淺談Ansoft Maxwell網(wǎng)格劃分【轉(zhuǎn)發(fā)】

2017-05-10 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

僅作探討,歡迎拍磚!

曾經(jīng)看到師兄一篇大作,將ANSYS和ANSOFT做過南慕容北喬峰的類比,真是崇拜得五體投地,一塌糊涂,屁滾尿流,接二連三,不三不四。個(gè)人比較欣賞喬峰大俠,遂,改投ANSOFT門下。想當(dāng)年ANSYS的APDL用得忒熟無比,想想就此放棄,于心不忍,于是重操APDL。近日,在論壇上看到有人對(duì)MAXWELL 的網(wǎng)格剖分大發(fā)牢騷,甚至還惡言相向,GG我實(shí)在看不下去了,于是有此文。

就從網(wǎng)格剖分談開去。

開篇之前,對(duì)比下面兩幅圖。

圖1 ANSYS 映射網(wǎng)格剖分(APDL如下)

/clear
/filname,joe_yan,1
/prep7
et,1,solid117
block,0,10,0,10,0,10
mshkey,1
mshape,0,3D
aesize,all,1
vmesh,all

save

圖2 ANSOFT MAXWELL網(wǎng)格剖分(自適應(yīng)剖分)

對(duì)比圖1、2明眼人一看就知道顯然是圖1的網(wǎng)格劃分優(yōu)良。于是乎,俗人皆言:“MAXWELL網(wǎng)格剖分垃圾~~!!”

掌嘴!!我要說。

先聲明,本人不是MAXWELL的死忠!個(gè)人更偏向于ANSYS的APDL,一看到那黑乎乎一塊的經(jīng)典界面,我就澎湃。即便如此,本人還是堅(jiān)持MAXWELL的網(wǎng)格剖分很強(qiáng)大。

MAXWELL有兩種網(wǎng)格剖分形式,其一,如上圖2所示的自適應(yīng)剖分;其二,手動(dòng)剖分。其中手動(dòng)剖分又分為二,其一,選擇剖分;其二,內(nèi)部剖分。其中,選擇剖分又分為二,其一,基于長度;其二,基于表層深度。為何一個(gè)網(wǎng)格剖分要糾結(jié)如斯?我要說,因?yàn)镸AXWELL人性化。比如說,為何手動(dòng)剖分又要分為表層剖分和內(nèi)部剖分,因?yàn)?表層剖分主要是針對(duì)集膚效應(yīng)而言,大家都知道,集膚效應(yīng)主要集中在導(dǎo)磁體表面,可是如何做到從內(nèi)到外將網(wǎng)格剖分從疏到密的剖分呢?我們可以采用MAXWELL提供的表層剖分功能。

至此有人又要叫囂了:“誒,你看,明明ANSYS網(wǎng)格剖分要比ANSOFT網(wǎng)格剖分來的均勻而細(xì)致?！?

我要說,對(duì)!!

爸特!!!

針對(duì)不同分析,網(wǎng)格也呈現(xiàn)出不一樣的規(guī)律性。比如說,對(duì)于結(jié)構(gòu)分析,那么我們當(dāng)然希望網(wǎng)格剖分能夠均勻,這樣計(jì)算應(yīng)力才會(huì)準(zhǔn)確。而對(duì)于流體力學(xué)來說,我們則希望網(wǎng)格剖分隨著流體的流動(dòng)方向呈現(xiàn)出漸變變化。而對(duì)于電磁場(chǎng)來說,我們則希望,在氣隙部分能夠劃分得密一些,而對(duì)于其他對(duì)磁場(chǎng)影響不大的環(huán)節(jié)我們希望網(wǎng)格劃分的疏一些,這樣,就可以充分利用PC的硬件資源。畢竟,升級(jí)電腦花的米不是小數(shù)目。

好,如何對(duì)MAXWELL進(jìn)行網(wǎng)格設(shè)置?像圖2所示那樣進(jìn)行自適應(yīng)剖分就可以了嗎?

答曰:“你是天才,自適應(yīng)剖分就可以了?！?

如果就此擱筆,我想是個(gè)人都會(huì)拿磚拍我。好吧。后半句是:“如果你想更完美一些,可以利用MAXWELL的手動(dòng)剖分功能。不過有利也有弊,手動(dòng)剖分很大程度上依賴于經(jīng)驗(yàn)。你懂的~~~”

以下表述將主要借助貼圖和文字的形式,換句話說,以下內(nèi)容將會(huì)是圖文并茂!

問題1:MAXWELL 在哪里進(jìn)行手動(dòng)剖分?

答:project manager--->mesh operations 如下圖3

圖3

選中需要剖分的對(duì)象------>右擊上圖的mesh operations ---->assign----->inside selections---->length based---->彈出如下對(duì)話框

上圖為兩種方法設(shè)置網(wǎng)格大小(即可控制網(wǎng)格疏密情況)

上圖中的設(shè)置邊長和設(shè)置網(wǎng)格數(shù),切記,是最大邊長和最大單元格數(shù)量。注意看是最大。

舉例說明。在2D 環(huán)境下建立一個(gè)10X10的正方形。

通過三種手段對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格剖分。

方案一:設(shè)置單元格最大邊長為5mm,對(duì)于網(wǎng)格數(shù)量不做限制(既,將網(wǎng)格數(shù)后面的勾去掉!!)如下圖:

關(guān)鍵點(diǎn)來了!!

問:設(shè)置好后,如何查看網(wǎng)格劃分結(jié)果?

答:丫,你太有才了。這步很關(guān)鍵!!很多人,特別是新手,往往不大關(guān)心網(wǎng)格剖分的好壞情況。其實(shí),“新手”不能作為你偷懶的借口,既然是工程,就得精益求精,做到完美。

操作方法:

project manager--->Analysis---->右擊------>apply mesh operations---->如果你是跑的復(fù)雜3D模型,你的配置又爛的話,我建議你此刻可以去泡壺咖啡,或是去趟廁所,或是伸伸懶腰,或是~~~~,總之不要瞪著屏幕,它在算。給它點(diǎn)時(shí)間。

GG我這里不得不吹一下(看我寫的這么辛苦的份上,讓我顯擺一下,誰讓我是俗人。)由于我用的是服務(wù)器,CPU:Intel® Xeon® Processor X5690 (12M Cache, 3.46 GHz, 6.40 GT/s Intel® QPI),6核,虛擬12核。內(nèi)存:單根8G,DDR3,為組成3通道,配了6根,一共48G。于是,網(wǎng)格剖分,秒殺。

程序提示網(wǎng)格剖分結(jié)束后,點(diǎn)擊需要查看網(wǎng)格的對(duì)象(以旋轉(zhuǎn)電機(jī)為例,可以單獨(dú)選擇空氣層,也可以單獨(dú)選擇定子,或轉(zhuǎn)子,分別查看網(wǎng)格剖分結(jié)果),然后project manager--->field overlaps---->右擊------>plot mesh---->彈出對(duì)話框----->DONE

得到如下的網(wǎng)格剖分結(jié)果:

從上圖可以看出,由于該矩形為10*10,AB兩點(diǎn)的距離為5,滿足單元邊長設(shè)置條件(最大值為5.),這里,我推測(cè)MAXWELL內(nèi)部程序應(yīng)該有一套自己的剖分規(guī)則。我認(rèn)為,其他各邊的剖分應(yīng)該是AC BC剖分。換句話說,MAXWELL 的剖分將優(yōu)先滿足預(yù)設(shè)值的最大剖分,但是,我強(qiáng)調(diào)一點(diǎn),滿足預(yù)設(shè)值的最大剖分,并不是說,最大剖分邊界必須為我們?cè)O(shè)置的5mm。(這段理解有點(diǎn)繞口,因?yàn)槲沂强诔?!嘎~~~),關(guān)于剖分規(guī)則我也只是推測(cè),下文還會(huì)論述我的推測(cè)。

這里又是一個(gè)關(guān)鍵!!

問:如果發(fā)現(xiàn)上面的網(wǎng)格剖分結(jié)果不理想(太密或太疏),如何重新設(shè)置,重新剖分??

答:project manager--->Analysis---->右擊------>revert to initial mesh---->重新設(shè)置網(wǎng)格尺寸(這步操作必須要,否則,就算你重新設(shè)置了網(wǎng)格尺寸,你得到的依然是第一次網(wǎng)格剖分的結(jié)果,我剛用的時(shí)候就在這個(gè)問題上撞墻數(shù)次,頭破血流!!)

方案二:設(shè)置網(wǎng)格數(shù)量為2,單元格最大邊長不做限制(既,將后面的勾去掉!!操作如上,在此不圖!!)

操作方法如上,不贅述。得到如下的網(wǎng)格剖分結(jié)果:

這里又牽涉到一個(gè)網(wǎng)格剖分規(guī)則問題,我是這樣理解的,MAXWELL的最大網(wǎng)格數(shù)量設(shè)置,應(yīng)該理解為,網(wǎng)格最大剖分次數(shù)。比如說,我上面設(shè)置的是2.換句話說,就是剖分兩次?？墒瞧史謨纱螢楹螘?huì)得到上圖的4個(gè)單元呢?我認(rèn)為,這里的剖分規(guī)則是沿著AB剖分一次,在沿著CD剖分一次,一共剖分兩次,得到4個(gè)單元。這里只是我的推測(cè)。等到有空閑的時(shí)候,我會(huì)對(duì)這個(gè)剖分規(guī)則做進(jìn)一步的認(rèn)識(shí),如果有達(dá)人認(rèn)知,請(qǐng)告知,不勝感謝!!

方案三:同時(shí)約束單元最大邊長和單元最大數(shù)量(既兩個(gè)勾都選上。)

這里又分為兩種設(shè)置方案:

其一:單元最大邊長設(shè)置得到的網(wǎng)格數(shù)大于單元最大數(shù)量設(shè)置的剖分次數(shù)

其二:反之!!~~~~~~~~~~~~~~~~~小于~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

不急一個(gè)個(gè)來討論

前提:同時(shí)約束單元最大邊長和單元最大數(shù)量(既兩個(gè)勾都選上。)

首先提出一個(gè)命題:當(dāng)“單元最大邊長”設(shè)置得到的網(wǎng)格數(shù)大于“單元最大數(shù)量”設(shè)置的剖分次數(shù)時(shí),MAXWELL將無視“單元最大邊長”設(shè)置操作。

舉例證明:

仍以上文的10*10矩形塊為例做網(wǎng)格剖分,設(shè)置最大單元邊長為5,最大單元數(shù)量為2。

好,我們來做個(gè)假設(shè),如果只設(shè)置最大單元邊長為5,而對(duì)最大單元數(shù)量不做限制(將勾取消),得到上文圖4的剖分結(jié)果,可以數(shù)數(shù)看,單元為幾個(gè)(我就不去數(shù)了。)?如果設(shè)置最大單元數(shù)目為2,而對(duì)于最大單元邊長不做限制(將勾取消),得到上文圖5的剖分結(jié)果。對(duì)比一下就發(fā)現(xiàn),單元最大邊長設(shè)置得到的網(wǎng)格數(shù)大于單元最大數(shù)量設(shè)置的剖分次數(shù)。

討論以上命題是否成立?

舉例證明:

同時(shí)約束單元最大邊長和單元最大數(shù)量(既兩個(gè)勾都選上。)并且設(shè)置如下圖所示:

點(diǎn)擊OK。然后查看網(wǎng)格剖分結(jié)果,如下圖:

發(fā)現(xiàn),剖分結(jié)果同只勾選“單元最大數(shù)目”得到的網(wǎng)格一致,所以,該命題成立!!!!

用同樣的例舉法證明下面命題:

當(dāng)“單元最大邊長”設(shè)置得到的網(wǎng)格數(shù)小于“單元最大數(shù)量”設(shè)置的剖分次數(shù)時(shí),MAXWELL將無視“單元最大數(shù)量”設(shè)置操作。

同樣例舉法,如果只限制單元最大數(shù)量為1000。而,單元最大邊長不做限制。剖分后得到如下網(wǎng)格:

對(duì)比上文的圖4,一目了然。

好,現(xiàn)在我們將同時(shí)約束單元最大邊長和單元最大數(shù)量(既兩個(gè)勾都選上。)并且設(shè)置如下圖所示:

點(diǎn)擊OK。得到如下網(wǎng)格剖分;

好了,得到如圖4的剖分結(jié)果,所以,上面命題成立。

最后可以得到這樣一個(gè)結(jié)論。當(dāng)同時(shí)約束單元最大邊長和單元最大數(shù)量(既兩個(gè)勾都選上。),誰大,誰作廢!!!!這個(gè)結(jié)論很重要,也許你現(xiàn)在用不到,以后隨著項(xiàng)目的深入,就會(huì)受益!!

到這里就該結(jié)束了!!

最后,我告訴大家,上面所討論的所有網(wǎng)格操作,以及得到的網(wǎng)格剖分都是MAXWELL的初始網(wǎng)格剖分。而MAXWELL的最終網(wǎng)格剖分遠(yuǎn)不只如此。MAXWELL 的剖分是遵循迭代的多次剖分,換句話說,只有當(dāng)你點(diǎn)擊analyze all計(jì)算結(jié)束后,才能看到最終的剖分結(jié)果,看到這里是不是感覺有點(diǎn)像看Hollywood大片的感覺,最后拋出一個(gè)懸念,告訴你,你看了半天都是白看。嘎~~!!

最后點(diǎn)題:MAXWELL的迭代次數(shù)是可以手動(dòng)修改了,軟件默認(rèn)為10,在哪里?

project manager--->Analysis---->右擊------>Add solution setup---->如下圖:

這里我曾經(jīng)做過一個(gè)嘗試性認(rèn)知,理論上,迭代次數(shù)越高,網(wǎng)格精度越好。于是我將迭代次數(shù)逐漸提高,最后逼近2倍,計(jì)算,得到的精度變化不大。所以,我猜測(cè),MAXWELL會(huì)自動(dòng)識(shí)別精度,換句話說,它自動(dòng)判斷,如果它認(rèn)為此處的精度良好,它就不在繼續(xù)做迭代,這是我的猜測(cè)。我曾經(jīng)有和ANSOFT的技術(shù)客服討論過這個(gè)問題,未果,但是,對(duì)方很肯定的說,MAXWELL的剖分規(guī)則是ANSOFT公司最引以為榮的。而且,這項(xiàng)技術(shù)也是他們獨(dú)家的。對(duì)于這種說法,我持中立態(tài)度,但是,既然ANSOFT被ANSYS收購了這么久,而它的網(wǎng)格剖分卻依舊不引入ANSYS的剖分規(guī)則,我想,這一定有原因,如果ANSOFT的技術(shù)不好,肯定會(huì)被更新,更優(yōu)越的技術(shù)取代,而且,ANSYS也是眼里容不得沙子的家伙,不可能放著ANSOFT垃圾網(wǎng)格不管,可是,既然ANSOFT直到現(xiàn)在還沒有改進(jìn)它的網(wǎng)格技術(shù),那么只有一種可能,它的網(wǎng)格技術(shù)是最好的。

寫在文末:

不管你是不是第一次使用MAXWELL,軟件的好壞不是掛在嘴上的。與其抱怨軟件的無能,不如另辟蹊徑提升自己才是正經(jīng)!!

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才