本文以Ansys Workbench 2022R1為基礎(chǔ)介紹，2020版本往后基本沒啥變化，2020版本以前的會有些許不同。

全局網(wǎng)格控制作用：

（1）對網(wǎng)格策略進(jìn)行全局調(diào)整；

（2）為網(wǎng)格細(xì)化進(jìn)行全局調(diào)整；

（3）高級尺寸功能用來對曲面網(wǎng)格和狹窄區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)行控制和調(diào)整；

（4）輸入必要的值，默認(rèn)尺寸是基于最小的幾何實體，自動計算全局單元尺寸的大小，而默認(rèn)值是根據(jù)物理偏好設(shè)定的。

全局網(wǎng)格控制包含Display（顯示控件）、Defaults（默認(rèn)設(shè)置控件）、Sizing（全局尺寸控件）、Quality（質(zhì)量控制）、Inflation（膨脹控制）、Advanced（高級控制）、Statistics（網(wǎng)格信息）等信息，如下圖所示。

1.Display Style 顯示形式

此選項可以調(diào)整窗口模型顯示形式

2.默認(rèn)設(shè)置

2.1 Physics Preference 設(shè)置物理環(huán)境

一般不用改變，如從Static Structural模塊進(jìn)入，物理環(huán)境就自動變?yōu)镸echanical；如從Fluent模塊進(jìn)入，物理環(huán)境則自動變?yōu)镃FD。

2.2?Element Order 網(wǎng)格中間節(jié)點

以下為實體、殼、梁的網(wǎng)格單元默認(rèn)值：

2.3?Element Size 單元尺寸（全局）

3. Sizing 全局尺寸控件

3.1 Use Adaptive Sizing 使用自適應(yīng)尺寸

此選項默認(rèn)值為Yes。此時網(wǎng)格控制的規(guī)則為先從邊開始劃分網(wǎng)格，在曲率比較大的地方自動細(xì)化網(wǎng)格，然后產(chǎn)生面網(wǎng)格，最后產(chǎn)生體網(wǎng)格。

3.2?Resolution?

分辨率，可控制全局網(wǎng)格疏密成程度，其值可取-1~7，（-1為程序自動，默認(rèn)一般為2）

3.3?Mesh Defeaturing?

可以設(shè)置忽略特征尺寸，針對微小特征。小于等于其設(shè)定的特征值的特征將被自動移除，以提高網(wǎng)格質(zhì)量。

從外部導(dǎo)入模型時可能會生成額外的微小特征，而這些微小特征會使網(wǎng)格質(zhì)量較差，故通過設(shè)置特征值來忽略微小特征，如下圖所示。

3.4?Transition 過渡

用來控制臨近單元增長比

Fast—快速產(chǎn)生網(wǎng)格過渡

Slow—緩慢產(chǎn)生網(wǎng)格過渡

3.5?Span Angle Center?跨度中心角

設(shè)定基于邊的細(xì)化的曲度目標(biāo)。網(wǎng)格在彎曲區(qū)域細(xì)分，直到單獨單元跨越這個角。有以下幾種選擇：

Coarse?粗糙：-91度到60度

Medium?中等：-75度到24度

Fine 細(xì)密：-36度到12度

3.6?Initial Size Seed 初始尺寸種子

用來控制每一部件的初始網(wǎng)格種子，此時已定義單元的尺寸會被忽略。默認(rèn)初始種子是Assembly（裝配體），一般我們不需要去設(shè)置。

Assembly（裝配體）：基于這個設(shè)置，初始種子放入未抑制部件，網(wǎng)格可以改變。

Part（零件）：由于抑制部件網(wǎng)格不改變，因此基于此設(shè)置，初始種子在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時可放入個別特殊部件。

3.7?Use Adaptive Sizing 使用自適應(yīng)尺寸為No時

當(dāng)“Use?Adaptive Sizing”被設(shè)置為“No”時，可以設(shè)置“Capture Curvature”和“Capture Proximity”。當(dāng)二者被設(shè)置為“Yes”時，面板就會增加捕獲曲率和捕獲近距的網(wǎng)格控制設(shè)置相關(guān)選項。

“Growth?Rate”（生長率）：其效果與“Transition”（過渡）相似，用來控制臨近單元增長比。通常保存默認(rèn)即可。

“Capture Curvature”（捕獲曲率）：在有曲率變化的地方網(wǎng)格會自動加密，可以控制曲面處網(wǎng)格的變化，使轉(zhuǎn)角處或孔洞的曲邊的網(wǎng)格細(xì)化（對直角邊不起作用）。主要通過控制“Curvature Normal Angle”（曲率法向角度）實現(xiàn)。

“Capture Proximity”（捕獲近距）：控制狹窄區(qū)域和薄壁處網(wǎng)格?！癙roximity Gap Factor”控制狹窄處的網(wǎng)格層數(shù)，默認(rèn)為3層。

“Capture Curvature”（捕獲曲率）和 “Capture Proximity”（捕獲近距）同時開啟

Min and Max Size

Min Size：最小單元尺寸，某些尺寸可能小于該值；

Element Size：最大面單元尺寸；

Max Size：最大體單元尺寸。

Min Size <?Element Size <?Max Size

可以通過鼠標(biāo)上的三個光圈大小來直觀的看出某處網(wǎng)格的大小情況。

4.?Quality 質(zhì)量控制

完成網(wǎng)格的全局和局部設(shè)置并劃分結(jié)束后，需要對劃分的結(jié)果進(jìn)行檢查，只有保證網(wǎng)格質(zhì)量滿足分析要求，才能夠進(jìn)行后續(xù)的求解設(shè)置。

4.1?Check Mesh Quality 網(wǎng)格質(zhì)量檢查

默認(rèn)為檢查錯誤，可以設(shè)置為不檢查或檢查錯誤和警告。

4.2?Error Limits 錯誤限制

默認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)模式

4.3?Target Element Quality 目標(biāo)單元質(zhì)量

默認(rèn)為0.05mm，可自定義大小。

4.4?Smoothing 順滑

通過移動周圍節(jié)點和單元的節(jié)點位置來改進(jìn)網(wǎng)格質(zhì)量，平滑有助于獲得更均勻尺寸的網(wǎng)格。Medium用于結(jié)構(gòu)、流體與電磁計算使用默認(rèn)即可，High用于顯示動力學(xué)計算。

4.5?Mesh Metric 網(wǎng)格質(zhì)量評估

4.5.1?Element Quality 單元質(zhì)量

網(wǎng)格綜合質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)，范圍為0~1，1最佳，0最差。圖中橫坐標(biāo)由0~1，網(wǎng)格質(zhì)量由壞到好，衡量準(zhǔn)則為網(wǎng)格的邊長比，圖中縱坐標(biāo)顯示的是網(wǎng)格數(shù)量，網(wǎng)格數(shù)量與矩形條成正比；Element Quality圖表中的值越接近于1，說明網(wǎng)格質(zhì)量越好。

4.5.2?Aspect Ratio?縱橫比（長寬比）

依據(jù)單元中點計算的長寬比，最佳為1，即正方形和正三角形。1~5較好，結(jié)構(gòu)分析必須小于20，大于20將發(fā)生警告，大于1E6將發(fā)生錯誤。

4.5.3?Jacobian Ratio?雅克比比率

適應(yīng)性較廣，一般用于處理帶有中節(jié)點的單元，雅可比率可理解為單元的扭曲度。當(dāng)中節(jié)點位于單元直邊中點時為1，結(jié)構(gòu)分析必須小于40。

4.5.4?Warping Factor 翹曲度

翹曲度是指單元與其投影之間的高度差，用于檢查四邊形殼單元及三維實體單元的面的翹曲程度。0代表最好，0說明四邊形位于同一個平面上，值越大說明翹曲越厲害。

4.5.5?Parallel Deviation?平行偏差角度

平行偏差指在四邊形單元中對邊向量的點積取反三角余弦（cos）所得的角中的更大值。最佳為0°，即長方形。超過70°出現(xiàn)警告，超過150°出現(xiàn)錯誤提示。

4.5.6?Maximum Corner Angle?單元最大頂角

最大頂角指三角形或四邊形單元的內(nèi)角最大值。最佳三角形單元為60°，即正三角形，最佳四邊形單元為90°，即長方形，超過155°出現(xiàn)警告，超過179.9°出現(xiàn)錯誤提示。

4.5.7?Skewness?傾斜度

傾斜度為單元質(zhì)量檢查的基本項，傾斜度范圍在0~1，值越小表明單元質(zhì)量越好，0最佳，1最差。

4.5.8?Orthogonal Quality?正交品質(zhì)

計算從單元中心到相鄰單元中心的矢量以及從單元中心到各面或各邊的矢量。最佳為1；最差為0。

除了上述檢查指標(biāo)，還包括“Characteristic Length”（特征長度）等相關(guān)項目。在實際操作中應(yīng)結(jié)合不同的網(wǎng)格劃分情況以及網(wǎng)格應(yīng)用的物理場景進(jìn)行單元質(zhì)量的劃分與檢查，保證網(wǎng)格劃分的準(zhǔn)確性和高質(zhì)量。

5.?Inflation（膨脹控制）

當(dāng)分析項目中關(guān)注邊界位置處的結(jié)果時，尤其是對于流體分析中模擬不同邊界層之間的作用關(guān)系時，需要在邊界位置進(jìn)行網(wǎng)格的細(xì)化，保證在邊界位置生成細(xì)化的高質(zhì)量網(wǎng)格，可以采用Inflation進(jìn)行參數(shù)控制。

5.1?Use Automatic Inflation使用自動膨脹

是否自動劃分邊界層，一般按默認(rèn)設(shè)置的None。

①None（不使用自動控制膨脹層）：程序默認(rèn)選項，即不需要人工控制程序自動進(jìn)行膨脹層參數(shù)控制。

②Program Controlled（程序控制膨脹層）：人工控制生成膨脹層的方法，通過設(shè)置總厚度、第一層厚度、平滑過渡等來控制膨脹層生成的方法。

③All?Faces in Chosen Named Selection（以命名選擇所有面）：通過選取已經(jīng)被命名的面來生成膨脹層。

5.2?Inflation Option 膨脹選項

膨脹層選項對于二維分析和四面體網(wǎng)格劃分的默認(rèn)設(shè)置為平滑過渡（Smoothing Transition），除此之外膨脹層選項還有以下幾項可以選擇。

①Total Thickness（總厚度）：可用Number of Layers邊界層數(shù)的值和Growth Rate邊界增長率來控制，以獲得Maximum Thickness值控制的總厚度。不同于Smooth Transition選項的膨脹，Total Thickness選項的膨脹的第一膨脹層和下列每一層的厚度都是常量。

Growth Rate（生長速率）：相鄰兩側(cè)網(wǎng)格中內(nèi)層與外層的比例，默認(rèn)值為1.2，用戶可根據(jù)需要對其進(jìn)行更改。

②First Layer Thickness（第一層厚度）：可使用 First Layer Height 第一層高度、Maximum Layers 最大邊界層數(shù)和Growth Rate 邊界增長率來控制生成膨脹網(wǎng)格。不同于Smooth Transition 選項的膨脹，F(xiàn)irst Layer Thickness選項的第一膨脹層和下列每一層的厚度都是常量。

③Smoothing Transition（平滑過渡）：該選項為默認(rèn)選項。需要輸入Transition Ratio 邊界層過渡比， Maximum Layers 最大邊界層數(shù)，Growth Rate 邊界增長率。

④First Aspect Ratio（第一個網(wǎng)格的寬高比）：需要輸入第一層縱橫比，最大邊界層數(shù)和邊界增長率

⑤Last Aspect Ratio 最后一層縱橫比，需要輸入第一層高度，最大邊界層數(shù)和最后一層縱橫比。此方法能夠控制第一層網(wǎng)格高度不變，最后一層網(wǎng)格通過縱橫比控制。

Inflation Algorithm 膨脹運算法則

Inflation Algorithm包括Pre前處理、Post后處理兩個選項

Pre（前處理）：基于Tgrid算法，首先表面網(wǎng)格膨脹，然后生成體網(wǎng)格，可應(yīng)用掃掠和二維網(wǎng)格的劃分，但是不支持鄰近面設(shè)置不同的層數(shù)。

Post（后處理）：基于ICEM CFD算法，使用一種在四面體網(wǎng)格生成后作用的后處理技術(shù)，后處理選項只對patching conforming和patch independent四面體網(wǎng)格有效。

View Advanced Options 顯示高級選項

默認(rèn)為No，當(dāng)此選項為開（Yes）時，此時 Inflation（膨脹層）設(shè)置會增加如下圖所示的選項。

Collision Avoidance 避免碰撞，檢測相鄰區(qū)域并調(diào)整邊界層單元。

None 不檢測相鄰區(qū)域。

Layer Compression 在相鄰區(qū)域壓縮邊界層，保持相鄰區(qū)域的層數(shù)不變。

-不同面的膨脹層面擴展有可能沖突，膨脹層就要受到壓制，以給四面體層留足夠的空間

-如果層壓縮不能解決沖突，層級會由于以下描述的 stair stepping 而去除，產(chǎn)生一警告信息并且Fluent用戶特別關(guān)心的網(wǎng)格質(zhì)量會受到影響

Stair Stepping 在相鄰區(qū)域的邊界層呈階梯交錯狀，逐步地移除層，避免沖撞及尖角處產(chǎn)生質(zhì)量差的網(wǎng)格（即對沖突邊界層減少層數(shù)）。

Gap Factor 空隙，相沖撞的兩個邊界層之間的空隙，數(shù)值范圍0~2，默認(rèn)0.5。1表示空隙為一個四面體網(wǎng)格的邊界的高度。

Maximum Height over Base 邊界層允許的最大寬高比，數(shù)值范圍0.1~5，默認(rèn)1。當(dāng)邊界層的寬高比達(dá)到此值，邊界層之后的所有層停止增長。

Growth Rate Type 邊界增長率類型：默認(rèn)選項Geometic指數(shù)增長；Exponential冪函數(shù)增長；Linear線性增長。

Maximum Angle 最大轉(zhuǎn)角，數(shù)值范圍90°~180°，默認(rèn)140°。當(dāng)邊界層網(wǎng)格延伸到一個不需要劃邊界層網(wǎng)格的轉(zhuǎn)角時設(shè)置此項。

Fillet Ratio 圓角率，數(shù)值范圍0~1，默認(rèn)為1，0代表沒有圓角。

Use Post Smoothing 使用Pose平滑，默認(rèn)為Yes，用于提高網(wǎng)格質(zhì)量。

Smoothing lterations 平滑處理，數(shù)值范圍1~20，默認(rèn)為5。用于當(dāng)Use Post Smoothing選擇Yes時，設(shè)置平滑迭代步數(shù)。

6.?Advanced 高級控制

Number of CPUs for Parallel Part Meshing 用于零件網(wǎng)格劃分并行計算的CPU數(shù)量

默認(rèn)是單核計算，可以設(shè)置為0~256，根據(jù)電腦實際情況設(shè)置。一般核數(shù)越多，劃分網(wǎng)格所用時間約短。

Straight Sided Elements 直邊單元

默認(rèn)為No，改為Yes后網(wǎng)格的曲邊將變?yōu)橹边叄ú皇莿h除中節(jié)點）。對于流體單元，選項為不可設(shè)置狀態(tài)。

Rigid Body Behavior剛體行為

默認(rèn)選項為Dimensionally Reduced只生成表面網(wǎng)格。Full Mesh將生成所有網(wǎng)格。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格為灰色不可更改狀態(tài)。

Triangle Suface Mesher 三角面網(wǎng)格

有Program Controlled 和Advancing Front兩個選項可供選擇。

此項主要用于網(wǎng)格修補。默認(rèn)為程序控制，程序會根據(jù)模型表面形狀，來確定是否使用三角剖分算法或高級前沿算法。如果設(shè)置為Advancing Front，則優(yōu)先使用高級前沿算法，能為幾何體提供更光滑的過渡。如果網(wǎng)格劃分過程失敗，則自動轉(zhuǎn)換為三角剖分算法。

Topology Checking 拓?fù)錂z查

默認(rèn)設(shè)置為No（否），可調(diào)置為Yes，即使用拓?fù)錂z查。

Pinch Tolerance 收縮容差

網(wǎng)格生成時會產(chǎn)生缺陷，收縮容差定義了收縮控制，用戶自己定義網(wǎng)格收縮容差控制值，收縮只能對頂點和邊起作用，對于面和體不能收縮。以下網(wǎng)格方法支持收縮特性。

①Patch Conforming四面體。

②薄實體掃掠。

③六面體控制劃分。

④四邊形控制表面網(wǎng)格劃分。

⑤所有三角形表面劃分。

Generate Pinch on Refresh 重新刷新時產(chǎn)生收縮?

默認(rèn)為是（Yes）

7.?Statistics 網(wǎng)格信息

網(wǎng)格信息包括Nodes節(jié)點數(shù)量、Elements單元數(shù)量。

總結(jié)

網(wǎng)格劃分是有限元分析中最重要的一項工作內(nèi)容，是最能體現(xiàn)有限元分析思想的技術(shù)。網(wǎng)格劃分不僅關(guān)乎有限元分析的效率，而且其網(wǎng)格質(zhì)量的好壞直接影響結(jié)果的準(zhǔn)確性，所以網(wǎng)格劃分是有限元分析工程師最重視的一項工作同時也是工程師必備的一項技能。一般而言，網(wǎng)格細(xì)化都能夠在一定程度上提高結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和流體網(wǎng)格求解的精度，但是由于計算成本和計算機硬件性能的限制，在進(jìn)行網(wǎng)格劃分過程中需要平衡網(wǎng)格數(shù)量和計算效率及精度之間的關(guān)系。對于模型關(guān)鍵部位及關(guān)注度高的部位可以通過細(xì)化網(wǎng)格的方式來提高求解精度，但是對于模型中其他位置可以考慮采用更為粗糙的網(wǎng)格來進(jìn)行離散。網(wǎng)格劃分可以說是一門技術(shù)活，也是一門藝術(shù)活，高質(zhì)量的網(wǎng)格能夠讓人看了賞心悅目；只有在綜合考慮各項利弊因素的條件下，才能完成高效且最符合要求的網(wǎng)格劃分工作。