1  Mesh网格划分原理

网格划分是建立CAE模型的一个重要环节，建立网格模型所花费的时间往往是取得 CAE 解决方案所耗费时间中的一个重要部分。网格直接影响到求解精度、求解收敛性和求解速度。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。网格越好，越能得到好的解决方案。

网格的节点和单元参与有限元求解，Workbench 在求解开始时会自动生成默认的网格。通过预览网格，可以检查有限元模型是否满足要求，细化网格可以使结果更精确，但是会增加 CPU 计算时间和需要更大的存储空间，因此需要权衡计算成本和细化网格之间的矛盾。

Workbench的网格技术通过Mesh组件实现。Mesh中可以根据不同的物理场和求解器生成网格，物理场有流场、结构场和电磁场，流场求解可采用Fluent、CFX、POLYFLOW，结构场求解可以采用显式动力算法和隐式算法。不同的物理场对网格的要求不一样，通常流场的网格比结构场要细密得多，因此选择不同的物理场，也会有不同的网格划分。

1.1  网格类型及单元阶次

 1.2  网格划分的原则

（1）网格数量

（2）网格疏密

（3）单元形状及评价

（4）单元阶次

（5）网格质量

（6）网格分界面和分界点

（7）位移协调性

（8）细节处理

网格划分没有定式，只能根据经验划分网格，宽广的有限元知识和丰富的经验是保证划分良好网格的前提。

（1）网格数量

a.在静力分析时，假如仅仅是计算结构的变形，网格数目可以少一些。假如需要计算应力，则在精度要求相同的情况下应取相对较多的网格。

b.在响应计算中，计算应力响应所取的网格数应比计算位移响应多。

c.在计算结构固有动力特性时，若仅仅是计算少数低阶模态，可以选择较少的网格，假如计算的模态阶次较高，则应选择较多的网格。

d.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、几何形状、厚度变化位置)，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。
• 划分疏密不同的网格主要用于应力分析(包括静应力和动应力)，而计算固有特性时则趋于采用较均匀的钢格形式。这是由于固有频率和振型主要取决于结构质量分布和刚度分布，不存在类似应力集中的现象。同样，在结构温度场计算中也趋于采用均匀网格。

（3）单元形状

• 对称结构尽量使用对称网格。对称结构若使用不对称的网格可能导致错误的模态分析。

（4）单元阶次

• 很多单元都具有线性、二次和三次等形式，其中二次和三次形式的单元称为高阶单元。
• 选用高阶单元可进步计算精度，由于高阶单元的曲线或曲 面边界能够更好地逼近结构的曲线和曲面边界，所以当结构外形不规则、应力分布或变形很复杂时可以选用高阶单元。
• 但高阶单元的节点数较多，在网格数目相同的情况下由高阶单元组成的模型规模要大得多，因此在使用时应权衡考虑计算精度和时间。
• 图中是一悬臂梁分别用线性和二次三角形单元离散时，其顶端位移随网格数目的收敛情况。可以看出，但网格数目较少时，两种单元的计算精度相差很大，这时采用低阶单元是不合适的。当网格数目较多时，两种单元的精度相差并不很大，这时采用高阶单元并不经济。例如在离散细节时，由于细节尺寸限制，要求细节四周的网格划分很密，这时采用线性单元更合适。

• 增加网格数目和单元阶次都可以提高计算精度。因此在精度一定的情况下，用高阶单元离散结构时应选择适当的网格数目，太多的网格并不能明显提高计算精度，反而会使计算时间大大增加。为了兼顾计算精度和计算量，同一结构可以采用不同阶次的单元，即精度要求高的重要部位用高阶单元，精度要求低的次要部位用低阶单元。不同阶次单元之间或采用特殊的过渡单元连接，或采用多点约束等式连接。

1.3  Workbench网格划分界面

• ANSYS 网格划分不能单独启动，只能在 Workbench 中调用分析系统或【Mesh】组件启动，如图所示。

• 选择几何模型后，进入网格划分环境，工作界面如图

1.4  网格划分流程

确定物理场   Physics Preference

网格划分方法

对于三维几何体，共有六种不同的划分网格法：

对于二维几何体， 首先设置分析类型

对于二维几何体，共有四种不同的划分网格法：

• 自动网格划分（Automatic）
• 三角形网格划分（ Triangles ）
• 四边形或三角形网格划分（ MultiZone Quad/Tri）
• 四边形网格划分（Quadrilateral Dominant）