ANSYS网格存在大偏度的问题

Question

模型内部总有一百来个大偏度网格，不知道怎么优化网格质量，可以提点一下嘛

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

在ANSYS网格处理中，解决大偏度过大的问题通常涉及以下几个步骤：

1. 检查网格类型：首先，我们需要确定当前网格的类型。根据提供的网格图，我们看到网格采用了 mesh 结构，并且包含多种类型，包括 EAGLE 和 TETAL 等常用结构，以及具有不同形状和大小的单元，如块（cell）、棱柱体（mesh）等。

2. 理解网格属性：了解每个网格单元的大小和单元方向（例如，长度、宽度、高度），这些参数对网格中的运动和稳定性有重要影响。通过网格单位指标（如单元尺寸、强度指标、内聚度等）我们可以得知网格的整体质量和性能。

3. 分析网格应力分布：计算各网格单元受力后的实际应力分布。这是因为网格上的微小变形会导致数值方法中的非线性常数设置不当，从而导致非局部最优解，进而影响整个网格的精度和稳定性。这通常涉及到建立多维度应力分量矩阵（如剪切应力分量矩阵），并应用最小二乘法进行归一化处理。

4. 空间域与单元向量一致性检查：确保网格内的所有单元均位于同一三维空间坐标系，即空间域内。若不满足这一条件，网格可能会产生较大的投影误差，从而影响实际网格的质量和稳定性。为此，可以在数值求解过程中引入一个空间域检查函数，用于判断单元是否在正确的空间域内，具体实现方式为：

   def is_cell_in_space(x, y, z):
       return np.allclose(np.sum(x - cell.x), 0) and np.allclose(np.sum(y - cell.y), 0) and np.allclose(np.sum(z - cell.z), 0)
   

   对于高维网格，我们可能还需要考虑更多的三维坐标值检查，比如全局空间域或格网边界点的空间位置。

5. 尺度调整与优化：对于大偏度过高的网格，可以采取以下尺度调整策略：

   a. 消除重叠网格：针对每个单元，在适当的位置插入一个新的单元以覆盖过重叠区域，减小应力分布引起的偏差。

   b. 扁平化处理：对于一些特殊形状或体积单元，如圆柱体或球体，可以通过网格扁平化技术（如Galerkin缩放）将其缩小到较小的空间范围，降低加载能力和几何误差，提高整体网格质量。

   c. 轴向拉伸/压缩：针对主方向上的应力分布不平衡，可以对多个方位进行弹性应力平滑处理，以使整个网格沿着某个特定方向保持其理想响应行为。

   d. 修正元素排列：如果网格某些部分采用了规则的单元排列方式（如单一颜色表示块、单点实体表示单元等），则可能导致大偏度过高。在这种情况下，可以考虑重新设计元素排列，采用更合理、更加稳定的设计模式。

6. 错误检查与修复：在进行上述调整后，还需进行网格完整性检查，例如检查是否有缺失单元、未定义单元属性等问题。同时，也可以尝试进行网格校核，以确认新的数据和调整结果符合预期的行为。

7. 软件工具集成：如果以上措施无法达到理想效果，可以将一些常见的优化工具和算法（如有限元分析插件、网格优化算法库、平衡算法等）集成到您的ANSYS实例中，进一步细化网格处理流程，实现更为有效的约束优化和优化目标。

总之，要优化大偏度过高的ANSYS网格，需要结合实际情况，灵活运用各种优化手段，从模型设定、数据整合、准静态平衡调优等多个层面进行深度探讨和解决。此外，使用合适的ANSYS模块和工具，并参考已有的参考资料和示例代码，有助于更快地找到合适的方法和技巧。确保在执行任何操作之前充分理解和准备合适的数值和物理模型，以及应对可能出现的各种异常情况和意外变化。