Все ответы об инженерном анализе

ANSYS HFSS. Сеточный генератор. (Часть 2)

Аватар пользователя Evgeny Butorov
0 6274

ANSYS HFSS. Сеточный генератор. (Часть 2)

В первой части статьи посвящённой генератору сеток в ANSYS HFSS мы коснулись лишь наиболее часто используемых настроек. В данной, второй части, мы рассмотрим можно сказать “ручные” настройки.  Посредством этих настроек инженер может заранее, еще до начала адаптивного процесса, на основе своих знаний об объекте анализа установить некоторые настройки сеточного генератора. Естественно настройки задаются либо с целью более детального разрешения интересующей области модели, либо с целью сокращения требуемых адаптивных процессов, необходимых для достижения требуемой сходимости. Данные настройки используются намного реже, но тем не менее очень полезны.

Уплотнение сетки на основе длины (Length-Based Mesh Refinement).

В некоторых случаях удобно ограничить размер тетраэдрального элемента сетки для некоторых частей анализируемой модели или для всей модели. Сделать это можно посредством меню Length-Based Mesh Refinement. Причем, для того чтобы ограничить размерность сетки, в случае её необоснованного роста, предусмотрено ограничение количества элементов - Restrict the Number of Elements.

 

Рисунок 1.

Надо отметить, что усовершенствование сетки на основе длины можно осуществлять на выбранной поверхности/ях (On Selection) или на поверхности и внутри неё (Inside Selection). Такая разница использования понятна. Пример использования показан на рисунке 2, на примере построение сетки двумя способами для прямоугольного волновода.

Рисунок 2.

Уплотнение сетки на основании глубины скин-слоя (Skin Depth-Based Mesh Refinement).

При использовании данной настройки пользователю необходимо задать глубину скин-слоя вручную или установить величину, вычисленную HFSS посредством нажатия кнопки Calculate Skin Depth (рисунок 3). HFSS вычисляет глубину скин-слоя на основании свойств используемого вами материала (магнитная проницаемость и проводимость), а также используется частота установленная пользователем в настройках на решение.

Рисунок 3.

Также пользователем указывается количество слоёв элементарных ячеек, которые располагаются параллельно к поверхности к которой применена настройка “Skin Depth-Based Mesh Refinement ” , причём все заданные слои располагаются в пределах указанной глубины скин-слоя. Расстояние между слоями изменяется по закону геометрической прогрессии, самый толстый слой – ближний слой к поверхности, к которой применена настройка уплотнения на основе скин-слоя. Также пользователем задаётся длина сторон треугольников в плоскости. Для того обезопасить себя от неоправданно большого времени счёта можно установить ограничение по количеству элементов так же как это было сделано в разделе уплотнение сетки на основе длины.

Сетка на основе аппроксимации поверхности (Surface Approximation).

Геометрия анализируемой модели очень часто представляет собой плоскости, цилиндры, конусы, сферы и т.д. Для плоских поверхностей, треугольники лежат точно на плоскостях модели; не имеется никакой разности в размещении истинной поверхности и поверхности разбиения. Но когда поверхность объекта скруглена, плоскость треугольников лежит на небольшом расстоянии от истинной поверхности объекта. Это расстояние называется девиацией поверхности (surface deviation) (Рисунок 4). Величина девиации поверхности больше около центров треугольников и меньше около вершин треугольников. Нормаль кривой поверхности изменяется в зависимости от ее положения, но она постоянна для каждого треугольника (“нормаль” определяется как перпендикуляр к поверхности). Разность углов между нормалью кривой поверхности и соответствующей поверхностью сети называется отклонением нормали (normal deviation) и измеряется в градусах.

Рисунок 4.

 

     Коэффициент сжатия треугольников (aspect ratio), используемых в плоских поверхностях основан на отношении минимального радиуса к радиусу внешней окружности треугольника. Он равна единице для равностороннего треугольника и приближается к бесконечности, когда треугольник становится очень тонким.

      Для того, чтобы достичь сходимости решения задачи для очень сложной искривленной поверхности, можно изменять девиацию поверхности, максимальное отклонение от нормали, и максимальный коэффициент сжатия треугольников на одной или большем количестве поверхностей одновременно в диалоговом окне Surface Approximation.

В большинстве случаев, для построения сетки HFSS использует так называемый тип сеточного генератора -Тау Mesh, поэтому именно для этого типа сеточного генератора есть возможность в подменю (Surface Representation Priority for Tau Mesh) устанавливать приоритеты “представления” поверхности - обычный (Normal) и высокий (High). (Рисунок 5). Обычный используется практически во всех случаях.

Рисунок 5.

Высокий - используйте только в очень сложных ситуациях. (Например, очень маленький порт в большой модели). Необходимо отметить что выбор высокого приоритета может помочь сеточному генераторы разрешить сложные или очень малые поверхности, но такой подход может потребовать очень много вычислительных ресурсов.

 

Использование криволинейных элементов (Curvilinear Elements).

При использовании метода конечных элементов (МКЭ), исследуемая область разбивается на множество мелких элементов. Известно, что базисные функции, связанные с каждым элементом, удобнее записывать в локальных координатах (U, V, W), которые не зависят от формы элемента. Локальные координаты и глобальные координаты связаны преобразованием Якоби. (Рисунок 6)

Рисунок 6.

Если преобразование является линейным, элементы называются прямолинейными, с прямыми ребрами и плоскими гранями. Если преобразование является нелинейным, например, квадратичной или кубической, элементы называются криволинейными. Вообще говоря, криволинейные элементы представляют собой более общий тип элементов, чем прямолинейные. В силу всего выше сказанного, используя криволинейные элементы для сложной формы геометрических моделей позволяет зачастую получить более точную сеточную модель с меньшим количеством элементов, чем при использовании для той же геометрии прямолинейных элементов (Рисунок 7). Но необходимо помнить, что при использовании криволинейных элементов увеличивается количество вычисляемых неизвестных, что в свою очередь может свести на нет выгоду их применения.

 

Рисунок 7.

Возвращение к начальной сетке разбиения (Revert to Initial Mesh).

Начальная сетка разбиения – это сетка, которая сгенерирована первый раз, когда решался проект. Она включает установки аппроксимации поверхности, но не включает усовершенствование на основании длины волны.

Если вы изменили установки проекта и не хотите использовать существующую текущую сетку разбиения, возвратитесь к начальной сетке разбиения. Для этого в меню HFSS выберите вкладку Analysis Setup, и затем нажмите Revert to Initial Mesh. Возвращение к начальной сетке полезно, когда вы хотите оценить, как различная частота решения влияет на сетку, сгенерированную во время адаптивного процесса.

Генерирование сетки без решения (Apply Mesh Operations).

Используя операцию генерирования сетки без решения (Рисунок 8) дает возможность экспериментировать с измельчением сетки в отдельных областях задачи без потери решения, это полезно на стадии подготовки задачи.

Рисунок 8.

Импорт сетки (Import Mesh).

В некоторых случаях, например, когда требуется создать сетку, которая будет работать в широком диапазоне частот можно применить операцию Import Mesh (Рисунок 9), причём импортируя каждый раз сетку в новый проект необходимо будет оптимизировать её на новую частоту. Таким образом выстраивается целый каскад последовательных импортов сетки и в итоге получается сетка, позволяющая получать очень точные результаты для широкого диапазона частот.

Рисунок 9.

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии