ANSYS Workbench 局部网格控制

ANSYS Workbench 局部网格控制实用指南 2025年版

——精细化仿真的关键操作解析

在进行结构仿真或流体分析时，局部网格控制是确保计算精度的重要手段。许多工程师在实际操作中发现，单纯依赖全局网格设置往往难以满足复杂区域的精度需求，这时候就需要局部网格控制来针对性调整。将围绕ANSYS Workbench 2025版本，深入讲解如何利用局部网格工具提升仿真模型的质量，包括各工具的具体应用场景、操作逻辑和常见技巧。

【1】为什么要使用局部网格控制？

局部网格控制的核心作用是对模型的关键区域进行精细化处理，是在几何结构复杂、应力集中或流体边界层等区域。在叶片、管道弯头或接触面附近，若仅使用全局网格划分，可能导致网格畸变或计算结果偏差。局部控制，手动指定这些部位采用更细的网格，兼顾计算效率与结果准确性。

2025年版本中，ANSYS Workbench进一步优化了局部网格工具的交互逻辑，使得工程师在面对非均匀几何体时，能更灵活地控制网格密度和分布。这种精细化操作对于汽车碰撞仿真、涡轮机械分析或建筑结构优化等实际工程场景尤为重要。

【2】局部网格控制工具详解 2025年版

在Workbench中，局部网格控制主要菜单栏中的Mesh节点展开。选择“插入”后，会弹出多个子工具，每个工具都有独特的功能定位。以下是几类关键工具的使用指南：

1. Mesh Method（网格划分方法）

1.1 自动网格划分（Automatic）

软件会自动识别几何结构的复杂程度，然后给出最合适的网格划分方案。对于简单模型，自动划分是最快捷的方式，但面对复杂几何体（如带有圆角、孔洞的模型），结合其他工具进行调整。

1.2 四面体网格（Tetrahedrons）

四面体网格适用于任意形状的几何体，是无法生成六面体网格的区域。其最大优势是快速生成且适应性强，但缺点是节点数量远高于六面体网格，且无法实现方向性排列。2025年版本中，四面体算法支持更智能的曲率识别功能，能自动检测高曲率区域并加密网格。

1.3 六面体主导网格（Hex Dominant）

若模型主体部分适合生成六面体网格，而局部区域需使用四面体或锥体单元，则选择六面体主导方法。这种方法兼顾效率和精度，适合机械装配体的仿真需求。2025年的改进在于对薄壁结构的自动识别能力，减少了手动调整的步骤。

1.4 扫掠网格（Sweep）

扫掠网格是将某一平面的网格沿指定方向扩展生成体网格。它特别适用于有明确拓扑规律的几何，例如车轮辐条或长方形管道。设置时需注意：源面和目标面必须遵循一致的拓扑结构，且扫掠路径不能跨越非连通区域。

2025年新增功能：扫掠划分支持动态路径调整，用户可拖动控制面板的路径方向优化网格质量，而无需重新定义源面。

【3】局部网格尺寸调整工具

在2025年的版本中，Sizing工具成为精细控制网格密度的核心。以下是四种常用方式：

1. 单元大小（Element Size）

直接选择需要细化的边、面或实体，设置网格尺寸。该方法生成的网格分布均匀，适合对**特定细节区域（如轴承座的内壁）**进行加密。

2. 分段数量（Number of Divisions）

定义边上的单元数量，例如设置为10段可将边缘细化为10个单元。此功能在应力集中区域的调整中非常实用，能有效避免网格畸变。

3. 球体影响范围（Sphere of Influence）

创建虚拟球体，对球体内的几何区域进行局部加密。将球体半径设为1mm，对中心区域的网格尺寸自动调整为1mm，确保多接触面或紧配合区域的高精度计算。

4. 偏置类型（Bias Type）

偏置功能允许网格在特定区域的密度变化，例如：

• 先疏后密：适用于边界面的变化梯度较小，可保证网格均匀过渡；
  
• 先密后疏：适合高曲率区域，如叶片弯曲部分；
  
• 中间密集两边稀疏：常用于焊缝或冲裁区域的细化需求。
  
  

2025年版本中，偏置功能支持动态调整分段数量，用户可可视化界面实时预览网格分布效果。

【4】接触面网格加密（Contact Sizing）

当模型中存在面-面或点-面接触时，Contact Sizing工具能确保接触区域的网格尺寸一致。在机械装配仿真中，不同部件接触面的网格若不统一，可能导致求解器计算发散。2025年版本中，用户可直接拖动接触面节点调整网格密度，无需手动指定边或面。

【5】网格细化操作（Refinement）

Refinement功能针对线和面进行网格加密，数值设置（1、2、3）决定细化程度。在螺钉螺纹处，设置为3生成更密集的网格，但需注意：过度细化可能增加计算时间。2025年工具支持多层级细化，允许在不同区域设置差异化的细化层级。

【6】映射面网格（Face Meshing）

映射面网格能生成规则分布的高质量面单元，适用于平面结构或对称几何体。若映射失败，软件会自动调整策略，但可在树状图中直观识别可映射面。2025年优化后，映射功能支持多面贴合，减少了只能单面映射的限制。

【7】匹配控制（Match Control）

在周期性结构（如涡轮叶片）或阵列部件中，Match Control能确保相邻面网格匹配，避免出现错位或非连续问题。设置时需先定义旋转轴和周期面，再圆柱坐标系精确定位。2025年版本中，匹配控制功能被大范围扩展，支持多轴旋转和偏移匹配。

【8】收缩控制（Pinch）

Pinch工具用于去除几何模型中的微小特征，如小孔或细缝。它仅对点和线起作用，能有效减少不必要的网格计算量。2025年版本提升了容差控制精度，用户可滑动条实时调整收缩范围，避免误删关键结构。

【9】边界层膨胀控制（Inflation）

对于流体仿真中需要关注边界层效应的场景，如冷却管内壁或汽车流线型表面，Inflation是最实用的工具。设置时需指定几何体、边界面和膨胀方式：

• 总厚度控制：指定层数和生长率，保证边界层的总厚度符合设计需求；
  
• 首层厚度控制：适用于需要精确模拟首层流体行为的场景，如湍流边界层分析；
  
• 平滑过渡：系统自动生成逐层递增的网格密度，2025年版本中，**过渡比（Transition Ratio）**可根据求解器（如CFX或Fluent）自动调整，减少用户手动调试的工作量。
  
  

【10】垫片与焊接网格设定

在2025年的仿真中，垫片模型和焊接区域的网格设定也有了更直观的操作方式。例如：

• 垫片网格：定义厚度方向时，系统会自动忽略膜应力，仅关注压缩或非线性行为，提升模拟效率；
  
• 焊接网格：“间歇焊缝”(Intermittent Seam)工具，可对焊接线附近加密网格，模拟热影响区的应力变化。
  
  

注意：所有垫片和焊接相关的网格控件都支持实时预览和参数联动调整，确保复杂装配体的网格设定更符合工程实际需求。

总结：局部网格控制的关键价值

2025年ANSYS Workbench的局部网格工具，不仅保留了经典功能，还智能化操作和图形化界面降低了学习门槛。无论您是机械工程师、流体分析师还是复合材料研究者，掌握这些调整技巧都能显著提升仿真结果的可信度。在实际项目中，结合全局与局部控制，先设定全模型基准网格，再逐项加密关键区域，才能实现高效、精准的模拟目标。

祝您仿真顺利，问题迎刃而解！