ANSYS Fluent Meshing не только для CFD!

Аватар пользователя Kirill Pestov
0 1688

Совсем недавно наши коллеги, занимающиеся прочностным анализом, столкнулись с проблемой на этапе построения сетки для модели протезного винта в программном продукте ANSYS Meshing. Сетка в ANSYS Meshing, если и строилась, то только с применением настроек по умолчанию и качество ее, конечно, было далеко от идеала (рисунок 1). Если говорить в цифрах, то минимальное значение показателя качества Element Quality = 0.03. 

Рисунок 1 – Сеточная модель протезного винта в ANSYS Meshing.

Все предпринятые попытки по изменению метода построения сетки и локальных настроек оказались безуспешными. Процесс генерации сетки либо «зависал», либо останавливался с ошибкой. 

Рисунок 2 – Неудачная попытка построения сетки в ANSYS Meshing.

Хотелось бы обратить внимание на тот факт, что качество исходной геометрии винта находилось на достаточно высоком уровне, т.е. отсутствовали мелкие зазоры, выступы, отверстия и т.д. Таким образом исключался фактор плохого качества топологии геометрии. К сожалению причины, по которым ANSYS Meshing отказывался строить сетку на геометрии винта так и не были установлены. Поэтому решено было воспользоваться другим сеточным генератором, а именно Fluent Meshing. Почему именно Fluent Meshing? Fluent Meshing обладает надежным, отказоустойчивым алгоритмом, который предназначен для построения неструктурированной сетки для моделей со сложной геометрической топологией.

Сетку в Fluent Meshing построить не так уж и сложно, как может показаться на первый взгляд, особенно для такой модели, так как в данном случае нет необходимости строить призматический слой и править геометрию. Соответственно можно обойтись ограниченным набором настроек.

Запустим Fluent Meshing через Workbench. Для этого необходимо систему Fluent (with Fluent Meshing) переместить в схему проекта Project Schematic и соединить с ячейкой SpaceClaim. 

Рисунок 3 – Fluent Meshing в схеме проекта Workbench.

Далее в появившемся окне Fluent Launcher нажимаем OK, оставляя все настройки по умолчанию. Для того, чтобы отобразить геометрию необходимо в дереве проекта Fluent Meshing выбрать ветку Geometry Objects, нажать на ней ПКМ и выбрать Draw All. 

Рисунок 4 – Дерево проекта Fluent Meshing.

После выполнения данной операции модель отобразится в графическом окне. 

Рисунок 5 – Модель винта в Fluent Meshing.

Как можно видеть, дерево проекта в Fluent Meshing выглядит похожим образом как и в ANSYS Meshing, т.е. имеется две основные ветки Geometry Objects и Mesh Objects. Обычно после загрузки модели рекомендуется проверить ее качество (Fluent Meshing автоматически представляет импортированную геометрию в триангулированном виде), но мы специально пропустим данный этап, чтобы сильно не растягивать текст статьи, и будем полагать, что качество геометрии находится на высоком уровне. Далее нам необходимо задать глобальные и локальные настройки сеточной модели. Для этого нажимаем ПКМ на Model в дереве проекта и выбираем Sizing → Functions…

Рисунок 6 – Задание настроек сетки.

После этого появится диалоговое окно Size Functions, в котором необходимо задать минимальный и максимальный размер сеточного элемента, как показано на рисунке 7, и нажать Apply. 

Рисунок 7 – Диалоговое окно Size Functions.

Также вы можете визуализировать размеры сеточных элементов, выбрав интересующие вас зоны из списка Boundary Zones и нажав кнопку Draw Sizes. 

Рисунок 8 – Визуализация сеточных размеров.

В качестве заключительного этапа необходимо вычислить заданное размерное поле для последующего построения поверхностной сетки нажав Compute.

Рисунок 9 – Вычисление размерного поля.

При желании можно создать сгущение сетки на кривых, воспользовавшись функцией Curvature.

После задания глобальных размеров сетки необходимо конвертировать геометрическую модель в сеточную. Для этого раскрываем ветку Geometry Objects и нажимаем ПКМ на имеющемся геометрическом объекте. Далее выбираем Convert to Mesh Object и в появившемся диалоговом окне Question нажимаем Yes. После конвертирования геометрического объекта в сеточный необходимо перестроить поверхностную сетку. Для этого переходим в ветку Mesh Objects и на имеющимся сеточном объекте нажимаем ПКМ. В появившемся контекстном меню выбираем Remesh Faces. 

Рисунок 10 – Перестроение поверхностной сетки.

Для того, чтобы посмотреть получившуюся поверхностную сетку, необходимо выбрать в верхней панели в разделе Display отображение ребер (Face Edges). 

Рисунок 11 – Подключение отображения ребер сеточных элементов.

Рисунок 12 – Поверхностная сетка. 

Перед тем, как приступить к построению объемной сетки, необходимо создать точку материала (Material Point). Для этого нажимаем ПКМ на Model и выбираем Material Points… 

Рисунок 13 – Создание точки материала

В появившемся окне необходимо нажать Create… после чего появится еще одно диалоговое окно Create Material Point. 

Рисунок 14 – Диалоговые окна Material Points и Create Material Point.

Чтобы создать точку материала внутри винта необходимо разрезать его плоскостью сечения Clipping Planes, которая находится на верхней панели. 

Рисунок 15 – Инструмент Clipping Planes.

После этого необходимо в панели инструментов, которая находится с левой стороны графического окна, выбрать фильтр сеточного узла Node Selection Filter

Рисунок 16 – Фильтр выбора сеточного узла Node Selection Filter.

и отметить два узла сеточной модели, так, чтобы точка материала оказалась внутри тела. 

Рисунок 17 – Создание точки материала.

В отличии от сеточного генератора ANSYS Meshing, алгоритму построения сетки, который используется в Fluent Meshing, необходимо явным образом указать, в каком объеме будет строиться сетка. В противном случае сетка может вообще не построиться, либо построится не в том месте (объеме).

Теперь у нас есть все для того, чтобы перейти к построению объемной сетки. Поэтому далее мы снова должны перейти в дерево проекта, раскрыть ветку Mesh Objects, нажать ПКМ на объекте Volumetric Regions и выбрать Compute.

Рисунок 18 – Вычисление объемной области.

После этого в консоли Fluent Meshing отобразится информация о завершении вычисления объемной области. Далее нажимаем ПКМ на объекте Cell Zones и выбираем Auto Mesh. 

Рисунок 19 – Построение объемной сетки.

В графическом окне появится панель Auto Mesh, в которой необходимо нажать Apply, а затем кнопку Mesh, оставив все настройки по умолчанию. После этого запустится процесс построения объемной сетки. 

Рисунок 20 – Объемная сетка в Fluent Meshing.

Осталось только записать сеточный файл с расширением .msh, и можно производить над ним дальнейшие манипуляции. Для этого в главном меню выбираем File → Write → Mesh. 

Рисунок 21 – Запись сеточного файла.

К сожалению, Fluent Meshing не совмещается с сеточным генератором ANSYS Meshing в рамках проекта Workbench, но зато такая возможность имеется у программного продукта ICEM CFD. 

Рисунок 22 – Связка ICEM CFD и системы Static Structural в рамках проекта Workbench.

Для того, чтобы загрузить сетку в ICEM CFD необходимо в главном меню нажать File → Import Mesh → From Fluent и выбрать ранее созданный сеточный файл c расширением .msh.

Рисунок 23 – Импорт сеточной модели в ICEM CFD.

После окончания процесса загрузки сеточной модели ICEM CFD можно смело закрывать, не предпринимая больше никаких действий. После закрытия окна ICEM CFD запишется сеточный файл с расширением .uns., который в дальнейшем будет импортироваться в ANSYS Meshing. В итоге полная схема проекта Workbench будет выглядеть так, как показано на рисунке 24.

Рисунок 24 – Полная схема проекта Workbench.

Далее в схеме проекта Workbench необходимо нажать ДКМ на ячейке Model системы Static Structural, после чего откроется привычное окно Mechanical с уже готовой сеточной моделью. 

Рисунок 25 – Сеточная модель винта в ANSYS Meshing.

Как можно видеть из рисунка 25, качество сеточной модели винта значительно улучшилось. Также об этом свидетельствуют и количественные показатели качества сетки. Например, минимальное качество сеточной модели, построенной в Fluent Meshing, по критерию Element Quality составило 0.15. Для сравнения критерий качества Element Quality в ANSYS Meshing составлял 0.03.

Таким образом можно сказать, что Fluent Meshing может с успехом применяться при построении сеток для прочностных расчетов.

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии