Ansys Meshing
功能
应用
案例
Ansys Meshing 是 Ansys Workbench 中的应用软件,能够根据不同的仿真对象和仿真域,提供相应的网格生成解决方案, 将 Ansys 拥有的网格技术集成在统一的设计环境中,自动生成用于流体、结构、电磁场仿真的网格。
网格生成方面
多种网格类型:Ansys Meshing 确实支持生成四面体网格、六面体网格、棱柱体网格等多种类型,在实际应用中,如对复杂形状的机械零件进行结构分析时,四面体网格可很好地贴合其不规则外形;对于一些规则的流体管道,六面体网格则能更准确地模拟流体流动 。
多种生成方法:Patch Conforming 方法在处理大多数常规几何模型时,能自动生成质量较高的四面体网格,是较为常用的方法之一 。而 Patch Independent 方法对于具有大量小特征的复杂模型,通过抑制小特征来实现快速网格划分,在处理如具有精细纹理的电子产品外壳模型时较为实用 。
网格控制与优化方面
全局尺寸控制:软件可以基于几何特征尺度自动计算全局网格尺寸,同时用户可通过尺寸函数,如基于曲率、临近特征等因素实现自适应的网格加密,在对汽车发动机缸体进行网格划分时,可通过这种方式确保关键部位如活塞与缸壁接触处的网格足够精细,以准确模拟其工作时的受力和热传递情况 。
局部尺寸控制:能够对特定的几何区域进行局部的网格尺寸设置,比如在对飞机机翼进行网格划分时,可对机翼前缘和后缘等关键部位进行局部加密,提高模拟的准确性 。
模型处理与设置方面
多部件网格划分:对于由多个部件构成的复杂模型,如大型机械装备中的多个连接部件,Ansys Meshing 能自动为重叠面建立 “Contact Region” 并独立划分网格,也可在 SpaceClaim 中实现实体共享拓扑,形成共同节点网格,确保各部件之间的连接和相互作用在仿真中得到准确体现 。
编组与命名选择:用户可以将几何或者单元进行编组,方便对特定的几何或网格特征进行选择和操作,例如在对建筑结构中的梁、柱等不同构件进行分析时,可通过编组快速选择并设置不同的材料属性和边界条件 。
与其他软件集成方面
求解器集成:Ansys Meshing 能匹配不同求解器对网格的输入要求,无论是 CFD 求解器中的 Fluent、CFX,还是 Mechanical 求解器中的 Explicit Dynamics、Implicit 等,都能确保生成的网格可直接用于相应的仿真分析,在多物理场耦合仿真中发挥着重要作用,如对流体 - 结构相互作用问题的模拟 。
CAD 软件集成:与常见的 CAD 软件具有良好的兼容性,可直接导入 STEP、IGES 等格式的 CAD 模型进行网格划分,在产品设计和仿真一体化流程中,设计师可在完成 CAD 设计后,无缝切换到 Ansys Meshing 进行网格划分和仿真分析,提高工作效率 。
辅助分析功能方面
网格质量检查:可以按照网格质量渲染模型,突出显示模型中网格质量差的区域,还能生成网格质量柱状图,展示网格在不同质量范围的数量分布,帮助用户直观了解网格质量状况,以便及时发现并修复可能影响仿真结果的网格问题,如在对电子芯片进行热分析时,通过网格质量检查可确保芯片内部的网格质量,提高热仿真的准确性 。
网格剖面显示:可显示模型的网格剖面,展示两侧的单元,能在切割面上显示完整或切割的单元,并且可以进行拖拽,也可创建多个切割面,便于用户观察模型内部的网格情况,在对复杂的地质结构模型进行分析时,通过网格剖面显示可更好地了解不同地层之间的网格分布和连接情况 。
参数化与自动化方面
参数化输入设置:支持参数化输入,方便后期修改模型的几何参数、网格参数等,实现快速更改仿真模型设置,在对不同设计方案下的产品性能进行研究和优化时,可通过修改参数快速生成新的网格模型并进行仿真分析,提高设计效率 。
自动化处理:高度自动化,自动记录设置过程,最小化用户输入,在处理大规模复杂模型的网格划分时,能显著节省时间和精力,如对大型桥梁结构进行网格划分时,可快速自动生成高质量的网格 。
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航空航天领域
飞行器气动分析:对飞机、卫星等飞行器的外流场进行模拟分析,如计算飞行器在不同飞行姿态和速度下的空气动力特性、升力和阻力系数等,帮助优化飞行器的外形设计,提高飞行性能和燃油效率 。
发动机设计与分析:用于航空发动机内部的流场模拟,如燃烧室、涡轮等部件内的燃烧、传热和流体流动分析,确保发动机的性能和可靠性,同时也有助于减轻发动机重量和提高燃油经济性。
汽车工业领域
整车空气动力学分析:模拟汽车在行驶过程中的外流场,研究车身周围的气流分布、压力变化和空气阻力等,从而优化车身外形设计,降低风阻,提高燃油经济性和行驶稳定性 。
发动机舱热管理:对发动机舱内的热流和气流进行分析,合理布置散热器、空调冷凝器等部件,确保发动机在不同工况下都能得到良好的散热,防止过热,提高汽车的可靠性和耐久性。
零部件强度与疲劳分析:对汽车的关键零部件,如发动机曲轴、连杆、变速器齿轮等进行结构强度和疲劳分析,通过精确的网格划分,模拟零部件在实际工作条件下的受力情况,预测其使用寿命,优化设计方案,提高零部件的可靠性和安全性。
能源领域
燃气轮机设计与优化:对燃气轮机的燃烧室、叶片等部件进行流场和温度场模拟,优化燃烧过程,提高燃烧效率,降低污染物排放,同时确保叶片等部件在高温高压环境下的可靠性和耐久性。
太阳能光伏系统分析:用于太阳能电池板的热分析和结构分析,研究电池板在不同光照和温度条件下的性能变化,以及在风载、雪载等外力作用下的结构稳定性,优化电池板的安装方式和支撑结构,提高太阳能光伏系统的发电效率和可靠性。
风力发电机叶片分析:对风力发电机的叶片进行结构强度和气动弹性分析,模拟叶片在强风作用下的受力和变形情况,优化叶片的外形和结构设计,提高叶片的抗疲劳性能和发电效率,延长叶片的使用寿命。
电子电器领域
芯片散热分析:对集成电路芯片进行热分析,精确模拟芯片内部的热传导和热分布,优化芯片的封装结构和散热方案,确保芯片在高功率运行时的温度不超过安全极限,提高芯片的性能和可靠性。
电子设备电磁兼容性分析:用于电子设备的电磁辐射和电磁干扰分析,通过对设备内部的电磁场分布进行模拟,优化电路布局和屏蔽设计,降低电磁干扰,提高设备的电磁兼容性,确保设备在复杂的电磁环境中正常工作。
生物医学领域
人体生物流体模拟:对人体内部的血液流动、呼吸气流等生物流体进行模拟分析,研究心血管疾病、呼吸道疾病等的发病机制,为疾病的诊断和治疗提供理论依据,同时也可用于医疗器械的设计和优化,如血管支架、人工心脏瓣膜等。
骨骼与关节力学分析:对人体骨骼和关节进行力学分析,模拟骨骼在不同运动状态下的受力情况,研究骨折、骨质疏松等疾病的发生机制,为骨科手术和康复治疗提供指导,也有助于开发新型的骨科植入物和医疗器械。
化工与过程工业领域
化学反应器设计与优化:对化学反应器内的流体流动、传热和化学反应进行模拟,优化反应器的结构和操作参数,提高反应效率和产品质量,同时降低能耗和环境污染 。
管道系统设计与分析:对化工管道系统中的流体流动进行模拟,分析管道内的压力损失、流量分配和流体的混合情况,优化管道的布局和尺寸,确保管道系统的安全稳定运行,防止泄漏和堵塞等事故的发生。
建筑与土木工程领域
建筑风工程分析:对高层建筑、大跨度桥梁等建筑物在风荷载作用下的响应进行模拟分析,研究建筑物表面的风压分布、风振响应等,优化建筑的外形和结构设计,提高建筑物的抗风性能和安全性。
结构强度与稳定性分析:对建筑结构和桥梁结构进行强度和稳定性分析,模拟结构在自重、风荷载、地震荷载等作用下的受力情况,评估结构的可靠性和安全性,为结构的设计和施工提供科学依据。
应用CFD于V型阀流体特性仿真实例
测试流体及测试程序
标准阀内流体的测试程序如下:
A. 测试流体为不可压缩流体(水)。
B. 测试系统须符合标准测试区间。
C. 管道中流速不会高于13.7 m/s (45 ft/s)。
D. 阀门全开下(Travel 100%)测试,同时可画分每10%下之开度量测其流量。
E. 阀之开度、上游压力、压力差、进口温度、测试流体以及相关之物理性质应于测试中被记录。
Cv值计算:
·流体系数(Cv)=【Q×Gf】/【N1×FP ×△P0.5】
·Generalized(Cv)=Q/【△P/SG】0.5
·流体公式Cv = Qa ×(sg/△P)0.5
·气体公式Cv = Q/1360 ×(sg×T/ △P)0.5 × 【2/(P1 +P2)】0.5
·Qa –Actual flow; △P-pressure drop P1-P2 ;T –Absolute flowing temperature( ℉ +460)