浅谈Ansoft Maxwell网格划分【转发】

2017-05-10 by:CAE仿真在线来源:互联网

仅作探讨,欢迎拍砖!

曾经看到师兄一篇大作,将ANSYS和ANSOFT做过南慕容北乔峰的类比,真是崇拜得五体投地,一塌糊涂,屁滚尿流,接二连三,不三不四。个人比较欣赏乔峰大侠,遂,改投ANSOFT门下。想当年ANSYS的APDL用得忒熟无比,想想就此放弃,于心不忍,于是重操APDL。近日,在论坛上看到有人对MAXWELL 的网格剖分大发牢骚,甚至还恶言相向,GG我实在看不下去了,于是有此文。

就从网格剖分谈开去。

开篇之前,对比下面两幅图。

图1 ANSYS 映射网格剖分(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

图2 ANSOFT MAXWELL网格剖分(自适应剖分)

对比图1、2明眼人一看就知道显然是图1的网格划分优良。于是乎,俗人皆言:“MAXWELL网格剖分垃圾~~!!”

掌嘴!!我要说。

先声明,本人不是MAXWELL的死忠!个人更偏向于ANSYS的APDL,一看到那黑乎乎一块的经典界面,我就澎湃。即便如此,本人还是坚持MAXWELL的网格剖分很强大。

MAXWELL有两种网格剖分形式,其一,如上图2所示的自适应剖分;其二,手动剖分。其中手动剖分又分为二,其一,选择剖分;其二,内部剖分。其中,选择剖分又分为二,其一,基于长度;其二,基于表层深度。为何一个网格剖分要纠结如斯?我要说,因为MAXWELL人性化。比如说,为何手动剖分又要分为表层剖分和内部剖分,因为,表层剖分主要是针对集肤效应而言,大家都知道,集肤效应主要集中在导磁体表面,可是如何做到从内到外将网格剖分从疏到密的剖分呢?我们可以采用MAXWELL提供的表层剖分功能。

至此有人又要叫嚣了:“诶,你看,明明ANSYS网格剖分要比ANSOFT网格剖分来的均匀而细致。”

我要说,对!!

爸特!!!

针对不同分析,网格也呈现出不一样的规律性。比如说,对于结构分析,那么我们当然希望网格剖分能够均匀,这样计算应力才会准确。而对于流体力学来说,我们则希望网格剖分随着流体的流动方向呈现出渐变变化。而对于电磁场来说,我们则希望,在气隙部分能够划分得密一些,而对于其他对磁场影响不大的环节我们希望网格划分的疏一些,这样,就可以充分利用PC的硬件资源。毕竟,升级电脑花的米不是小数目。

好,如何对MAXWELL进行网格设置?像图2所示那样进行自适应剖分就可以了吗?

答曰:“你是天才,自适应剖分就可以了。”

如果就此搁笔,我想是个人都会拿砖拍我。好吧。后半句是:“如果你想更完美一些,可以利用MAXWELL的手动剖分功能。不过有利也有弊,手动剖分很大程度上依赖于经验。你懂的~~~”

以下表述将主要借助贴图和文字的形式,换句话说,以下内容将会是图文并茂!

问题1:MAXWELL 在哪里进行手动剖分?

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

图3

选中需要剖分的对象------>右击上图的mesh operations ---->assign----->inside selections---->length based---->弹出如下对话框

上图为两种方法设置网格大小(即可控制网格疏密情况)

上图中的设置边长和设置网格数,切记,是最大边长和最大单元格数量。注意看是最大。

举例说明。在2D 环境下建立一个10X10的正方形。

通过三种手段对其进行网格剖分。

方案一:设置单元格最大边长为5mm,对于网格数量不做限制(既,将网格数后面的勾去掉!!)如下图:

关键点来了!!

问:设置好后,如何查看网格划分结果?

答:丫,你太有才了。这步很关键!!很多人,特别是新手,往往不大关心网格剖分的好坏情况。其实,“新手”不能作为你偷懒的借口,既然是工程,就得精益求精,做到完美。

操作方法:

project manager--->Analysis---->右击------>apply mesh operations---->如果你是跑的复杂3D模型,你的配置又烂的话,我建议你此刻可以去泡壶咖啡,或是去趟厕所,或是伸伸懒腰,或是~~~~,总之不要瞪着屏幕,它在算。给它点时间。

GG我这里不得不吹一下(看我写的这么辛苦的份上,让我显摆一下,谁让我是俗人。)由于我用的是服务器,CPU:Intel® Xeon® Processor X5690 (12M Cache, 3.46 GHz, 6.40 GT/s Intel® QPI),6核,虚拟12核。内存:单根8G,DDR3,为组成3通道,配了6根,一共48G。于是,网格剖分,秒杀。

程序提示网格剖分结束后,点击需要查看网格的对象(以旋转电机为例,可以单独选择空气层,也可以单独选择定子,或转子,分别查看网格剖分结果),然后project manager--->field overlaps---->右击------>plot mesh---->弹出对话框----->DONE

得到如下的网格剖分结果:

从上图可以看出,由于该矩形为10*10,AB两点的距离为5,满足单元边长设置条件(最大值为5.),这里,我推测MAXWELL内部程序应该有一套自己的剖分规则。我认为,其他各边的剖分应该是AC BC剖分。换句话说,MAXWELL 的剖分将优先满足预设值的最大剖分,但是,我强调一点,满足预设值的最大剖分,并不是说,最大剖分边界必须为我们设置的5mm。(这段理解有点绕口,因为我是口吃!!嘎~~~),关于剖分规则我也只是推测,下文还会论述我的推测。

这里又是一个关键!!

问:如果发现上面的网格剖分结果不理想(太密或太疏),如何重新设置,重新剖分??

答:project manager--->Analysis---->右击------>revert to initial mesh---->重新设置网格尺寸(这步操作必须要,否则,就算你重新设置了网格尺寸,你得到的依然是第一次网格剖分的结果,我刚用的时候就在这个问题上撞墙数次,头破血流!!)

方案二:设置网格数量为2,单元格最大边长不做限制(既,将后面的勾去掉!!操作如上,在此不图!!)

操作方法如上,不赘述。得到如下的网格剖分结果:

这里又牵涉到一个网格剖分规则问题,我是这样理解的,MAXWELL的最大网格数量设置,应该理解为,网格最大剖分次数。比如说,我上面设置的是2.换句话说,就是剖分两次。可是剖分两次为何会得到上图的4个单元呢?我认为,这里的剖分规则是沿着AB剖分一次,在沿着CD剖分一次,一共剖分两次,得到4个单元。这里只是我的推测。等到有空闲的时候,我会对这个剖分规则做进一步的认识,如果有达人认知,请告知,不胜感谢!!

方案三:同时约束单元最大边长和单元最大数量(既两个勾都选上。)

这里又分为两种设置方案:

其一:单元最大边长设置得到的网格数大于单元最大数量设置的剖分次数

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

不急一个个来讨论

前提:同时约束单元最大边长和单元最大数量(既两个勾都选上。)

首先提出一个命题:当“单元最大边长”设置得到的网格数大于“单元最大数量”设置的剖分次数时,MAXWELL将无视“单元最大边长”设置操作。

举例证明:

仍以上文的10*10矩形块为例做网格剖分,设置最大单元边长为5,最大单元数量为2。

好,我们来做个假设,如果只设置最大单元边长为5,而对最大单元数量不做限制(将勾取消),得到上文图4的剖分结果,可以数数看,单元为几个(我就不去数了。)?如果设置最大单元数目为2,而对于最大单元边长不做限制(将勾取消),得到上文图5的剖分结果。对比一下就发现,单元最大边长设置得到的网格数大于单元最大数量设置的剖分次数。

讨论以上命题是否成立?

举例证明:

同时约束单元最大边长和单元最大数量(既两个勾都选上。)并且设置如下图所示:

点击OK。然后查看网格剖分结果,如下图:

发现,剖分结果同只勾选“单元最大数目”得到的网格一致,所以,该命题成立!!!!

用同样的例举法证明下面命题:

当“单元最大边长”设置得到的网格数小于“单元最大数量”设置的剖分次数时,MAXWELL将无视“单元最大数量”设置操作。

同样例举法,如果只限制单元最大数量为1000。而,单元最大边长不做限制。剖分后得到如下网格:

对比上文的图4,一目了然。

好,现在我们将同时约束单元最大边长和单元最大数量(既两个勾都选上。)并且设置如下图所示:

点击OK。得到如下网格剖分;

好了,得到如图4的剖分结果,所以,上面命题成立。

最后可以得到这样一个结论。当同时约束单元最大边长和单元最大数量(既两个勾都选上。),谁大,谁作废!!!!这个结论很重要,也许你现在用不到,以后随着项目的深入,就会受益!!

到这里就该结束了!!

最后,我告诉大家,上面所讨论的所有网格操作,以及得到的网格剖分都是MAXWELL的初始网格剖分。而MAXWELL的最终网格剖分远不只如此。MAXWELL 的剖分是遵循迭代的多次剖分,换句话说,只有当你点击analyze all计算结束后,才能看到最终的剖分结果,看到这里是不是感觉有点像看Hollywood大片的感觉,最后抛出一个悬念,告诉你,你看了半天都是白看。嘎~~!!

最后点题:MAXWELL的迭代次数是可以手动修改了,软件默认为10,在哪里?

project manager--->Analysis---->右击------>Add solution setup---->如下图:

这里我曾经做过一个尝试性认知,理论上,迭代次数越高,网格精度越好。于是我将迭代次数逐渐提高,最后逼近2倍,计算,得到的精度变化不大。所以,我猜测,MAXWELL会自动识别精度,换句话说,它自动判断,如果它认为此处的精度良好,它就不在继续做迭代,这是我的猜测。我曾经有和ANSOFT的技术客服讨论过这个问题,未果,但是,对方很肯定的说,MAXWELL的剖分规则是ANSOFT公司最引以为荣的。而且,这项技术也是他们独家的。对于这种说法,我持中立态度,但是,既然ANSOFT被ANSYS收购了这么久,而它的网格剖分却依旧不引入ANSYS的剖分规则,我想,这一定有原因,如果ANSOFT的技术不好,肯定会被更新,更优越的技术取代,而且,ANSYS也是眼里容不得沙子的家伙,不可能放着ANSOFT垃圾网格不管,可是,既然ANSOFT直到现在还没有改进它的网格技术,那么只有一种可能,它的网格技术是最好的。

写在文末:

不管你是不是第一次使用MAXWELL,软件的好坏不是挂在嘴上的。与其抱怨软件的无能,不如另辟蹊径提升自己才是正经!!

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