3.2 网格划分实例

以上简单介绍了ANSYS Workbench Meshing平台进行网格划分的基本方法及一些常用的网格质量评估工具，下面通过几个实例简单介绍一下ANSYS Workbench Meshing平台进行网格划分的操作步骤及常见的网格格式的导入方法。

3.2.1 实例1——网格尺寸控制

如图3-44所示为某模型（含流体模型），本实例主要讲解网格尺寸和质量的全局控制和局部控制，包括高级尺寸功能中的Curvature、Proximity及Inflation的使用。下面对其进行网格划分。

① 在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→“ANSYS 2020 R1”→“Workbench 2020 R1”命令，启动ANSYS Workbench 2020，进入主界面。

② 双击主界面“Toolbox”（工具箱）中的“Component Systems”→“Mesh”（网格）命令，即可在“Project Schematic”（工程项目管理窗格）中创建分析项目A，如图3-45所示。

③ 右击项目A中A2栏的“Geometry”，在弹出的快捷菜单中选择“Import Geometry”→“Browse”命令，如图3-46所示。

④ 如图3-47所示，在弹出的“打开”对话框中进行以下设置。

选择“PIPE_Model.agdb”文件，然后单击“打开”按钮。

⑤ 双击项目A中A2栏的“Geometry”，此时会弹出DesignModeler平台界面，几何模型显示如图3-48所示。

⑥ 填充操作。在菜单栏中选择“Tools”→“Fill”命令，在出现的“Details View”面板中进行如图3-49所示的设置。

在“Faces”栏中确保模型的两个内表面被选中。

单击常用命令栏中的按钮，生成实体。

⑦ 实体命名。右击“Tree Outline”（模型树）中的命令，在弹出的快捷菜单中选择“Rename”命令，如图3-50所示，在命名区域中输入名称为“PIPE”。

⑧ 使用同样的操作将另一个实体命名为“water”，命名结果如图3-51所示。

⑨ 单击DesignModeler平台界面右上角的按钮，关闭DesignModeler平台。

⑩ 回到Workbench 2020主界面，右击A3栏的“Mesh”，在弹出的快捷菜单中选择“Edit”命令，如图3-52所示。

⑪ 网格划分平台被加载，如图3-53所示。

⑫ 选择“Outline”中的“Project”→“Model（A3）”→“Geometry”→“PIPE”命令，在如图3-54所示的“Details of‘PIPE’”面板中进行以下设置。

在“Material”→“Fluid/Solid”栏中将默认的“Defined By Geometry（Solid）”修改为“Solid”。

⑬ 使用同样的操作，将“water”的“Material”→“Fluid/Solid”栏默认的“Defined By Geometry（Solid）”修改为“Fluid”，如图3-55所示。

⑭ 右击“Outline”中的“Project”→“Mesh”命令，在弹出的快捷菜单中选择“Insert”→“Method”命令，此时在“Mesh”下面会出现“Automatic Method”命令，如图3-56所示。

⑮ 在如图3-57所示的“Details of‘Automatic Method’”面板中进行以下设置。

在绘图窗格中选择“PIPE”实体，然后单击“Geometry”栏中的“Apply”按钮，此时在“Geometry”栏中会显示“1 Body”，表示一个实体被选中。

在“Definition”→“Method”栏中选择“Tetrahedrons”（四面体网格划分）选项。

在“Algorithm”栏中选择“Patch Conforming”选项。

⑯ 右击“Outline”中的“Project”→“Mesh”命令，在弹出的快捷菜单中选择“Insert”→“Inflation”命令，此时在“Mesh”下面会出现“Inflation”命令，如图3-58所示。

⑰ 右击“Project”→“Model（A3）”→“Geometry”→“PIPE”命令，在弹出的快捷菜单中选择“Hide Body”命令，如图3-59所示，或者按F9键，隐藏“PIPE”几何实体。

⑱ 选择“Outline”中的命令，如图3-60所示，在下面出现的“Details of‘Inflation’-Inflation”面板中进行以下设置。

选择“water”几何实体，然后在“Scope”→“Geometry”栏中单击“Apply”按钮。

选择两个圆柱体的外表面，然后在“Definition”→“Boundary”栏中单击“Apply”按钮。

其余选项保持默认设置即可，完成“Inflation”（膨胀层）的设置。

⑲ 右击“Project”→“Model（A3）”→“Mesh”命令，在弹出的快捷菜单中选择“Generate Mesh”命令，如图3-61所示。

⑳ 此时会弹出如图3-62所示的网格划分进度栏，进度栏中会显示出网格划分的进度条。

㉑ 完成网格划分，网格模型如图3-63所示。

㉒ 如图3-64所示，在“Details of‘Mesh’”面板的“Statistics”选项组中可以看到节点数、单元数及扭曲程度等网格统计数据。

㉓ 如图3-65所示，将“Physics Preference”（物理参照）改为“CFD”，其余选项的设置保持不变，重新划分网格。

㉔ 划分完成的网格及网格统计数据如图3-66所示。

㉕ 如图3-67所示，在绘图窗格中单击Z坐标，使几何体正对用户，单击工具栏中的按钮，单击几何模型上端并向下拉出一条直线，然后单击几何模型下端确定创建截面。

㉖ 如图3-68所示，旋转几何网格模型时可以看到截面网格。

㉗ 如图3-69所示，单击右下角“Section Plane”面板中的按钮，此时可以显示截面的完整网格。

㉘ 单击网格划分平台上的“关闭”按钮，关闭网格划分平台。

㉙ 回到Workbench 2020平台，单击工具栏中的按钮，在弹出的“另存为”对话框中输入“文件名”为“PIPE_Model.wbpj”，单击“保存”按钮，如图3-70所示。

3.2.2 实例2——扫掠网格划分

如图3-71所示为某钢管模型，本实例主要讲解通过扫掠网格的映射面进行网格划分。下面对其进行网格划分。

① 启动ANSYS Workbench 2020，进入主界面。

② 双击主界面“Toolbox”（工具箱）中的“Component Systems”→“Mesh”（网格）命令，即可在“Project Schematic”（工程项目管理窗格）中创建分析项目A，如图3-72所示。

③ 右击项目A中A2栏的“Geometry”，在弹出的快捷菜单中选择“Import Geometry”→“Browse”命令，如图3-73所示。

④ 如图3-74所示，在弹出的“打开”对话框中进行以下设置。

选择“PIPE_SWEEP.STEP”文件，然后单击“打开”按钮。

⑤ 双击项目A中A2栏的“Geometry”，此时会弹出如图3-75所示的DesignModeler平台界面。

⑥ 单击常用命令栏的按钮，此时将生成如图3-76所示的几何模型。

⑦ 单击DesignModeler平台界面右上角的按钮，关闭DesignModeler平台。

⑧ 回到Workbench 2020主界面，右击A3栏的“Mesh”，在弹出的快捷菜单中选择“Edit”命令，如图3-77所示。

⑨ 网格划分平台被加载，如图3-78所示。

⑩ 右击“Outline”中的“Project”→“Mesh”命令，在弹出的快捷菜单中选择“I n s e r t”→“Method”命令，如图3-79所示，此时在“Mesh”下面会出现“Automatic Method”命令。

⑪ 在如图3-80所示的“Details of‘Automatic method’”面板中进行以下设置。

在绘图窗格中选择“PIPE_SWEEP”实体，然后单击“Geometry”栏中的“Apply”按钮，此时在“Geometry”栏中会显示“1 Body”，表示一个实体被选中。

在“Definition”→“Method”栏中选择“Sweep”（扫掠）选项。

在“Src/Trg Selection”栏中选择“Manual Source”选项。

在“Source”栏中确保一个端面被选中，单击“Apply”按钮。

⑫ 右击“Project”→“Model（A3）”→“Mesh”命令，在弹出的快捷菜单中选择“Generate Mesh”命令，如图3-81所示。

⑬ 此时会弹出如图3-82所示的网格划分进度栏，进度栏中会显示出网格划分的进度条。

⑭ 完成网格划分，网格模型如图3-83所示。

⑮ 如图3-84所示，在“Details of‘Mesh’”面板的“Statistics”中可以看到节点数、单元数及扭曲程度。

⑯ 如图3-85所示，将“Physics Preference”（物理参照）改为“CFD”，其余选项的设置保持不变，重新划分网格。

⑰ 划分完成的网格及网格统计数据如图3-86所示。

⑱ 单击网格划分平台上的“关闭”按钮，关闭网格划分平台。

⑲ 回到Workbench 2020平台，单击工具栏中的按钮，在弹出的“另存为”对话框中输入“文件名”为“PIPE_SWEEP.wbpj”，单击“保存”按钮。

3.2.3 实例3——多区域网格划分

如图3-87所示为某三通管道模型，本实例主要讲解多区域方法的基本使用，对具有膨胀层的简单几何体生成六面体网格。在生成网格时，多区扫掠网格划分器会自动选择源面。下面对其进行网格划分。

① 启动ANSYS Workbench 2020，进入主界面。

② 双击主界面“Toolbox”（工具箱）中的“Component Systems”→“Mesh”（网格）命令，即可在“Project Schematic”（工程项目管理窗格）中创建分析项目A，如图3-88所示。

③ 右击项目A中A2栏的“Geometry”，在弹出的快捷菜单中依次选择“Import Geometry”→“Browse”命令，如图3-89所示。

④ 如图3-90所示，在弹出的“打开”对话框中进行以下设置。

选择“MULTIZONE.STEP”文件，然后单击“打开”按钮。

⑤ 双击项目A中A2栏的“Geometry”，此时会弹出DesignModeler平台界面，单击常用命令栏的按钮，生成几何模型，如图3-91所示。

⑥ 单击DesignModeler平台界面右上角的按钮，关闭DesignModeler平台。

⑦ 回到Workbench 2020主界面，右击A3栏的“Mesh”，在弹出的快捷菜单中选择“Edit”命令，如图3-92所示。

⑧ 网格划分平台被加载，如图3-93所示。

⑨ 右击“Outline”中的“Project”→“Mesh”命令，在弹出的快捷菜单中依次选择“Insert”→“Method”命令，如图3-94所示，此时在“Mesh”下面会出现“Automatic Method”命令。

⑩ 如图3-95所示，在“Details of‘Automatic method’”面板中进行以下设置。

在绘图窗格中选择“Solid”实体，然后单击“Geometry”栏中的“Apply”按钮，此时在“Geometry”栏中会显示“1 Body”，表示一个实体被选中。

在“Definition”→“Method”栏中选择“MultiZone”（多区域）选项。

其余选项保持默认设置即可。

⑪ 右击“Project”→“Model（A3）”→“Mesh”命令，在弹出的快捷菜单中选择“Generate Mesh”命令，如图3-96所示。

⑫ 完成网格划分，网格模型如图3-97所示。

⑬ 如图3-98所示，将“Physics Preference”（物理参照）改为“CFD”，设置“Element Size”值为“1.e-003m”，“Max Size”值为“2.e-003m”，其余选项保持默认设置，重新划分网格。

⑭ 完成网格划分，CFD的网格模型如图3-99所示。

⑮ 右击“Outline”中的“Project”→“Mesh”命令，在弹出的快捷菜单中选择“Insert”→“Inflation”命令，此时在“Mesh”下面会出现“Inflation”命令，如图3-100所示。

⑯ 如图3-101所示，选择“Outline”中的命令，在下面出现的“Details of‘Inflation’-Inflation”面板中进行以下设置。

选择“Solid”几何实体，然后选择“Scope”→“Geometry”选项，单击“Apply”按钮。

选择圆柱和长方体的外表面，然后在“Definition”→“Boundary”栏中单击“Apply”按钮。

其余选项保持默认设置即可，完成“Inflation”（膨胀层）的设置。

⑰ 右击“Project”→“Model（A3）”→“Mesh”命令，在弹出的快捷菜单中选择“Generate Mesh”命令，如图3-102所示。

⑱ 完成膨胀层网格划分，如图3-103所示。

⑲ 单击网格划分平台上的“关闭”按钮，关闭网格划分平台。

⑳ 回到Workbench 2020平台，单击工具栏中的按钮，在弹出的“另存为”对话框中输入“文件名”为“MULTIZONE.wbpj”，单击“保存”按钮。

3.2.4 实例4——CDB网格导入

ANSYS是功能强大的多物理场分析软件，在各个分析领域都有非常出色的表现，在网格划分方面也做得比较出色，下面针对ANSYS划分完的网格导入Workbench平台的过程进行简单介绍。

① 在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→“ANSYS 2020 R1”→“Mechanical APDL”命令，启动ANSYS APDL，进入主界面。

② 依次选择“File”→“Import”→“PARA”命令，如图3-104所示。

③ 在弹出的对话框中选择“CDB2FEM.x_t”文件，单击“OK”按钮，导入几何体文件，如图3-105所示。此时几何模型将显示在绘图窗格中，如图3-106所示。

④ 依次选择“Main Menu”→“Preprocessor”→“Add/Edit/Delete”命令，在弹出的“Element Types”对话框中单击“Add”按钮，在弹出的“Library of Element Types”对话框中选择“Solid”和“20node 186”选项，如图3-107所示，单击“OK”按钮，单击“Close”按钮。

⑤ 依次选择“Main Menu”→“Preprocessor”→“Meshing”→“MeshTool”命令，在弹出的对话框中选择“Size Controls”→“Lines”→“Set”选项，在弹出的对话框中单击“Pick All”按钮，此时会弹出如图3-108所示的对话框。在“NDIV No.of element divisions”文本框中输入“20”，将网格划分为20份，单击“OK”按钮。

⑥ 依次选择“Main Menu”→“Preprocessor”→“Meshing”→“MeshTool”命令，在弹出的对话框中选择“Mesh”选项，在弹出的对话框中单击“Pick All”按钮，完成网格划分，网格模型如图3-109所示。

⑦ 依次选择“Main Menu”→“Preprocessor”→“Archive Model”→“Write”命令，在弹出的对话框中单击“Archive file”中的按钮，在弹出的对话框中输入“文件名”为“CDB2FEM.cdb”，单击“保存”按钮，单击“OK”按钮，完成几何体及网格文件的保存，如图3-110所示。

⑧ 关闭ANSYS APDL。

⑨ 启动ANSYS Workbench 2020平台。

⑩ 依次选择“Toolbox”→“Component Systems”→“External Model”命令，并将其直接拖曳到“Project Schematic”（工程项目管理窗格）中，如图3-111所示。

⑪ 右击A2栏的“Setup”，在弹出的快捷菜单中选择“Edit”命令，在弹出的“Open File（s）”对话框中打开文件，如图3-112所示，在该对话框中进行以下设置。

选择“CDB2FEM.cdb”文件并单击“打开”按钮。

⑫ 右击A2栏的“Setup”，在弹出的快捷菜单中选择“Update”命令。选择“Toolbox”→“Mechanical Model”命令，并将其直接拖曳到“Project Schematic”（工程项目管理窗格）中，再将A2拖曳至B4中，如图3-113所示。

⑬ 双击B3栏的“Model”，进入Model界面，显示如图3-114所示的几何模型。

⑭ 依次选择“Outline”中的“Model（B3）”→“Mesh”命令，会显示如图3-115所示的网格模型。

⑮ 关闭External Model平台，这里不对External Model有限元处理平台进行过多介绍，请读者参考帮助文档进行学习。

⑯ 回到Workbench 2020界面，项目管理结果如图3-116所示。

⑰ 保存文件，设置“文件名”为“CDB2FEM.wbpj”，关闭Workbench 2020平台。

通过以上的操作步骤，读者应该对网格导入的方法有了一个比较详细的了解，尽管实例比较简单，但大同小异，操作步骤相同。

接下来通过一个简单的实例介绍一下，由Nastran软件建立的有限元模型导入Workbench的方法。

3.2.5 实例5——BDF网格导入

① 启动ANSYS Workbench 2020平台。

② 依次选择“Toolbox”→“Component Systems”→“External Model”命令，并将其直接拖曳到“Project Schematic”（工程项目管理窗格）中，如图3-117所示。

③ 右击A2栏的“Setup”，在弹出的快捷菜单中选择“Edit”命令；在弹出的“Open File（s）”对话框中打开文件，如图3-118所示，在该对话框中进行以下设置。

选择“mesh_gearbox.bdf”文件并单击“打开”按钮。

④ 右击A2栏的“Setup”，在弹出的快捷菜单中选择“Update”命令。依次选择“Toolbox”→“Mechanical Model”命令，并将其直接拖曳到“Project Schematic”（工程项目管理窗格）中，再将A2拖曳至B4中，如图3-119所示。

⑤ 双击B3栏的“Model”，进入Model界面，显示如图3-120所示的几何模型。

⑥ 依次选择“Outline”→“Model（B3）”→“Mesh”命令，会显示如图3-121所示的网格模型。

⑦ 关闭External Model平台。

⑧ 回到Workbench界面，项目管理结果如图3-122所示。

⑨ 保存文件，设置“文件名”为“Import_bdf.wbpj”，如图3-123所示，关闭Workbench平台。

Finite Element Modeler是一个功能强大的网格处理平台，可以导入的外部网格数据种类很多。Finite Element Modeler支持的网格数据类型如图3-124所示。Finite Element Modeler还可以将网格数据导出到ANSYS、Nastran、ABAQUS等软件中直接读取，这里不详细介绍。