Ansys Meshing
功能
應(yīng)用
案例
Ansys Meshing 是 Ansys Workbench 中的應(yīng)用軟件,能夠根據(jù)不同的仿真對(duì)象和仿真域,提供相應(yīng)的網(wǎng)格生成解決方案, 將 Ansys 擁有的網(wǎng)格技術(shù)集成在統(tǒng)一的設(shè)計(jì)環(huán)境中,自動(dòng)生成用于流體、結(jié)構(gòu)、電磁場仿真的網(wǎng)格。
網(wǎng)格生成方面
多種網(wǎng)格類型:Ansys Meshing 確實(shí)支持生成四面體網(wǎng)格、六面體網(wǎng)格、棱柱體網(wǎng)格等多種類型,在實(shí)際應(yīng)用中,如對(duì)復(fù)雜形狀的機(jī)械零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí),四面體網(wǎng)格可很好地貼合其不規(guī)則外形;對(duì)于一些規(guī)則的流體管道,六面體網(wǎng)格則能更準(zhǔn)確地模擬流體流動(dòng) 。
多種生成方法:Patch Conforming 方法在處理大多數(shù)常規(guī)幾何模型時(shí),能自動(dòng)生成質(zhì)量較高的四面體網(wǎng)格,是較為常用的方法之一 。而 Patch Independent 方法對(duì)于具有大量小特征的復(fù)雜模型,通過抑制小特征來實(shí)現(xiàn)快速網(wǎng)格劃分,在處理如具有精細(xì)紋理的電子產(chǎn)品外殼模型時(shí)較為實(shí)用 。
網(wǎng)格控制與優(yōu)化方面
全局尺寸控制:軟件可以基于幾何特征尺度自動(dòng)計(jì)算全局網(wǎng)格尺寸,同時(shí)用戶可通過尺寸函數(shù),如基于曲率、臨近特征等因素實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的網(wǎng)格加密,在對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí),可通過這種方式確保關(guān)鍵部位如活塞與缸壁接觸處的網(wǎng)格足夠精細(xì),以準(zhǔn)確模擬其工作時(shí)的受力和熱傳遞情況 。
局部尺寸控制:能夠?qū)μ囟ǖ膸缀螀^(qū)域進(jìn)行局部的網(wǎng)格尺寸設(shè)置,比如在對(duì)飛機(jī)機(jī)翼進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí),可對(duì)機(jī)翼前緣和后緣等關(guān)鍵部位進(jìn)行局部加密,提高模擬的準(zhǔn)確性 。
模型處理與設(shè)置方面
多部件網(wǎng)格劃分:對(duì)于由多個(gè)部件構(gòu)成的復(fù)雜模型,如大型機(jī)械裝備中的多個(gè)連接部件,Ansys Meshing 能自動(dòng)為重疊面建立 “Contact Region” 并獨(dú)立劃分網(wǎng)格,也可在 SpaceClaim 中實(shí)現(xiàn)實(shí)體共享拓?fù)?,形成共同?jié)點(diǎn)網(wǎng)格,確保各部件之間的連接和相互作用在仿真中得到準(zhǔn)確體現(xiàn) 。
編組與命名選擇:用戶可以將幾何或者單元進(jìn)行編組,方便對(duì)特定的幾何或網(wǎng)格特征進(jìn)行選擇和操作,例如在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中的梁、柱等不同構(gòu)件進(jìn)行分析時(shí),可通過編組快速選擇并設(shè)置不同的材料屬性和邊界條件 。
與其他軟件集成方面
求解器集成:Ansys Meshing 能匹配不同求解器對(duì)網(wǎng)格的輸入要求,無論是 CFD 求解器中的 Fluent、CFX,還是 Mechanical 求解器中的 Explicit Dynamics、Implicit 等,都能確保生成的網(wǎng)格可直接用于相應(yīng)的仿真分析,在多物理場耦合仿真中發(fā)揮著重要作用,如對(duì)流體 - 結(jié)構(gòu)相互作用問題的模擬 。
CAD 軟件集成:與常見的 CAD 軟件具有良好的兼容性,可直接導(dǎo)入 STEP、IGES 等格式的 CAD 模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和仿真一體化流程中,設(shè)計(jì)師可在完成 CAD 設(shè)計(jì)后,無縫切換到 Ansys Meshing 進(jìn)行網(wǎng)格劃分和仿真分析,提高工作效率 。
輔助分析功能方面
網(wǎng)格質(zhì)量檢查:可以按照網(wǎng)格質(zhì)量渲染模型,突出顯示模型中網(wǎng)格質(zhì)量差的區(qū)域,還能生成網(wǎng)格質(zhì)量柱狀圖,展示網(wǎng)格在不同質(zhì)量范圍的數(shù)量分布,幫助用戶直觀了解網(wǎng)格質(zhì)量狀況,以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)可能影響仿真結(jié)果的網(wǎng)格問題,如在對(duì)電子芯片進(jìn)行熱分析時(shí),通過網(wǎng)格質(zhì)量檢查可確保芯片內(nèi)部的網(wǎng)格質(zhì)量,提高熱仿真的準(zhǔn)確性 。
網(wǎng)格剖面顯示:可顯示模型的網(wǎng)格剖面,展示兩側(cè)的單元,能在切割面上顯示完整或切割的單元,并且可以進(jìn)行拖拽,也可創(chuàng)建多個(gè)切割面,便于用戶觀察模型內(nèi)部的網(wǎng)格情況,在對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析時(shí),通過網(wǎng)格剖面顯示可更好地了解不同地層之間的網(wǎng)格分布和連接情況 。
參數(shù)化與自動(dòng)化方面
參數(shù)化輸入設(shè)置:支持參數(shù)化輸入,方便后期修改模型的幾何參數(shù)、網(wǎng)格參數(shù)等,實(shí)現(xiàn)快速更改仿真模型設(shè)置,在對(duì)不同設(shè)計(jì)方案下的產(chǎn)品性能進(jìn)行研究和優(yōu)化時(shí),可通過修改參數(shù)快速生成新的網(wǎng)格模型并進(jìn)行仿真分析,提高設(shè)計(jì)效率 。
自動(dòng)化處理:高度自動(dòng)化,自動(dòng)記錄設(shè)置過程,最小化用戶輸入,在處理大規(guī)模復(fù)雜模型的網(wǎng)格劃分時(shí),能顯著節(jié)省時(shí)間和精力,如對(duì)大型橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí),可快速自動(dòng)生成高質(zhì)量的網(wǎng)格 。
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航空航天領(lǐng)域
飛行器氣動(dòng)分析:對(duì)飛機(jī)、衛(wèi)星等飛行器的外流場進(jìn)行模擬分析,如計(jì)算飛行器在不同飛行姿態(tài)和速度下的空氣動(dòng)力特性、升力和阻力系數(shù)等,幫助優(yōu)化飛行器的外形設(shè)計(jì),提高飛行性能和燃油效率 。
發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與分析:用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的流場模擬,如燃燒室、渦輪等部件內(nèi)的燃燒、傳熱和流體流動(dòng)分析,確保發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和可靠性,同時(shí)也有助于減輕發(fā)動(dòng)機(jī)重量和提高燃油經(jīng)濟(jì)性。
汽車工業(yè)領(lǐng)域
整車空氣動(dòng)力學(xué)分析:模擬汽車在行駛過程中的外流場,研究車身周圍的氣流分布、壓力變化和空氣阻力等,從而優(yōu)化車身外形設(shè)計(jì),降低風(fēng)阻,提高燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛穩(wěn)定性 。
發(fā)動(dòng)機(jī)艙熱管理:對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的熱流和氣流進(jìn)行分析,合理布置散熱器、空調(diào)冷凝器等部件,確保發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下都能得到良好的散熱,防止過熱,提高汽車的可靠性和耐久性。
零部件強(qiáng)度與疲勞分析:對(duì)汽車的關(guān)鍵零部件,如發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、連桿、變速器齒輪等進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞分析,通過精確的網(wǎng)格劃分,模擬零部件在實(shí)際工作條件下的受力情況,預(yù)測(cè)其使用壽命,優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,提高零部件的可靠性和安全性。
能源領(lǐng)域
燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)與優(yōu)化:對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室、葉片等部件進(jìn)行流場和溫度場模擬,優(yōu)化燃燒過程,提高燃燒效率,降低污染物排放,同時(shí)確保葉片等部件在高溫高壓環(huán)境下的可靠性和耐久性。
太陽能光伏系統(tǒng)分析:用于太陽能電池板的熱分析和結(jié)構(gòu)分析,研究電池板在不同光照和溫度條件下的性能變化,以及在風(fēng)載、雪載等外力作用下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,優(yōu)化電池板的安裝方式和支撐結(jié)構(gòu),提高太陽能光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率和可靠性。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片分析:對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和氣動(dòng)彈性分析,模擬葉片在強(qiáng)風(fēng)作用下的受力和變形情況,優(yōu)化葉片的外形和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提高葉片的抗疲勞性能和發(fā)電效率,延長葉片的使用壽命。
電子電器領(lǐng)域
芯片散熱分析:對(duì)集成電路芯片進(jìn)行熱分析,精確模擬芯片內(nèi)部的熱傳導(dǎo)和熱分布,優(yōu)化芯片的封裝結(jié)構(gòu)和散熱方案,確保芯片在高功率運(yùn)行時(shí)的溫度不超過安全極限,提高芯片的性能和可靠性。
電子設(shè)備電磁兼容性分析:用于電子設(shè)備的電磁輻射和電磁干擾分析,通過對(duì)設(shè)備內(nèi)部的電磁場分布進(jìn)行模擬,優(yōu)化電路布局和屏蔽設(shè)計(jì),降低電磁干擾,提高設(shè)備的電磁兼容性,確保設(shè)備在復(fù)雜的電磁環(huán)境中正常工作。
生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域
人體生物流體模擬:對(duì)人體內(nèi)部的血液流動(dòng)、呼吸氣流等生物流體進(jìn)行模擬分析,研究心血管疾病、呼吸道疾病等的發(fā)病機(jī)制,為疾病的診斷和治療提供理論依據(jù),同時(shí)也可用于醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)和優(yōu)化,如血管支架、人工心臟瓣膜等。
骨骼與關(guān)節(jié)力學(xué)分析:對(duì)人體骨骼和關(guān)節(jié)進(jìn)行力學(xué)分析,模擬骨骼在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的受力情況,研究骨折、骨質(zhì)疏松等疾病的發(fā)生機(jī)制,為骨科手術(shù)和康復(fù)治療提供指導(dǎo),也有助于開發(fā)新型的骨科植入物和醫(yī)療器械。
化工與過程工業(yè)領(lǐng)域
化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計(jì)與優(yōu)化:對(duì)化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)、傳熱和化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行模擬,優(yōu)化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和操作參數(shù),提高反應(yīng)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,同時(shí)降低能耗和環(huán)境污染 。
管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析:對(duì)化工管道系統(tǒng)中的流體流動(dòng)進(jìn)行模擬,分析管道內(nèi)的壓力損失、流量分配和流體的混合情況,優(yōu)化管道的布局和尺寸,確保管道系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,防止泄漏和堵塞等事故的發(fā)生。
建筑與土木工程領(lǐng)域
建筑風(fēng)工程分析:對(duì)高層建筑、大跨度橋梁等建筑物在風(fēng)荷載作用下的響應(yīng)進(jìn)行模擬分析,研究建筑物表面的風(fēng)壓分布、風(fēng)振響應(yīng)等,優(yōu)化建筑的外形和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提高建筑物的抗風(fēng)性能和安全性。
結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與穩(wěn)定性分析:對(duì)建筑結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性分析,模擬結(jié)構(gòu)在自重、風(fēng)荷載、地震荷載等作用下的受力情況,評(píng)估結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性,為結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)依據(jù)。
應(yīng)用CFD于V型閥流體特性仿真實(shí)例
測(cè)試流體及測(cè)試程序
標(biāo)準(zhǔn)閥內(nèi)流體的測(cè)試程序如下:
A. 測(cè)試流體為不可壓縮流體(水)。
B. 測(cè)試系統(tǒng)須符合標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試區(qū)間。
C. 管道中流速不會(huì)高于13.7 m/s (45 ft/s)。
D. 閥門全開下(Travel 100%)測(cè)試,同時(shí)可畫分每10%下之開度量測(cè)其流量。
E. 閥之開度、上游壓力、壓力差、進(jìn)口溫度、測(cè)試流體以及相關(guān)之物理性質(zhì)應(yīng)于測(cè)試中被記錄。
Cv值計(jì)算:
·流體系數(shù)(Cv)=【Q×Gf】/【N1×FP ×△P0.5】
·Generalized(Cv)=Q/【△P/SG】0.5
·流體公式Cv = Qa ×(sg/△P)0.5
·氣體公式Cv = Q/1360 ×(sg×T/ △P)0.5 × 【2/(P1 +P2)】0.5
·Qa –Actual flow; △P-pressure drop P1-P2 ;T –Absolute flowing temperature( ℉ +460)