响，同时也可比较网格的质量。
5. 有分布小孔的环形面的网格划分
如图所示，一环形面上分布若干个圆孔，其网格划分方法是将圆环面根据孔数切分为多个面，然后进行网格划分，但较为繁琐。
还可创建包含半个圆孔的扇形面并划分网格，然后复制几何模型和网格。