ANSYS Workbench结构分析网格划分的局部控制选项
在前面的一篇文章中，我们介绍了ANSYS Workbench结构分析的网格整体控制选项，文章链接为：ANSYS Workbench结构分析网格划分的总体控制选项，获得了读者朋友的广泛关注。本文将在此基础上继续向读者介绍ANSYS Workbench结构分析网格划分的局部控制选项。网格局部控制主要包括网格划分方法控制以及局部尺寸控制，也包含一些其他的局部控制，这些控制可以通过Mesh分支的鼠标右键菜单Insert来添加，如下图所示。本文将着重介绍其中在结构分析中较为常用的局部控制选项。
1.网格划分方法控制选项网格划分方法（Method）是最常用的局部控制选项，在Mesh分支的右键菜单中选择Insert>Method，可在Mesh分支下添加网格划分方法控制分支，此分支的缺省名称为“Automatic Method”，即：自动网格划分，这时Mechanical缺省采用Automatic方法划分网格，此方法试图对可扫略划分的体进行扫略（Sweep）划分，而对不能扫略的体采用四面体划分（Patch Conforming方法）。在Automatic Method网格划分方法的Details中，首先选择几何对象并在Geometry选项中单击Apply，在Method选项的下拉列表中选择网格划分方法，如下图所示。如果选择了其他网格划分方法，Method分支的名称随之改变。
Mechanical中提供了五种适合于结构分析的网格划分方法，每一种划分方法（Method）及其技术简介列于表1中。表1 实体网格划分方法及简介网格划分方法技术简介Automatic Method自动划分方法，缺省方法，首先进行Sweep划分，不能Sweep划分的采用Patch Conforming四面体划分。TetrahedronsPatch Conforming片相关四面体划分方法，该方法划分时模型表面的细节特征会影响网格TetrahedronsPatch Independent片独立四面体划分方法，该方法划分时模型表面的细节特征会被忽略Hex Dominant六面体为主的网格划分Sweep扫略网格划分，需要自动或手动指定扫略的源面和目标面MultiZone多区域划分，自动切分复杂几何为多个相对简单的部分，然后基于 ICEM CFD Hexa方法划分各部分上述各种划分方法的具体选项均比较直观，这里不再逐一讲解，仅针对Sweep划分方法作简单的说明。Sweep方法的Src/Trg Selection选项用于选择源面以及目标面，可通过下拉列表选择，如下图所示，有5种可供选择的选项，其中的Automatic Thin（自动薄壁扫略）和Manual Thin（手工薄壁扫略）用于对薄壁实体进行扫掠划分。
选择薄壁扫掠划分选项时，需指定Element Option附加选项，如下图所示，这个附加选项用于选择生成体单元（SOLID）还是实体壳单元（SOLID SHELL）。实体壳单元可以用于模拟变厚度壳体，是一种很实用的单元。
2.局部尺寸控制选项局部的尺寸控制选项包括针对几何对象的尺寸控制、接触区域的网格尺寸控制以及局部加密控制。①几何对象尺寸在Mesh分支的鼠标右键菜单中选择Insert>Sizing，在Mesh分支下添加Sizing分支。Sizing分支用于对几何对象的网格划分尺寸进行控制。在Sizing分支的Details中选择不同的几何对象类型，Sizing分支会根据所选择的对象类型自动改变名称，例如：Vertex Sizing、Edge Sizing、Face Sizing、Body Sizing。对各种Sizing控制，根据其Type选项的不同，有两种不同的设置方式。如下图所示，选择Type为Element Size时，可直接指定单元尺寸Element Size。Behavior选项选择Hard将比Soft采用更加严格的尺寸控制。
如下图所示，选择Type为Sphere of Influence（影响球），通过定义影响球的球心（指定坐标系，其原点作为球心）及其半径，再指定影响球内的Element Size，这时尺寸控制仅作用于影响球的半径范围内。
利用影响球可以仅在关注的区域内细分单元，而不用在全域上细分，如下图所示。
②接触区域网格尺寸ContactSizing在Mesh分支的鼠标右键菜单中选择Insert> Contact Sizing，或拖拉一个Contact Region分支到Mesh分支上，都将在Mesh分支下形成一个Contact Sizing分支，此分支用于在接触区域两侧表面形成相对一致尺寸的单元。ContactSizing可以通过ElementSize方式或Relevance方式控制接触区域的网格尺寸。选择Element Size方式时需要指定一个具体的单元尺寸数值，而选择Relevance方式时则通过指定Relevance值设置一个接触区域的相对单元尺寸, Relevance数值在-100到100之间变化，越接近-100网格越粗，反之越接近100则网格越细。③Refinement在Mesh分支的右键菜单中选择Insert>Refinement，在Mesh分支添加Refinement分支，可以用于网格加密设置。Refinement 的Details如下图所示，Scope部分的Geometry选项用于选择需要加密的局部几何对象，Definition部分的Refinement选项用于指定最大加密次数，可选择1到3之间。
3.其他的局部控制选项通过Mesh分支的鼠标右键菜单，还可以添加其他的局部控制选项，下面对这些控制选项作简单的介绍。①Face Meshing Control选择Mesh分支的右键菜单Insert>FaceMeshing，可以在Mesh分支下加入Face Meshing分支，此分支用于生成面上的映射网格，改善表面网格的质量。Face Meshing支持的网格划分方法包括3D的Sweep、Patch ConformingTetrahedron、Hex Dominant、MultiZone以及2D的QuadrilateralDominant、Triangles和MultiZone Quad/Tri。下图为表面映射网格和自由网格的对比，显然，添加了FaceMeshing Control的网格质量更好。
②Match ControlMatchControl选项用于匹配两个或多个面上的网格，支持使用MatchControl的网格划分方法包括3D的Sweep、PatchConforming、MultiZone以及2D的QuadDominant和AllTriangles。使用MatchControl时，选择Mesh分支，在其右键菜单中选择Insert>Match Control，在Mesh分支下添加一个MatchControl分支，然后在其Details中进行相关选项设置。根据Details中Transformation选项的不同，有cyclic和arbitrary两种类型的匹配控制选项。a.cyclic类型的选项设置对于ScopingMethod为GeometrySelection需指定High和Low的几何对象，对于ScopingMethod为NamedSelection需指定HighBoundary和LowBoundary。Transformation选项选择为Cyclic，在Axisof Rotation选择一个坐标系，其z轴与几何旋转轴一致。b.arbitrary类型的选项设置对于ScopingMethod为GeometrySelection需指定High和Low的几何对象，对于ScopingMethod为NamedSelection需指定HighBoundary和LowBoundary。Transformation选项选择为Arbitrary，High Coordinate System和Low Coordinate System分别选择对应于High和Low边界的局部坐标系。③Pinch Control除总体控制中的自动pinch控制外，还可通过Mesh分支的鼠标右键菜单中Insert>Pinch添加Pinch分支，进行局部pinch控制，其Details如下图所示。在Pinch分支的Details需要定义Master Geometry（保留的几何）和Slave Geometry（被简化的特征），被选择的Master Geometry和Slave Geometry分别显示为红色和蓝色，如果需要可改变Tolerance（缺省值为总体的Pinch Tolerance）。