SOLIDWORKS Simulation仿真中的网格控制

众所周知，结构仿真按照流程可以分为前处理、求解以及后处理，工程师的工作量主要体现在前处理阶段，前处理可能占据了整个仿真流程的50-60%的工作量。如图1所示，前处理中包含了模型的简化、分析类型的选择、材料的选择、接触、约束以及载荷的设定和网格划分等流程，本文我们主要关注Simulation的网格划分功能以及网格控制。

图1 结构仿真的常见流程

常规的规整的几何模型，我们还是比较容易划分网格的，而在实际项目中，可能我们的模型是图2、图3的这种复杂的几何，这种复杂的几何不仅仅可能源自于SOLIDWORKS本身的设计图档，也有可能是别的三维软件所导出的stp、x_t或者igs等形式的中间格式。可见图2模型，整体尺寸较大，而局部的小尺寸几何特征较多，图3的模型，整体尺寸较大，局部小尺寸特征也较多，且碎面非常多，有不少工程师在面对诸如这种模型的时候，特别是在网格划分的时候可能会显得特别困难。

图2 实际模型1                        图3 实际模型2

需要肯定的是，SOLIDWORKS Simulation是可以处理上述此类复杂模型的网格划分的，在处理这种复杂的几何的网格时，需要用户比较熟悉SOLIDWORS Simulation的三种网格的生成机制，当然由于SOLIDWORKS Simulation网格划分都是基于几何的，因此，几何在划分网格前也需要被修复，如破面、细小特征、自由面等，几何修复不在本次讨论范围内。

SOLDIWORKS Simulation网格划分的功能与细节如图4所示，接下来将要详解下述网格相关的内容

图4 网格划分功能

Ø  网格密度

网格密度可以分为粗糙、默认以及良好，随着指针从粗糙到默认到良好的拖拽，网格的密度会增加，网格尺寸会变小。该处的指针的拖拽，也会直接影响到下面“网格参数”中网格大小的量标。

需要注意的是，该处的网格密度设定属于全局网格范畴，影响到区域为参与仿真计算的所有区域。与此同时，不少用户认为当指针拖拽至良好时，就可以实现最小的网格，这种观点是不妥的，该处只能大体控制全局网格尺寸，实际上用户是可以在下方的网格大小中，实现比良好更小的网格尺寸。如图5、图6、图7、图8所示。

图5 默认网格（5.7mm）              图6 粗糙网格（11.4mm）

 图7 良好网格（2.8mm）              图8自主控制网格（1mm）

Ø  网格参数-标准网格

标准网格法是为后续进行网格划分的时候，使用Voronoi-Delaunay的网格化方案，所生成的单元网格大小一致性较高，其中包含了两个控制参数：

1、 整体大小：设定全局的平均单元尺寸，这个可以由软件根据几何体的面积、长度等因素默认生成，用户可以进行自定义。

2、 公差：公差默认为全局单元大小的5%执行。由于几何模型的尺寸不一定能整除整体大小尺寸，可能到最后会有一个尺寸非常小的网格生成，为了避免这种情况产生，所以使用公差来控制，将整体网格大小规范在单元整体大小和公差范围内波动，避免最终生成质量太差的单元

标准网格生成的图示如图9所示。

图9标准网格

Ø  网格参数-基于曲率的网格

基于曲率的网格划分方法可以在高区率的区域自动生成更多的单元，通常情况下，用于曲率较多的地方，如圆角，孔位等较多的工件的网格划分中。该方法包括了4个常见的参数：

1、 最大单元大小。最大单元大小为全局中的最大单元的尺寸

2、 最小单元大小。最小单元大小为全局中的最小单元的尺寸

3、 圆中最小单元数。指定圆中最少的单元数量，当大尺寸条件下存在小孔，可能即使在最小的单元大小划分下，圆孔的特征由于过小，依然可能存在问题，通过圆中最小单元数，强制孔的区域至少需要分布8个单元。

4、 单元大小增长比例。最小单元大小往最大单元大小生长过程中的每层单元的增长率，即其所指定的为高区率区域开始的全局单元是如何、多快地生长到最大单元大小的。当然，如果几何特征区域过小，也可能无法生长到最大单元大小。

基于曲率的网格生成的图示如图10所示。

图10 基于曲率的网格生成

Ø  网格参数-基于混合曲率的网格

激活基于混合曲率的网格。可对无法使用标准网格或基于曲率的网格进行网格化的模型使用基于混合曲率的网格。

基于混合曲率的网格在用于曲面和包络体网格化的单一中央处理器单元 (CPU) 上运行，这可能会减慢网格化流程。

有时，基于混合曲率的网格可解决网格化失败问题，生成实体网格，其具有比标准网格或基于曲率的网格品质更高的单元（高宽比例更低）。 基于混合曲率的网格器支持 h-自适应和 p-自适应方法。

基于混合曲率的网格与基于曲率的网格控制参数是一样的，均为4个参数对网格进行控制。这里不在赘述，具体可参考上述的“网格参数-基于曲率的网格”。相较于基于曲率的网格方法不同的是，对于复杂的模型、碎面多的模型，使用基于混合曲率的网格会更容易生成质量较好的单元，如图11、图12所示。

图11 实际模型1的网格                   图12 实际模型2的网格