5. Phương pháp nghiên cứu
2.3 Phương pháp chia lưới trong bài toán mô phỏng
Chia lưới là một trong những khía cạnh quan trọng nhất của lĩnh vực mô phỏng kỹ thuật.Có quá nhiều phần tử lưới khiến việc giải bài toán trở nên lâu và nếu lưới quá thưa thì cũng dẫn đến các kết quả thiếu chính xác. ANSYS Meshing cung cấp một công cụ chia lưới để cân bằng những yêu cầu về mặt kỹ thuật này, để thu được lưới tốt cho mỗi bài toán mô phỏng theo cách tự động nhất có thể. Kỹ thuật chia lưới trong ANSYS được xây dựng dựa trên những công cụ chia lưới tốt nhất hiện nay.Những khía cạnh mạnh mẽ của các công cụ chia lưới này được tích hợp vào trong một môi trường duy nhất để tạo ra những khả năng chia lưới mạnh mẽ nhất có thể.
Hình 2.4 Chia lưới trong ANSYS
Môi trường chia lưới có tính tự động cao có thể dễ dàng tạo ra các loại lưới: Lưới tứ diện
Lưới lục diện
Lớp biên căng lăng trụ Lớp biên căng lục giác
Lõi lục giác
Lưới Đề-Các thích nghi vật thể Cut cell Cartesian
Các môi trường vật lý khác nhau yêu cầu các cách tiếp cận về lưới khác nhau.Các mô phỏng động lực học dòng chảy yêu cầu lưới có chất lượng cao cả về
32
hình dạng lẫn độ mượt khi có sự thay đổi về kích thước. Các mô phỏng về cơ học kết cấu thì cần sử dụng lưới hiệu quả vì thời gian thực hiện sẽ tăng lên khi số lượng phần tử lớn. Chia lưới trong ANSYS cho phép thiết lập về môi trường vật lý để chắc chắn rằng người dùng sử dụng đúng loại lưới với từng mô phỏng cụ thể.
Các tính năng của ANSYS Meshing
Công cụ chia lưới trong ANSYS Workbench được thiết kế với những tiêu chí chính:
1.Khả năng tham số hóa: tạo ra các tham số điều khiển hệ thống.
2.Tính ổn định: Các cập nhật mô hình luôn được thực hiện thành công trong hệ thống.
3.Tính tự động cao: Khả năng tự động mô phỏng theo qui trình cơ bản có thể được thực hiện với đầu vào giới hạn.
4.Tính mềm dẻo: khả năng thêm các điều khiển mà không ảnh hưởng đến quá trình thực hiện.
5.Khả năng tự động nhận biết các môi trường vật lý trong toàn bộ hệ thống phân tích.
6.Kiến trúc tương thích: Hệ thống mở, có thể gắn thêm một tiến trình riêng biệt: CAD trung gian, chia lưới trung gian, bộ giải trung gian v.v…
Bằng cách tích hợp công nghệ chia lưới tốt nhất vào trong quá trình mô phỏng, ANSYS Meshing đã cung cấp một giải pháp chia lưới toàn diện và hiện quả.
Phương pháp chia lưới lục diện
Công nghệ ANSYS Meshing cung cấp các phương pháp đa dạng để tạo ra lưới sáu mặt thuần túy hoặc lưới sáu mặt đa số (hex-dominant). Kiểu lưới, chất lượng lưới mong muốn và thời gian thực hiện quá trình chia lưới phụ thuộc vào độ phức tạp của mô hình,vì vậy ANSYS Meshing đã cung cấp một giải pháp mềm dẻo. Tự động tạo ra lưới lục diện hoặc hex-dominant một cách nhanh chóng, hoặc tạo ra lưới lục diện có sự kiểm soát chặt chẽ, cho giải pháp tối ưu hiệu quả và chính xác.
33
Hình 2.5Lưới lục diện của cụm phanh sử dụng sự kết hợp giữa các phương pháp chia lưới lục diện, bao gồm: mặt cong, mặt cong mỏng, đa miền (MultiZone) và
hex-dominant
Hình 2.6Chia lưới lục diện tự động, sử dụng phương pháp chia lưới (tự động phân tách mô hình để tạo ra toàn bộ lưới lục diện hoặc lục diện chủ yếu)
Phương pháp chia lướitrực giao
o Phương pháp chia lưới này tạo ra tỉ lệ phần trăm phần tử lưới lục diện cao trong trường xa, để nhận được chính xác các kết quả dòng chất lỏng.
o Được đặt trên bề mặt, các kiểu phần tử hỗn hợp được sử dụng cho phép lưới tạo ra các phần tử lưới phù hợp với các chi tiết về hình dạng.
34
o Các phần tử bề mặt có thể được “bơm căng” tạo ra lớp lăng trụ tròn hoặc lục diện để bắt được các vùng ảnh hưởng vật lý (tường bao).
o Tạo ra lưới lục diện nhanh chóng với thiết lập người dùng tối thiểu khiến cho phương pháp chia lưới này phù hợp với các mô hình hình học phức tạp trong mô phỏng tính toán động lực học dòng chảy (CFD).
Chia lưới mặt cong tự động
o Các vật thể có thể uốn cong được tự động nhận dạng và chia lưới với lưới lục diện khi có thể.
o Thiết lập tăng cạnh và mặt ghép nối/ ánh xạ được thực hiện tự động.
o Các đường dẫn uốn cong được tự động tìm thấy cho các miền/vật thể trong các cụm chi tiết đa vật thể.
o Các biên căng được định nghĩa thông qua mặt cong của các vật thể kết nối bị uốn cong.
o Các điều khiển kích thước và ánh xạ có thể được thêm vào, và các mặt nguồn được lựa chọn để thay đổi và thực hiện tạo mặt cong tự động.
o Thêm/chỉnh sửa phần phân tách/các lớp hình học vào mô hình sẽ hỗ trợ rất nhiều trong việc tự động hóa để thu được lưới lục diện thuần túy.
Chia lưới mặt cong mỏng
o Phương pháp chia lưới này nhanh chóng tạo ra lưới lục diện cho các chi tiết mỏng có nhiều mặt có dạng mặt nguồn và mặt đích.
o Phương pháp chia lưới này có thể sử dụng kết hợp với các phương pháp chia lưới khác.
o Các điều khiển kích thước và ánh xạ có thể được thêm vào, và các mặt nguồn được lựa chọn để thay đổi và thực hiện tạo mặt cong tự động.
35
Chia lưới mặt cong đa miền
o Phương pháp tạo mặt cong cao cấp này sử dụng để phân tách các cấu trúc liên kết tự động, cố gắng tự động tạo ra lưới lục diện thuần túy hoặc đa số trên các mô hình phức tạp.
o Cấu trúc liên kết bị phân tách được chia lưới với lưới ánh xạ hoặc lưới mặt cong nếu có thể. Lựa chọn này cho phép chia lưới tự do trong các cấu trúc liên kết con mà không bị ảnh hưởng bởi thiết lập lưới ánh xạ hoặc uốn cong.
o Phương pháp này hỗ trợ nhiều lựa chọn nguồn/đích.
o Các biên căng được định nghĩa thông qua mặt cong của các vật thể kết nối bị uốn cong.
o Các điều khiển kích thước và ánh xạ có thể được thêm vào, và các mặt nguồn được lựa chọn để thay đổi và thực hiện tạo mặt cong tự động.
Chia lưới Hex-dominant (lưới lục diện đa số)
o Phương pháp chia lưới này sử dụng biện pháp chia lưới phi cấu trúc để tạo ra lưới bề mặt quad-dominant sau đó điền đầy phần bên trong bởi lưới hex-dominant. o Phương pháp này thường tạo ra các phần tử lưới lục diện trên biên của chi tiết ngắn và dày, bên trong sử dụng lưới lai lục diện, trụ, hình chóp hoặc lưới tứ diện.
Phương pháp chia lưới tứ diện
Sự kết hợp mạnh mẽ và tự động chia lưới bề mặt, lớp biên căng và chia lưới tứ diện sử dụng các điều khiển vật lý mặc định để chắc chắn rằng lưới chất lượng cao phù hợp cho các mô phỏng đã được định nghĩa. Sử dụng các điều khiển cục bộ về kích thước, ghép nối, ánh xạ, cấu trúc liên kết ảo, pinch và các điều khiển khác để tăng khả năng mềm dẻo, linh hoạt nếu cần thiết.
36
Hình 2.7Chia lưới tự động CFD bao gồm các lớp biên căng cho các mô hình phức tạp như mô hình mũi khoan
Hình 2.8Chia lưới cấu trúc tự động với các phần tử tứ diện bậc hai có thể được sử dụng cho các mô hình phức tạp như chi tiết trên
Phương pháp chia lưới Patch-conforming
o Phương pháp này sử dụng cách tiếp cận từ dưới lên (tạo lưới bề mặt sau đó tạo lưới thể tích).
oCác thuật thoán chia lưới bề mặt đa tam giác được thực hiện ngầm bên dưới để chắc chắn lưới bề mặt chất lượng cao được tạo ra ngay từ lần đầu tiên.
37
oThể tích còn lại được chia lưới với cách tiếp cận chính diện cao cấp Delaunay, là sự kết hợp tốc độ của phương pháp Delaunay với lưới chuyển trơn của phương pháp tiếp cận chính diện nâng cao.
oXuyên suốt quá trình chia lưới này là các chức năng định kích thước cao cấp mà điều khiển duy trì dựa trên sự làm mịn, mượt và tăng cường chất lượng của lưới.
Phương pháp chia lưới Patch-independent
oPhương pháp này sử dụng cách tiếp cận từ trên xuống (tạo thể tích lưới trước sau đó tạo ra lưới bề mặt từ các biên).
o Khi mô hình xây dựng không tốt sẽ có nhiều vấn đề phổ biến xảy ra trong quá
trình chia lưới. Nếu sử dụng mô hình không tốt làm cơ bản để tạo ra lưới bề mặt thì lưới này thường xảy ra các điều không mong muốn (chất lượng tồi, vấn đề về kết nối, v.v...).
oPhương pháp Patch-Independent chỉ sử dụng hình học để kết hợp các mặt biên của lưới thành các vùng lưới quan tâm, do đó nó lờ đi các khe hở, các vùng gối lên nhau và vô số các vấn đề trong các công cụ chia lưới khác.
o Phần lưới thể tích được tạo ra trước lớp biên căng. Khi lưới thể tích đã tồn tại, các vấn đề về xung đột và các vấn đề phổ biến khác về lớp biên căng sẽ được biết trước.
Chú ý: Đối với chia lưới thể tích, lưới tứ diện thường cung cấp một giải pháp tự động hơn cùng với khả năng thêm các điều khiển lưới để tăng cường tính chính xác trong các vùng giới hạn. Ngược lại lưới lục diện thường được cung cấp các giải pháp chính xác hơn nhưng khó tạo ra.
Phương pháp chia lưới tấm và dầm
Đối với các tấm phẳng 2D (đối xứng trục) - Các mô hình tấm và dầm, ANSYS Meshing cung cấp các công cụ chia lưới hiệu quả tạo ra lưới chất lượng cao để đơn giản hóa một cách chính xác các mô hình vật lý.
38
Hình 2.9 Mô hình dầm cho cột điện cao thế
Hình 2.10Mô hình tấm 2-D với các lớp căng định nghĩa biên của mô hình
Chia lưới bề mặt mặc định
o Công cụ chia lưới đa bề mặt được sử dụng ngầm định để cung cấp lưới bề mặt một cách tự động và mạnh mẽ, bao gồm lưới tứ giác, lưới quad-dominant hoặc lưới bề mặt tam giác (hoàn toàn).
o Các điều khiển kích thước và ánh xạ có thể được thêm vào, và các mặt nguồn được lựa chọn để thay đổi và thực hiện tạo mặt cong tự động.
Chia lưới bề mặt đồng dạng
o Phương pháp này cung cấp thuật toán chia lưới đồng dạng, trực giao để áp đặt lưới bề mặt tứ diện hoặc quad-dominant cho mô hình, trong đó đã bỏ qua các chi tiết nhỏ để cung cấp khả năng điều khiển tối ưu dựa trên chiều dài cạnh.
39