ICEM网格划分原理
ICEM网格划分原理
1网格离散原理
2ICEM优点
3ICEM划分思想
4ICEM划分界面介绍
5ICEM实际操作
刘明洋
2013年10月
2014/10/2
网格离散原理
无论是CSD（计算结构力学）、CTD（计算热力学）还是CFD（计算流体动力学）——我们统一称之为工程物理数值计算技术。
支撑这个体系的4大要素就是：材料本构、网格、边界和荷载（荷载问题可以理解为数学物理方程的初值问题）。
网格是一门复杂的边缘学科，是几何拓补学和力学的杂交问题，也是支撑数值计算的前提保证。
网格出现的思想源于离散化求解思想，离散化把连续求解域离散为若干有限的子区域，分别求解各个子区域的物理变量，各个子区域相邻连续与协调，从而达到整个变量场的协调与连续。
离散网格仅仅是物理量的一个“表征符号”，网格是有形的，但被离散对象既可以是有形的（各类固体），也可以是无形的（热传导、气体），最关键的核心在于网格背后隐藏的数学物理列式。
网格基本要素是由最基本的节点（node）、单元线（edge）、单元面（face）、单元体（body）构成，实质上，线、面、体只不过是为了让网格看起来更加直观，在分析求解过程中，线、面、体本质上并没有起多大的作用，数值离散的落脚点在节点（node）上，所有的物理变量均转化为节点变量实现连续和传递。
在所有的CAE环境下，网格的基本要素均可以直接构成，但对于复杂问题而言，这是一个在操作上很难实现的事情，因此，基于几何要素的网格划分技术成为现代网格剖分应用的支点，和网格基本要素完全相同，对应的几何要素分别称之为点（point）、线（curve）、面（surface）和实体（solid）。
数值离散求解器是不能识别几何元素的，要对其添加“饲料”，工程师必须对几何元素进行“精加工”，因此，从这个意义上来说，网格剖分的本质就是把几何要素转换为若干离散的元素组，这些元素组堆砌成形态上近似逼近原有几何域的简单网格集合体。
因此，这里说明了一个网格“加工”质量的基本判别标准和几何元素的拟合逼近程度，理论上，越逼近几何元素的网格质量越好，当然，几何逼近只是一个基本的判别标准，网格质量判别有一系列复杂的标准。
二维网格包含两类：其一是三角形网格；其二是四边形网格，当然，两种网格也可以混合使用。
三角形网格为一般用于线性二维单元（线性单元只有一个积分点，当然也有3积分点、4积分点的高次三角形单元），因此，精度一般相对较差，同时，单元数量和节点数量均较高，造成计算负荷加大，但其几何逼近的适应性很好，因此对由复杂二维曲面构成的三维问题，有一定的适应性。
四边形网格是矩形、梯形、斜梯形等四边形网格的总称，四边形网格单元容易增加单元积分点分布（4积分点、8积分点、9积分点、16积分点等），因此，对应单元的精度往往较高。
理论上，任意复杂的曲面几何域均可以采用完全四边形网格构成。但对于很多复杂工程问题，往往存在一些几何尺度变化较剧烈的区域（俗称极短边界、破碎面、破碎线），这些区域如果纯粹用四边形网格填充，会大幅度增加网格数量，且形状逼近也不好。
因此，可以采用混合三角形——四边形网格的剖分策略，这是一种兼顾网格形状、计算效率和精度的网格组合方式，主要以四边形单元为主，局部填充数量极少的三角形网格。
可以基于已有的经验，选择合理的网格尺寸Δx，Δy，Δz（瞬态问题选择合理的时间步长Δt），开始求解流动问题。计算结果可能看起来相对不错，，但我们假设在每个方向上将网格尺寸减半，即网格尺寸为Δx/2，Δy/2，Δz/2，网格节点增加8倍后再次计算。
如果计算结果与最初的网格下得到的结果没有显著地改变，那么我们可以确定离散误差处于可接受水平上。如果输运变量的值域第二次计算结果差距很大，那么数值解就是网格节点数量的函数，在所有市级算例中，网格需要通过增加节点数目得到细化，直至数值解没有明显变化位置。这表明离散误差被减少到可接受的程度，数值解与网格大小无关。
首先，流体肯定不会从低压流向高压之类的常识；
其次，需要对计算结果进行网格独立性验证，这一步非常重要。虽然说理论上网格大小趋于零，离散方程就是精确解，然而不幸的是，随网格大小的降低，计算次数及离散方程数量都会增大，一方面增加了计算开销，另一方面，也增加了舍入误差。
所以从某种意义上来说，我们不可能得到真正意义上的精确解，我们只能在某种程度上取得折中，一种离散误差和舍入误差中获得取舍。
模型的离散：对所提出的数学模型进行数值离散，获得线性方程组。这个过程对于软件使用者来讲要求并不严格，但是对于自己编程计算的人员要求非常高。实际上包含有两步：网格生成及离散方程的形成。
网格生成算法，尤其是非结构网格，算法非常复杂，更多的人选择的是采用通用网格生成软件生成网格。而离散方程的形成，主要涉及到数值格式，这个在CFD软件中主要是以用户选择的方式出现；下图是一个数值仿真的过程图。
ANSYS13.0 ICEM划分网格的优点
o基于传输放出（基于扩散）网格光顺
o关键帧网格交换
o在区域重划分过程中具备包含邻接边界的能力o在并行计算中具有区域替换的能力
o在瞬态模拟中，可以保留稳态非保角分界面以提高性能
o网格变形及优化
o实际及改善质量差的网格能力
o笛卡尔重画（不包含边界层重划分）
o网格检查进度指示器
划分思想：空间思维能力
ICEM 划分网格原理还是比较简单的，比较考验人的是空间思维和耐心。无非就是把一个完整的六面体块或者切割，或者延展，使其贴近原来的几何，然后对块上的边进行尺寸分割。
2014/10/2
ICEM对与求解器的支持非常好，支持一百多种求解器，几乎常用的软件接口它都有。对于模型输入接口也很丰富，除了支持常用的中性文件（如igs ，stp，x_t等）外，还支持UG，PRO/E，CATIA的直接接口，这为模型的无损导入提供了条件。
2014/10/2
块实体
//..................................................................................|??<=???;??=>???Point Curve Bl Geometry Su a e ock rf c 点/Vertex 块直边/Edge 平面/点实体曲线曲面辅助操作对象Face
(主要操作对象)
:劈分/合并)实体;:删除简化
(;拉伸旋块|转;对称;|||;???O grid C grid L grid
;平移
:劈分/合并;移动;关增加辅助点增加辅助联:劈分;关联
:劈分/合并;线增点线面加辅助面
?
????自上而下:块的切+除构造方法自下而上:块的堆积综合运用映射
数值仿真
属性参量本构关系，状态方程，失效模式动量守恒，质量守恒，能量守恒
......???????时间离散化:时变偏微分方程->定常偏微分方程空间离散化:......??????+?>????????
有限差分法有限元法定常偏微分方程代数方程组有限体积法属性性质+作用机理离散化+求解显示分析结果+修正实践是检验别真理的唯一标准
数学建模数学描述（微分方程组）环境
开放
系统物质
能量
信息整体非线性—>离散，局部应用线性模拟
数解析解值解
ICEM操作界面介绍
ICEM_CFD混合网格
ICEM CFD中合并多个网格 对于结构十分复杂的几何模型，若能够将几何体分割成多个部分由多人分别进行网格划分，生成网格后能够对网格进行组装，这恐怕是很多人梦寐以求的功能了。其实很多前处理软件都具有此功能。今天要说的是如何在ICEM CFD中实现此功能。 为了简单起见，这里用一个非常简单的模型进行演示。当然复杂的模型的处理方式也是相同的。我们要处理的几何模型如图1所示。一个L型整体块被切割成3份。分别导出为3个不同的几何文件。按图中标示的顺序分别导出为1.x_t，2.x_t，3.x_t，当然其他的格式也无妨。但是最好是在同一个体上进行切割，否则网格组装的过程中会存在定位的问题。同一个体上切割的几何则不会存在几何坐标定位的问题。 图1 原始几何图2 几何1生成的网格图3 保存网格 1、将几何1.x_t导入到ICEM CFD中进行网格划分。注意千万保证单位的一致，切记。 这里是一个长方体，网格划分方法就不多说了。预览网格如图2所示。选择菜单File > Mesh > Load From Blocking生成网格。 2、保存网格。 选择File > Mesh >Save Mesh As…，我们这里保存已生成的网格为1.uns，后面组装的时候要用到此文件。 3、按照相同的步骤对模型2与模型3进行网格文件，同时保存网格文件为2.uns与3.uns。
图4 模型2的网格图5 模型3的网格 4、网格组装 先导入1.uns，点击菜单File > Mesh >Open Mesh…，选择第2步保存的网格文件1.uns，导入模型1的网格。 以同样的菜单，选择2.uns，会弹出对话框如图6所示。注意此时选择Merge，否则如果选择Replace的话，则只会导入模型2的网格，将模型1的网格替换掉，这不是我们想要的。接下来我们以相同的步骤导入3.uns，同样选择Merge。导入后网格如图7所示。 图6 对话框图7 全部倒入后的模型 5、导出网格 以常规方式导出网格。我们这里测试将网格导入至少fluent中。从图8导入信息可以看到，完全没有问题。
ICEMCFD网格划分入门基础
WorkBench ICEM CFD 网格划分入门 111AnsysWB里集成了一个非常重要的工具：ICEM CFD。 它是一个建模、划分网格的集成工具，功能非常强大。我也只是蜻蜓点水的用了几次，感觉确实非常棒，以前遇到复杂的模型，用过几个划分网格的工具。但这是我觉得最方便和最具效率的。 网格划分很大程度上影响着后续的仿真分析——相信各位都有所体会。而ICEM CFD特别长于划分六面体网格，相信无论是结构或流体（当然铁别是流体），都会得益于它的威力。 ICEM CFD建模的能力不敢恭维，但划分网格确实有其独到之处。教程开始前，作一个简单的原理介绍，方面没有使用过ICEM CFD的朋友理解主要的任务： 111如下图： 1：白色的物体是我们需要划分网格的，但是它非常不规则。 2：这时候你一定想：怎么这个不规则呢，要是它是一个方方正正的形状多好（例如红色的那个形状）01 111于是有了这样一种思想： 1：对于异型，我们用一种规则形状去描述它。 2：或者说：如果目标形状非常复杂，我们就用很多规则的，简单的形状单元合成在一起，去描述它。 之后，将网格划分的设置，做到规则形状上。 最后，这些规则，通过最初的“描述”关系，自动的“映射”到原先的复杂形状上——问题就得到了解决！！！ ICEM CFD正是使用了这种思想。 如下是一个三通管，在ProE里做得
02 在ProE里面直接启动WB 进入WB后，选择如下图： 03 111如下： 1：代表工作空间里的实体 2：代表某实体的子实体，可以控制它们的开关状态3：控制显示的地方
04 下面需要创建一个Body实体 这个实体代表了真实的物体。这个真实的物体的外形由我们导入的外形来定义。 ——我们导入的外形并不是真实的实体。这个概念要清楚。 但是今后基本上不会对这个真实的实体作什么操作。这种处理方式主要是为工作空间内有多个物体的时候准备的。 05 1：点击“创建Body” 2、3：点选这两个点 4：于是创建出一个叫“Body”的实体 操作中，左键选择，中键确认，右键完成并退出——类似的操作方法很多地方用到，要多练习，今后
ICEM CFD教程
ICEM CFD教程 四面体网格 ?对于复杂外形，ICEM CFD Tetra具有如下优点： ?根据用户事先规定一些关键的点和曲线基于8叉树算法的网格生成，生成速度快，大约为1500 cells/second ?无需表面的三角形划分，直接生成体网格 ?四面体网格能够合并到混合网格中，并实施平滑操作 ?单独区域的粗化和细化 ?ICEM CFD的CAD(CATIA V4, UG, ProE, IGES, and ParaSolid, etc)接口，保留有CAD几何模型的参数化描述，网格可以在修改过的几何模型上重新生成 这是生成的燃烧室四面体网格，共有660万网格，生成时间约为50分钟 ?八叉树算法 Tetra网格生成是基于如下的空间划分算法：这种算法需要的区域保证必要的网格密度，但是为了快速计算尽量采用大的单元。 1.在几何模型的曲线和表面上规定网格尺寸 2.构造一个初始单元来包围整个几何模型 3.单元被不断细分来达到最大网格尺寸（每个维的尺寸按照1/2分割，对于三维就是 1/8）
4.均一化网格来消除悬挂网格现象 5.构造出最初的最大尺寸单元网格来包围整个模型 6.节点调整以匹配几何模型形状 7.剔除材料外的单元 8.进一步细分单元以满足规定的网格尺寸要求 9.通过节点的合并、移动、交换和删除进行网格平滑，节点大小位于最大和最 小网格尺寸之间
? 非结构化网格的一般步骤 1. 输入几何或者网格 所有几何实体，包括曲线、表面和点都放在part 中。通过part 用户可以迅速打开/关掉所有实体，用不同颜色区分，分配网格，应用不同的边界条件。几何被收录到通用几何文件.tin 中，.tin 文件可以被ANSYS ICEM CFD’s 所有模块 1.1输入几何体Import Geometry ? 第三方接口文件：ParaSolid 、STEP 、IGES 、DWG 、GEMS 、ACIS … ? 直接接口：Catia 、Unigraphics 、Pro/E 、SolidWorks 、I-deas… 几 何变化网格可以直接随之变化
ICEM 基础教程
第一章介绍 ICEM CFD 工程 Tutorials目录中每个工程是一个次级子目录。每个工程的目录下有下列子目录：import, parts, domains, mesh, 和transfer。他们分别代表： ? import/: 要导入到ICEMCFD中的集合模型交换文件，比如igs，STL等； ? parts/: CAD模型 ? domains/: 非结构六面体网格文件(hex.unstruct), 结构六面体网格分区文件(domain.n), 非结构四面体网格文件(cut_domain.1) ? mesh/: 边界条件文件(family_boco, boco)，结构网格的拓扑定义文件(family_topo, topo_mulcad_out), 和Tetin几何文件(tetin1). ? transfer/: 求解器输入文件(star.elem), 用于Mom3d.的分析数据 mesh目录中Tetin文件代表将要划分网格的几何体。包含B-spline曲面定义和曲线信息，以及分组定义 Replay 文件是六面体网格划分的分块的脚本 鼠标和键盘操作
第二章ICEM CFD Mesh Editor界面 The Mesh Editor, 创建修改网格的集成环境，包含三个窗口 ? The ICEM CFD 主窗口 ? 显示窗口 ? The ICEM CFD 消息窗口 主窗口 主窗口中除了图形显示区域，外，还有6个radio按钮：File, Geometry, Meshing, Edit Mesh and Output. The File Menu The File menu 包含 ? Open, Save, Save as, Close, Quit, Project dir, Tetin file, Domain file, B.C file, Import geo, Export geo, Options, Utilities, Scripting, Annotations, Import mesh, DDN part.
ANSYS ICEM CFD中文教程
ANSYS.ICEM-CFD中文教程 ICEM CFD 工程 Tutorials目录中每个工程是一个次级子目录。每个工程的目录下有下列子目录：import, parts, domains, mesh, 和transfer。他们分别代表： ? import/: 要导入到ICEMCFD中的集合模型交换文件，比如igs，STL等； ? parts/: CAD模型 ? domains/: 非结构六面体网格文件(hex.unstruct), 结构六面体网格分区文件(domain.n), 非结构四面体网格文件(cut_domain.1) ? mesh/: 边界条件文件(family_boco, boco)，结构网格的拓扑定义文件(family_topo, topo_mulcad_out), 和Tetin几何文件(tetin1). ? transfer/: 求解器输入文件(star.elem), 用于Mom3d.的分析数据 mesh目录中Tetin文件代表将要划分网格的几何体。包含B-spline曲面定义和曲线信息，以及分组定义 Replay 文件是六面体网格划分的分块的脚本 鼠标和键盘操作
第二章ICEM CFD Mesh Editor界面 The Mesh Editor, 创建修改网格的集成环境，包含三个窗口 ? The ICEM CFD 主窗口 ? 显示窗口 ? The ICEM CFD 消息窗口 主窗口 主窗口中除了图形显示区域，外，还有6个radio按钮：File, Geometry, Meshing, Edit Mesh and Output. The File Menu
高级应用之头像ICEM网格划分
网格剖分之人头——ICEM 先来看看头像的原始几何模型吧，原始文件是影像扫描技术成型的自由曲面蒙皮模型，当然先要把曲面转换成实体格式（这一步对专业的网格平台不是必需），还好，手头先进的三维CAD 程序正好发挥用途，一个简单的操作，便完成了曲面向实体的转变，很显然，这是一个对称体，为了减少工作量，当然，对称化的处理是必须的（见图1、2），对不住了，我只有残忍地把这家伙一劈为二了。 图1 整体头像 图2 对称头像 好了，完成了基本头像几何的边界，接下来的工作应该是几何拓补规划，把脑筋转起来，OK，很快就发现了，整体头像的几何拓补非常简单，几乎就是一个方块+圆柱+切削圆球的组合体（图3、4），麻烦的制造者在于这家伙脑袋上长了眼睛和一个嘴巴，嘴巴是一个洞穴，眼睛也是一个洞穴，显然，最终拓补构造的时候，这个地方可能得多挖两锄头，至少得搞两个坑出来，把多余的“赘肉”给割掉（鼻子很简单，不过就是广阔的平原上冒出一个小山丘，而且和立脸颊面部连接非常光滑，没有凹凸拐点，因此，应该不影响咱们的网格分布构造）。OK，到目前为止，美容手术之前的准备工作已经结束，可以躺到手术床上了。 图3 整体拓补 图4 面部拓补
上了手术台（导入ICEM）,当然首先要做的工作便是一系列“宽衣解带”工作，ICEM里面这个过程称之为几何清理和修复，当然，这一切过程都基本上是自动化的，也有需要手工清理的时候，那种情况的前提是“相貌”长得实在太丑（几何模型太“烂”），不手工打底，实在没有办法。这个头像的几何模型还可以，基本上没有什么多余操作，自动清理就是了，这个过程实在没有啰嗦的必要，大多数网格程序都差不多。接下来，先回顾一下几种典型的几何拓补关系的分块方法（图5），彻底理解了这些分块思路，这个模型就简单了，图6为分块组合方式（几乎是高质量结构化六面体网格的必须方式）——从左到右，依次为圆球挖孔、1/8圆球+1/4圆柱、1/4圆球+1/2圆柱、圆柱、圆球、1/2圆柱+方体，当然，圆球也可异化为椭球体，方体可以异化为梯形体、楔形体、1/8圆球体可以异化为三棱锥体，这些异化体的几何拓补以及分块组合方式是完全相同的，因此图5的几何组合元素具有相当的普适性。图6、7是对应的分块拓补和网格，值得一提的是，最后的网格质量是相当地高。 图5 典型的几何拓补组合形式
ICEM CFD 基础教程
有redhong731@https://www.wendangku.net/doc/f63389157.html,提供版权所有,如有雷同…. 第一章介绍 ICEM CFD 工程 Tutorials目录中每个工程是一个次级子目录。每个工程的目录下有下列子目录：import, parts, domains, mesh, 和transfer。他们分别代表： ? import/: 要导入到ICEMCFD中的集合模型交换文件，比如igs，STL等； ? parts/: CAD模型 ? domains/: 非结构六面体网格文件(hex.unstruct), 结构六面体网格分区文件(domain.n), 非结构四面体网格文件(cut_domain.1) ? mesh/: 边界条件文件(family_boco, boco)，结构网格的拓扑定义文件(family_topo, topo_mulcad_out), 和Tetin几何文件(tetin1). ? transfer/: 求解器输入文件(star.elem), 用于Mom3d.的分析数据 mesh目录中Tetin文件代表将要划分网格的几何体。包含B-spline曲面定义和曲线信息，以及分组定义 Replay 文件是六面体网格划分的分块的脚本 鼠标和键盘操作
第二章ICEM CFD Mesh Editor界面 The Mesh Editor, 创建修改网格的集成环境，包含三个窗口 ? The ICEM CFD 主窗口 ? 显示窗口 ? The ICEM CFD 消息窗口 主窗口 主窗口中除了图形显示区域，外，还有6个radio按钮：File, Geometry, Meshing, Edit Mesh and Output. The File Menu The File menu 包含
ANSYS ICEM CFD 网格划分教程1
AutoHexa Tutorial Manual Version 4.2 March 2002
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iii Version 4.2AutoHexa Tutorial Manual ICEM CFD Engineering Table of Contents Getting Started xi Tutorial Example 1.1: Modeling and Meshing a Room 1 1.1.1:Starting the Project (2) 1.1.2:Menus and Windows (3) 1.1.3:Creating Objects (4) 1.1.4:Mesh Generation (15) Tutorial Example 1.2: Modeling and Meshing a Subway Station 23 1.2.1:Starting the Project (24) 1.2.2:Creating Objects (24) 1.2.3:Copying Objects (27) 1.2.4:Creating Objects (28) 1.2.5:Creating Groups of Objects (30) 1.2.6:Creating Polygons (32) 1.2.7:Creating Quads (35) 1.2.8:Mesh Generation (38) Tutorial Example 1.3: Modeling and Meshing a Chemical Vapor Deposition Reactor 43 1.3.1:Starting the Project (44) 1.3.2:Model Creation (44) 1.3.3:Copying Objects (47) 1.3.4:Creating Objects (49) 1.3.5:Mesh Generation (52) Tutorial Example 1.4: Modeling and Meshing a Lab 57 1.4.1:Starting the Project (58) 1.4.2:Creating Objects (59)