3.3　ANSYS Workbench其他网格划分工具

ANSYS Workbench软件除了自带的强大几何模型网格划分工具—Mechanical，还有一些专业的网格划分工具，如ICEM CFD、TGrid、Gambit等。这些工具具有非常强大的网格划分能力，同时能根据不同需要划分出满足不同第三方软件格式要求的有限元网格，如划分完的网格支持Abaqus、Nastran等主流的有限元分析软件的格式。

由于本书的篇幅限制，不能一一讲解，仅对以上3种网格划分软件的基本功能进行简要介绍。

3.3.1　ICEM CFD软件简介

ICEM CFD是The Integrated Computer Engineering and Manufacturing code for Computational Fluid Dynamics的简称，是专业的CAE前处理软件。

作为专业的前处理软件，ICEM CFD可以为所有流行的CAE软件提供高效、可靠的分析模型。它拥有强大的CAD模型修复能力、自动中面抽取功能、独特的网格“雕塑”技术、网格编辑技术及广泛的求解器支持能力。同时，作为ANSYS家族的一款专业分析软件，它还可以集成于ANSYS Workbench平台，获得Workbench的所有优势。

ICEM CFD软件功能如下所述。

（1）直接几何接口（CATIA、CADDS5、ICEM Surf/DDN、I-DEAS、SolidWorks、Solid Edge、Pro/ENGINEER和Unigraphics）。

（2）忽略细节特征设置：自动忽略几何缺陷及多余的细小特征。

（3）对CAD模型的完整性要求很低，提供完备的模型修复工具，方便处理“烂模型”。

（4）“一劳永逸”的Replay技术，可以对改变几何尺寸后的几何模型自动重划分网格。

（5）方便的网格“雕塑”技术，可以实现对任意复杂的几何体进行纯六面体网格划分。

（6）快速地自动生成以六面体为主的网格。

（7）自动检查网格质量，自动进行整体平滑处理，自动重划分“坏单元”，可视化修改网格质量。

（8）超过100种求解器接口，如Fluent、ANSYS、CFX、Nastran、Abaqus、LS-Dyna、ICEM CFD的网格划分模型。

下面介绍几种网格。

1．Hexa Meshing六面体网格

在ANSYS ICEM CFD中，六面体网格划分采用了由上至下的“雕塑”方式，可以生成多重拓扑块的结构和非结构化网格。整个过程实现了半自动化，使用户可以在短时间内掌握原本只能由专家进行的操作；采用先进的O-Grid等技术，使用户可以方便地在ICEM CFD中对非规则几何形状画出高质量的O形、C形、L形六面体网格。

2．Tetra Meshing四面体网格

四面体网格适合对结构复杂的几何模型进行快速、高效的网格划分。在ICEM CFD中，四面体网格的生成实现了自动化，系统可以自动对已有的几何模型生成拓扑结构。用户只需要设定网格参数，就可以由系统自动、快速地生成四面体网格。系统还提供了丰富的工具，使用户能够对网格质量进行检查和修改。

3．Prism Meshing棱柱型网格

棱柱型网格主要用于在四面体总体网格中对边界层的网格进行局部细化，或者用于不同形状网格（Hexa和Tetra）之间的过渡。与四面体网格相比，棱柱型网格更为规则，能够在边界层处提供较好的计算区域。

3.3.2　TGrid软件简介

TGrid是一款专业的前处理软件，用于在复杂和非常庞大的表面网格上生成非结构化的四面体网格和六面体核心网格。TGrid提供高级的棱柱层网格生成工具，包含冲突检测和尖角处理的功能。

TGrid还拥有一套先进的包裹程序，可以在一组由小面构成的非连续表面基础上生成高质量的、基于尺寸函数的连续三角化表面网格。

TGrid软件的健壮性及自动化算法节省了前处理时间，产生的高质量网格可以提供给ANSYS Fluent软件进行计算流体动力学分析。

表面或体网格可以从Gambit、ANSYS结构力学求解器、CATIA®、I-DEAS®、Nastran®、PATRAN®、Pro/ENGINEER®、Hypermesh®等多款软件中直接导入TGrid。

TGrid拥有大量的修补工具，可以改善导入的表面网格质量，快速地将多个部件的网格装配起来。

TGrid的网格质量诊断工具使得对网格大小和质量的检查非常简单。

TGrid软件功能如下所述。

（1）TGrid使用笛卡儿悬挂节点六面体、四面体、棱锥体、棱柱体（楔形体或六面体），以及在二维情况下的三角形和四边形等生成先进的混合类型体网格。

（2）先进的基于尺寸函数的表面包裹技术，拥有手动或自动的漏洞修复工具。

（3）包裹后的操作有特征边烙印、粗化、区域提取和质量提升工具。

（4）棱柱层网格的生成使用了包含自动接近率处理的先进边界层方法。

（5）生成六面体核心和前沿推进法四面体体积网格。

（6）改善表面网格和体积网格质量的工具。

（7）操作表面/单元区域的工具。

（8）使用Delaunay三角划分方法进行表面生成和网格划分。

（9）生成、交叉、修补、替换和改善边界网格的工具。

（10）TGrid可以从ANSYS前处理Gambit中导入边界网格，也可以从很多第三方前处理工具中导入。

3.3.3　Gambit软件功能

Gambit是为了帮助分析者和设计者建立并网格化计算流体动力学分析（CFD）模型，以及进行其他科学应用而设计的一个软件包。

Gambit通过用户界面（GUI）来接收用户的输入。Gambit GUI可以简单又直接地进行建立模型、网格化模型、指定模型区域大小等基本步骤，这对很多的模型应用来说已经足够了。

作为面向CFD的高质量的前处理器，Gambit的主要功能包括几何建模和网格生成。由于Gambit本身所具有的强大功能及快速的更新能力，在目前所有的CFD前处理软件中，Gambit稳居上游。

Gambit软件具有以下特点。

（1）具有ACIS内核基础上的全面三维几何建模能力，可以通过多种方式直接建立点、线、面、体，而且具有强大的布尔运算能力，已将ACIS内核提高为ACIS R12，大大领先于其他CAE软件的前处理器。

（2）可对自动生成的Journal文件进行编辑，以自动控制、修改或生成新几何体与网格。

（3）可以导入Pro/E、UG、CATIA、Solidworks、ANSYS、PATRAN等大多数CAD/CAE软件所建立的几何体和网格。导入过程新增了自动公差修补的几何功能，以保证Gambit与CAD软件接口的稳定性和保真性，使得几何体质量高，并大大减轻工程师的工作量。

（4）新增Pro/E、CATIA等直接接口，使得导入过程更加直接和方便。

（5）强大的几何体修正功能，在导入几何体时会自动合并重合的点、线、面；新增几何体修正工具条，在消除短边、缝合缺口、修补尖角、去除小面、去除单独辅助线和修补倒角时更加快速、自动、灵活，而且可以准确保证几何体的精度。

（6）G/TURBO模块可以准确而高效地生成旋转机械中的各种风扇及转子、定子等的几何模型和计算网格。

（7）强大的网格划分能力，可以划分包括边界层等特殊要求的高质量网格。Gambit中专用的网格划分算法可以保证在复杂的几何区域内直接划分出高质量的四面体、六面体网格或混合网格。

（8）先进的六面体核心（HEXCORE）技术是Gambit所独有的，集成了笛卡儿网格和非结构网格的优点，使用该技术划分网格会更加容易，而且大大节省了网格数量，提高了网格质量。

（9）居于行业领先地位的尺寸函数（Size Function）功能可以使得用户自主控制网格的生成过程及在空间上的分布规律，使得网格的过渡与分布更加合理，最大限度地满足CFD的需要。

（10）Gambit可高度智能化地选择网格划分方法，可对极其复杂的几何区域划分出与相邻区域网格连续的完全非结构化的混合网格。

（11）新版本中增加了新的附面层网格生成器，可以方便地生成高质量的附面层网格。

（12）可为Fluent、Polyflow、FIDAP、ANSYS等解算器生成和导出所需要的网格格式。