ANSYS网格质量检查资料讲解
网格划分质量查看及总结！
网格划分质量查看及总结！上节的一些补充，网格划分的环境配置：单元质量查看方法不良的单元形状会导致不准确的结果，然而到目前为止，还没有一个比较通用的标准来判定单元形状的好坏。
一种单元形状在一个分析中可能会带来不正确的结果，但在另外一个分析中又可能是完全能接受的，因而单元形状的好坏以及结果的准确性完全由用户根据经验或者相关行业规范进行判定和分析。
ANSYS网格质量评定指标介绍：评定网格质量的常见八个参数，他们分别是纵横比、对边偏差角、单元最大内角、雅克比比率、单元翘曲系数、网格质量系数、偏斜系数、正交质量系数。
总结为1. Aspect Radio（网格纵横比）：其值越接近1，说明网格质量越好。
2. Parallel Deviation（对边偏角差）：其值越接近0，说明网格质量越好。
3. Maximum Corner Angle（单元最大内角）：三角形，越接近60度越好；四边形，越接近90度越好。
4. Jacobian Ratio（雅克比比率）：其值越接近1，说明网格质量越好。
5. Wraping Factor（翘曲系数）：其值越接近0，说明网格质量越好。
6. Mesh Metric（网格质量系数）：其值越接近1，说明网格质量越好。
7. Skewness（偏斜系数）：其值越接近0，说明网格质量越好。
8. Orthogonal Quality（正交质量系数）：其值越接近1，说明网格质量越好。
如何只关心一部分区域的网格质量，例如应力集中地部位，网格划分的很细，整体的网格划分质量如何也便没有那么重要。
所以没有绝对的网格质量如何就可以或是不可以。
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ansys网格度量标准
ansys网格度量标准ANSYS网格度量标准。
在进行有限元分析时，网格质量是影响数值计算精度和收敛性的重要因素。
为了评估和改进网格质量，需要使用一些度量标准来定量地描述网格的质量。
本文将介绍ANSYS中常用的网格度量标准，帮助用户更好地理解和评估网格质量。
1.网格度量标准的分类。
在ANSYS中，网格度量标准可以分为两类，几何度量和拓扑度量。
几何度量是指与网格的几何形状相关的度量标准，如网格单元的形状、变形等；拓扑度量是指与网格的拓扑结构相关的度量标准，如网格单元的连接关系、边界条件等。
2.常用的网格度量标准。
（1）Jacobean矩阵。
Jacobean矩阵是描述网格单元形变情况的重要参数。
在ANSYS中，可以通过Jacobean矩阵来评估网格单元的变形情况，进而判断网格的质量。
通常情况下，Jacobean矩阵的行列式应该接近1，表示网格单元的形变较小，质量较好。
（2）网格单元的最小角度。
最小角度是描述网格单元形状的重要参数之一。
在ANSYS中，可以通过计算网格单元各个角度的最小值来评估网格的质量。
一般来说，最小角度越接近90度，网格质量越好。
（3）网格单元的悬臂比。
悬臂比是描述网格单元长宽比的参数。
在ANSYS中，可以通过计算网格单元边长之比来评估网格的质量。
通常情况下，悬臂比越接近1，网格质量越好。
3.网格度量标准的应用。
在实际工程中，可以通过以上介绍的网格度量标准来评估和改进网格质量。
首先，可以使用ANSYS中提供的网格质量评估工具来查看网格质量的相关参数，如Jacobean矩阵、最小角度、悬臂比等。
然后，根据评估结果对网格进行优化，改进网格质量，提高数值计算的精度和收敛性。
4.总结。
本文介绍了ANSYS中常用的网格度量标准，包括Jacobean矩阵、网格单元的最小角度、网格单元的悬臂比等。
这些度量标准可以帮助用户评估和改进网格质量，提高有限元分析的精度和可靠性。
在实际工程中，需要根据具体情况选择合适的度量标准，并结合优化方法对网格进行改进，以达到更好的分析效果。
ANSYS_workbench网格检查
长边跟最短边的比率。同样最好的值为 1。值越大单元越差。
Jacobian Ratio
其值就是最大值跟最小值的比率。1 最好。值越大就说明单元越扭 曲。如果最大值跟最小值正负号不同，直接赋值-100。
① 网格质量检查
在 details of mesh 下有一项 mesh metric，默认的是 none。点开后，就会看到里 面有几个检查项目：Element Quality, Aspect Ratio, Jacobian Ratio, Warping Factor, Parallel Deviation, Maximum Corner Angle, 和 Skewness。
Warping Factor
主要用于检查四边形壳单元，以及实体单元的四边形面。其值基于 单元跟其投影间的高差。0 说明单元位于一个平面上，值越大说明
单元翘曲越厉害。
Parallel Deviation
在一个四边形中，由两条对边的向量的点积，通过 acos 得到一个角 度。取两个角度中的大值。0 最好。
跟 1 之间，0 最好，1 最差。
② 运用 APDL 宏（如“sortelem.mac” ）可以检查 hex-dominan 网 格划分生成的六面体、四度。对三角形而言，60 度最好，为等边三角形。对四边形而
Maximum Corner Angle
言，90 度最好，为矩形。
Skewness
是最基本的网格质量检查项，有两种计算法，Equilateral-VolumeBased Skewness 和 Normalized Equiangular Skewness。其值位于 0
Ansysworkbench网格技术讲解
划分方法与技巧
划分方法与பைடு நூலகம்巧
多区划分
划分方法与技巧
2D模型
四边形单元主导法；
三角形单元； 均匀三角形/四边形单元； 均匀四边形。
划分方法与技巧
划分方法与技巧
结构网格划分技巧
细化关心部位； 四面体划分，六面体优先； 部分显式有限元求解器要求六面体； 四面体单元为二阶。
划分方法与技巧
CFD网格划分技巧
细化关心部位； 四面体划分，六面体优先； 平滑度与网格质量对结果精确度影响很大； 四面体单元为一阶。
参数设置
缺省设置 Mechanical； CFD； Electromagnetics； Explicit。
参数设置
参数设置
物理优先 选项 力学分析 粗糙 中等 快 关联中心 平滑度 过渡 实体单元 中节点 程序控制
四边形面计算。理想无翘曲平四边形值为0。
网格质量标准
平行偏差 计算四边形对边平行偏差角度 。
理想值为0度，警告值为70度。
网格质量标准
最大顶角
理想三角形最大顶角为60度；
理想四边形最大顶角为90度。
网格质量标准
畸变度
单元质量 倾斜度 等边 0 优秀 ＞0~0.25 好 0.25~0.5 中等 0.5~0.75 次等 0.75~0.9 坏 0.9~1 退化 1
计算流体力学 分析 电磁分析
粗糙
中等
慢
消除
中等
中等
快
保留
显示分析
中等
高
慢
消除
参数设置
尺寸控制
比较常用按分数划分和按给定尺寸划分；
关联中心可以设置为：粗糙，中等，精密。
【流体】ANSYSmeshing网格划分之-入门7-网格质量判断
【流体】ANSYSmeshing网格划分之-入门7-网格质量判断网格划分完之后，当然少不了要查看网格的质量，判断网格是否能用于流体仿真。
在ANSYS Meshing中，提供了8种网格质量判断方法，当然不是说每一种方法都需要掌握，只需要掌握常用的一两种判断方法即可。
其实，在ANSYS Meshing中的这8种网格质量判断方法，在其他网格划分软件中也是一样适用，例如ICEM等。
1.Element Quality2.Aspect Ratio3.Jacobian Ratio4.Warping Factor5.Parallel Deviation6.Maximum Corner Angle7.Skewness8.Orthogonal Quality首先，看下在ANSYS Meshing中如何查看网格质量。
当网格划分完后，点击软件左侧设计树的Mesh，在下方的Details中展开Statistics统计功能按钮，在Mesh Metrics的下拉菜单中选择一个网格质量判据。
那么在软件图形显示窗口正下方出现一张柱状表，这个就是这次网格划分后的网格质量了。
在网格质量表中，你可以鼠标点击表中的柱状条，然后图形显示窗口中就会显示你点中相对于的网格在几何中的分布了。
例如，在下图中，用鼠标左键单击质量分布图中网格最差的0.23处的柱状条，那么在图形窗口中就只显示网格质量为0.23的网格分布了。
这样我们就可以对此处的网格进行局部加密或者局部调整参数后重新划分，提高网格质量。
在Mesh Metrics窗口柱状图左上方处，你会发现有一个Controls按钮，如上图。
点击此按钮，那么就进入了柱状图显示的控制了，如控制X/Y轴的范围，统计哪些类型的网格等等，从下图可以看出，有四个方面可以设置。
设置后点击右上方黑色的打叉，就退出Control并且软件更新统计显示图形。
接下来就开始讲网格质量判据吧。
下面以最简单明了的方式介绍，因为对于绝大部分仿真人员来说，需要知道每个质量判据的物理意义和如何判据，至于每个判据如何计算到不用关心。
最新ANSYS系列软件网格质量评定及改进策略汇总
– CFX 求解器是顶点为中心的 ，流体变量单元在顶点存储,求解器单元是双 重网格单元。这意味着网格单元的顶点是求解器单元的中心
A-10
Appendix A: Mesh Quality
CFX网格质量考虑事项
(max,avg)CSKEW=(0.801,0.287) (max,avg)CAR=(8.153,1.298)
网格 2
VzMIN≈-100ft/min VzMAX≈400ft/min
A-9
Appendix A: Mesh Quality
CFX网格质量考虑事项
Training Manual
• CFX求解器对网格质量要求和FLUENT 求解器有点不同，由于两个编码 的求解器结构的不同
• Aspect Ratio:
– 应小于 40, 但取决于流体特性 – 膨胀层可容忍大于 50
• Cell Size Change:
– 应在1与2之间
Training Manual
• 差网格质量可能导致不精 确求解和缓慢收敛 • 一些程序可能要求比建议 值更低的偏斜值
A-7
Appendix A: Mesh Quality
Training Manual
• CFX 求解器有3个重要的网格度量标准，每次运行和更新开始的畸形网格
– 网格正交性 – 纵横比 – 扩展因子
+--------------------------------------------------------------------+
|
Mesh St 0.50-0.80 0.80-0.95 0.95-0.98 0.98-1.00*
ansys中单元质量问题（UnitqualityprobleminANSYS）
ansys中单元质量问题（Unit quality problem in ANSYS）Mesh is the basis of finite element analysis. In order to ensure the accuracy of the analysis results, the quality of the grid must be guaranteed first. ANSYS checks quality of the grid and gives warning or error messages to units with quality problems. If a quality index unit over / less than a given value, will give a warning (warning message), if the quality index than / less than a given value, will give you an error message (error message), if there is a warning, it is still possible to calculate it, just the calculation accuracy may be affected (probably, the specific circumstances require specific analysis). If there is an error message, the calculation is usually not going to go on.The quality of measurement units in ANSYS mainly has the following indexes:1.Aspect Ratio: aspect ratio. That is to say, the ratio between the longest and the shortest sides of a cell. When aspect ratio is more than 20, ANSYS will give warning information, when more than 1.0e6, will give wrong information.Usually when we divide the grid, to ensure that the unit length width ratio should not exceed 5~10, if the situation is special, it is best not to exceed the ANSYS warning value is 20, then step back, length width ratio is more than 20, we must ensure that the number of such units is relatively small, but the number is more than 20 not too otherwise, the results very low credibility.2.Deviation From 90 Degree Corner Angle: chordal difference.This is for the face element. When there is a chamfer in the structure, the number of mesh layers at the chamfer is higher, and the higher the coincidence degree between the element and the geometry is, at this time,Chord error index is better. On the contrary, the less the number of chamfering layers, the farther the unit deviates from the geometric deviation, the worse the chord difference. As for how ANSYS mathematically defines string difference, there is no way to know. This indicator we usually pay little attention to.3.Deviation From Parallel opposite edges in degrees: quadrilateral opposite side deviation angle. This is only for quadrilateral. Describe the angle between two opposite sides. When the edges are parallel, it is the best case. This index will not focus on him.4.Maximum Corner Angle in Degrees: in the largest unit.For triangular elements, warning information over 165 degrees will be given, and more than 179.9 degrees will give false information.For quadrilateral elements without intermediate nodes, warning information is given over 155 degrees, and error information is given over 179.9 degrees.For quadrilateral elements with intermediate nodes, warning information over 165 degrees will be given, and more than 179.9 degrees will give error information.Jacoby coefficient of 5. Jacobi Ratio.The Jacobi coefficient of ANSYS seems to be different from that of other software, and ANSYS has the limitation of Jacobi coefficient as follows:H-Method element:Warning limit: 30Error limit: 1000P-Method element:Warning limit:30.Error limit:40.The warping coefficient of 6.warping factor:, which is used to describe the warping degree of quadrilateral elements.ANSYS's mathematical definition of warping coefficient is also different from other software.The strange thing is that..,In ANSYS, the warning index and error index used to determine the warping coefficient not only depend on the geometry of the unit, but also on the unit type, the solution of the control parameters, and the unit option. For example, for a shell63 unit,you switch on a large deformation switch and turn off a ON/OFF (NLGEOM), warning indicators and error indicators are different. Whether the KeyOpt (1) of shell63 is equal to 1 will also affect the warning index and error index, as follows:QUAD ELEMENT OR FACE WARPING FACTORSHELL43, SHELL143, SHELL163, SHELL181WARNING TOLERANCE (51) = 1ERROR TOLERANCE (52) = 5INFIN47, INTER115, SHELL131, SHELL57, SHELL157,SHELL63 WITH NLGEOM OFF AND KYOPT1 NOT = 1WARNING TOLERANCE (53) = 0.1000000ERROR TOLERANCE (54) = 1SHELL41, OR SHELL63 WITH KYOPT1=1WARNING TOLERANCE (55) = 0.2000000E-01ERROR TOLERANCE (56) = 0.2000000SHELL28WARNING TOLERANCE (57) = 0.1000000ERROR TOLERANCE (58) = 1SHELL63 WITH NLGEOM ON AND KYOPT1 NOT = 1Warning tolerance (59) = 0.1000000e-04Error tolerance (60) = 0.1000000e-013D solid element faceWarning tolerance (67) = 0.2000000Error tolerance (68) = 0.4000000从上面列出的内容中, 我们可以看到, 有几种情况下shell63的error指标值是非常低的, 也就是说, 单元的翘曲系数很容易超标而报错, 这就要求我们在选择单元类型的时候要注意了.今天在做一个壳 - 壳接触非线性分析的计算的时候, 偶然间发现这个问题的.我用hypermesh划分的网格, 网格质量还可以, 在abaqus里面计算了一遍, 我想把模型再用 ansys算一遍.网格没有任何变化, 单元类型选择的是shell63.但是导入到ansys中求解的时候, 很多单元都因为单元的翘曲系数 (warping factor) 超过错误极限而报错, 计算没法进行.可是单元的质量明明很好啊? 让人一头雾水.折腾了半天, 才弄明白: ansys的翘曲系数的警告极限和错误极限跟单元类型, 求解控制参数, 单元的keyopt选项设置都有关系的.我们大部分情况下都是在用shell63进行线性分析, nlgeom开关是没有打开的, 在这种情况下, 翘曲系数的错误极限值比较大, 不会轻易超标.This is just my analysis of nonlinear contact analysis, and open the NLGEOM switch, according to the above list can be seen, in this case, the warping coefficient shell63 of the unit if more than 0.1000000E-01 will Baocuo, shape is a bit more complicated, the warping coefficients of error limits it is easy to exceed the standard.Solution: change unit type, change shell63 to shell181. From the list above, it can be seen that the warpage error limit and the warning limit of shell181 are not affected by the solution control parameters and the KEYOPT option of the unit.Another solution that might eliminate the warpage factor is: instead of changing the unit type, but setting the Keyopt (1) =1 of the shell63 unit.Because above said easy to exceed the standard, are in the Keyopt (1) is not equal to 1 when appear, if set Keyopt (1) =1, may eliminate warpage coefficient exceeds standard. But when Keyopt (1) =1, the shell63 unit has only the in-plane stiffness (Membrane stiffness only), and that's not what I want, so I'm too lazy to verify it.。
流体有限元分析的网格评价标准
流体有限元分析的网格评价标准基于ANSYS Workbench流体有限元分析的网格质量评价ANSYS Workbench的网格剖分平台有两个：一个是集成在 Workbench平台上的高度自动化网格划分工具Meshing，另一个是高级专业几何网格划分工具ICEM CFD。
一、Meshing 网格评估统计Meshing网格设置可以在Mesh下进行操作，单击模型树中的Mesh图标，在出现的【Details of “Mesh”】参数设置面板中的【Statistics】中进行网格统计及质量评价的相关设置，图1为【Statistics】面板，显示了Nodes节点数、Elements单元数、Mesh Metric网格质量等。
图1 【Statistics】面板用Meshing进行网格划分完成后，可以在Mesh Metric下拉菜单中选择相应的网格质量检查工具来检查划分网格的质量好坏。
对于用于流体分析的的网格，一般在此检查Skewness（偏斜）和Orthogonal（正交品质）。
Skewness的值位于0和1之间，0最好，1最差。
流体分析的网格一般保证其值最大值（Max）小于0.95，如图2所示。
图2 查看网格Skewness值Orthogonal的值位于0和1之间，0最差，1最好。
流体分析的网格一般保证其值最小值（Min）高于0.1，如图3所示。
图2 查看网格Orthogonal值二、ICEM CFD网格检查及评价ICEM CFD的网格质量检查，可通过【Edit Mesh】菜单下的【Display Mesh Quality】查询（划分结构化网格时，【Blocking】菜单下也有相应的按钮）。
流体分析时（结构化网格）用的最多的为determinant 2×2×2，角度angle检查作为辅助参考：图3 Display Mesh Quality行列式：determinant行列式检查通过计算每一个六面体的雅可比行列式值然后标准化行列式的矩阵来表征单元的变形。
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网格 2
VzMIN≈-100ft/min VzMAX≈400ft/min
A-10
Appendix A: Mesh Quality
CFX网格质量考虑事项
Training Manual
• CFX求解器对网格质量要求和FLUENT 求解器有点不同，由于两个编码 的求解器结构的不同
附录 A 网格质量
A-1
Appendix A: Mesh Quality
概述
• 网格质量度量
– Skewness – 可接受比 – 最差单元
• FLUENT 求解器的网格质量考虑
– 一般考虑 – 求解中网格质量的影响
• CFX 求解器的网格质量考虑 • 网格质量影响因子
– CAD 问题 – 网格分解和分布 – 划分方法 – 膨胀
• Mesh选项中可得到Mesh Metric，可对其 进行设置和查看来评估网格质量
• 不同物理环境和不同求解器对网格质量有 不同的要求
• ANSYS 网格划分中可得到的网格度量有:
– 单元质量 – 纵横比 – 雅可比 – 扭曲因子 – 平行误差 – 最大拐角 – 偏斜
A-3
Training Manual
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
Inacceptable*
•
*一些情况下，基于求解器的压力可运用包含少量skewness为0.98单元的网 格.
• Aspect Ratio:
– 应小于 40, 但取决于流体特性 – 膨胀层可容忍大于 50
• Cell Size Change:
– 应在1与2之间
Training Manual
• 差网格质量可能导致不精 确求解和缓慢收敛 • 一些程序可能要求比建议 值更低的偏斜值
A-8
Appendix A: Mesh Quality
A-9
Appendix A: Mesh Quality
求解中网格质量的影响
例子
(max,avg)CSKEW=(0.912,0.291) (max,avg)CAR=(62.731,7.402)
Training Manual
网格 1
Large cell size change
VzMIN≈-90ft/min VzMAX≈600ft/min
A-6
Appendix A: Mesh Quality
FLUENT网格质量考虑事项
Training Manual
• FLUENT 需要高质量的网格来避免数值发散 • 涉及几个网格质量度量, 但skewness 是主要的度量 • 纵横比和胞格尺寸也很重要 • 最坏情况并取决使用的求解器(基于密度或基于压力)， FLUENT 可容忍差
– Fluent 求解器是单元为中心的,流体变量计算在单元的中心分配, 其网格单 元和求解器单元相同
– CFX 求解器是顶点为中心的 ，流体变量单元在顶点存储,求解器单元是双 重网格单元。这意味着网格单元的顶点是求解器单元的中心
Skewness 和 Fluent 求解器
Training Manual
• 不推荐高 skewness 值 • 一般保持体网格最大 skewness 值 < 0.95。而这个值和物理分析类型和单
元位置紧密相关
• 如果体网格包含退化单元，FLUENT 会报告负的单元体积 • skewness网格质量度量等级:
Appendix A: Mesh Quality
网格质量度量
Training Manual
偏斜
最优 (等边的) 单元
两种方法定义偏斜: 1. 基于等边形的体的误差:
• 偏斜 = 最优单元尺寸 单元尺寸
最优单元尺寸
• 只用于三角形和四面体 • 三角形和四面体的默认方法
2. 基于规一化的角误差:
•
• 改进网格质量策略
– CAD 清除 – 虚拟拓扑 – 收缩控制 – 理性网格尺寸和膨胀设置 – 一般推荐
• 作业 A.1 汽车集流管的虚拟拓扑 • 作业 A.2 FLUENT 和CFX 网格质量度量
A-2
Training Manual
Appendix A: Mesh Quality
ANSYS 网格划分的网格度量
• 对表面网格(在预览表面网格生成后)和体 网格 (在预览膨胀层或网格生成后) 已选 择的网格度量，将显示 min, max, averaged和standard deviation
• 在树状略图的Mesh对象下，使用Show Worst Elements 可突出显示最坏单元
Training Manual
A-7
Appendix A: Mesh Quality
FLUENT网格质量要求
• 对Fluent最重要的网格质量度量是:
– Skewness – Aspect Ratio – Cell Size Change (ANSYS 网格不能执行)
对所有或大多数程序: • Skewness:
– 对六面体, 三角形和四边形: 应小于 0.8 – 对四面体: 应小于 0.9
网格质量度量
纵横比
• 一般三角形和四边形的形貌是最长比与最短 边比的函数(详细见 User Guide)
• 对等边三角形或正方形等于1 (理想的)
纵横比 = 1
纵横比 = 1
Training Manual
高纵横比四边形 高纵横比三角形
A-5
Appendix A: Mesh Quality
ANSYS 网格质量统计
的网格质量，而一些程序可能需要更高的网格质量，分辨和好的网格分布
• 差质量单元的位置有助于确定它们的影响 • Statistics 中将得到一些总体的网格质量度量 • 其它网格质量度量FLUENT用户图形界面菜单中 Mesh/Info/Quality下得到,
或使用 TUI命令‘mesh/quality’
偏斜 =
max1m8a0xee
,
e
min e
其中 e 是等角的面 /单元 (对三角形和四面体为
60, 对四边形和六面体为90)
max min
• 适用于所有的面和单元形状
• 使用于棱柱和棱锥
0
完美的实际Leabharlann 元 球1 最坏的A-4
Appendix A: Mesh Quality