Chƣơng 1 : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
2.3. Phƣơng pháp chia lƣới trong bài tốn mơ phỏng
Chia lƣới là một trong những khía cạnh quan trọng nhất của lĩnh vực mơ phỏng kỹ thuật. Có q nhiều phần tử lƣới khiến việc giải bài toán trở nên lâu và nếu lƣới quá thƣa thì cũng dẫn đến các kết quả thiếu chính xác. ANSYS Meshing cung cấp một công cụ chia lƣới để cân bằng những yêu cầu về mặt kỹ thuật này, để thu đƣợc lƣới tốt cho mỗi bài tốn mơ phỏng theo cách tự động nhất có thể. Kỹ thuật chia lƣới trong ANSYS đƣợc xây dựng dựa trên những công cụ chia lƣới tốt nhất hiện nay.Những khía cạnh mạnh mẽ của các cơng cụ chia lƣới này đƣợc tích hợp vào trong một môi trƣờng duy nhất để tạo ra những khả năng chia lƣới mạnh mẽ nhất có thể.
Mơi trƣờng chia lƣới có tính tự động cao có thể dễ dàng tạo ra các loại lƣới: - Lƣới tứ diện
- Lƣới lục diện
- Lớp biên căng lăng trụ - Lớp biên căng lục giác
- Lõi lục giác
- Lƣới Đề-Các thích nghi vật thể - Cut cell Cartesian
Các môi trƣờng vật lý khác nhau yêu cầu các cách tiếp cận về lƣới khác nhau.Các mô phỏng động lực học dịng chảy u cầu lƣới có chất lƣợng cao cả về hình dạng lẫn độ mƣợt khi có sự thay đổi về kích thƣớc. Các mơ phỏng về cơ học kết cấu thì cần sử dụng lƣới hiệu quả vì thời gian thực hiện sẽ tăng lên khi số lƣợng phần tử lớn. Chia lƣới trong Ansys cho phép thiết lập về môi trƣờng vật lý để chắc chắn rằng ngƣời dùng sử dụng đúng loại lƣới với từng mơ phỏng cụ thể.
a) Các tính năng của Ansys Meshing và các cơng cụ chia lưới tích hợp khác trong Ansys
31
- Khả năng tham số hóa: tạo ra các tham số điều khiển hệ thống.
- Tính ổn định: Các cập nhật mơ hình ln đƣợc thực hiện thành cơng trong hệ thống.
- Tính tự động cao: Khả năng tự động mơ phỏng theo qui trình cơ bản có thể đƣợc thực hiện với đầu vào giới hạn.
- Tính mềm dẻo: khả năng thêm các điều khiển mà khơng ảnh hƣởng đến q trình thực hiện.
- Khả năng tự động nhận biết các môi trƣờng vật lý trong tồn bộ hệ thống phân tích.
- Kiến trúc tƣơng thích: Hệ thống mở, có thể gắn thêm một tiến trình riêng biệt: CAD trung gian, chia lƣới trung gian, bộ giải trung gian v.v…
Bằng cách tích hợp cơng nghệ chia lƣới tốt nhất vào trong q trình mơ phỏng, Ansys Meshing đã cung cấp một giải pháp chia lƣới toàn diện và hiện quả.
b) Phương pháp chia lưới lục diện
Công nghệ Ansys Meshing cung cấp các phƣơng pháp đa dạng để tạo ra lƣới sáu mặt thuần túy hoặc lƣới sáu mặt đa số (hex-dominant). Kiểu lƣới, chất lƣợng lƣới mong muốn và thời gian thực hiện quá trình chia lƣới phụ thuộc vào độ phức tạp của mơ hình,vì vậy Ansys Meshing đã cung cấp một giải pháp mềm dẻo. Tự động tạo ra lƣới lục diện hoặc hex-dominant một cách nhanh chóng, hoặc tạo ra lƣới lục diện có sự kiểm sốt chặt chẽ, cho giải pháp tối ƣu hiệu quả và chính xác.
Phương pháp chia lưới trực giao:
- Phƣơng pháp chia lƣới này tạo ra tỉ lệ phần trăm phần tử lƣới lục diện cao trong trƣờng xa, để nhận đƣợc chính xác các kết quả dòng chất lỏng.
- Đƣợc đặt trên bề mặt, các kiểu phần tử hỗn hợp đƣợc sử dụng cho phép lƣới tạo ra các phần tử lƣới phù hợp với các chi tiết về hình dạng.
- Các phần tử bề mặt có thể đƣợc “bơm căng” tạo ra lớp lăng trụ tròn hoặc lục diện để bắt đƣợc các vùng ảnh hƣởng vật lý (tƣờng bao).
- Tạo ra lƣới lục diện nhanh chóng với thiết lập ngƣời dùng tối thiểu khiến cho phƣơng pháp chia lƣới này phù hợp với các mơ hình hình học phức tạp trong mơ phỏng tính tốn động lực học dòng chảy (CFD).
- Các vật thể có thể uốn cong đƣợc tự động nhận dạng và chia lƣới với lƣới lục diện khi có thể.
- Thiết lập tăng cạnh và mặt ghép nối/ ánh xạ đƣợc thực hiện tự động.
- Các đƣờng dẫn uốn cong đƣợc tự động tìm thấy cho các miền/vật thể trong các cụm chi tiết đa vật thể.
- Các biên căng đƣợc định nghĩa thông qua mặt cong của các vật thể kết nối bị uốn cong.
- Các điều khiển kích thƣớc và ánh xạ có thể đƣợc thêm vào, và các mặt nguồn đƣợc lựa chọn để thay đổi và thực hiện tạo mặt cong tự động.
- Thêm/chỉnh sửa phần phân tách/các lớp hình học vào mơ hình sẽ hỗ trợ rất nhiều trong việc tự động hóa để thu đƣợc lƣới lục diện thuần túy.
Chia lưới mặt cong mỏng:
- Phƣơng pháp chia lƣới này nhanh chóng tạo ra lƣới lục diện cho các chi tiết mỏng có nhiều mặt có dạng mặt nguồn và mặt đích.
- Phƣơng pháp chia lƣới này có thể sử dụng kết hợp với các phƣơng pháp chia lƣới khác.
- Các điều khiển kích thƣớc và ánh xạ có thể đƣợc thêm vào, và các mặt nguồn đƣợc lựa chọn để thay đổi và thực hiện tạo mặt cong tự động.
Chia lưới mặt cong đa miền:
- Phƣơng 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 lƣới lục diện thuần túy hoặc đa số trên các mơ hình phức tạp.
- Cấu trúc liên kết bị phân tách đƣợc chia lƣới với lƣới ánh xạ hoặc lƣới mặt cong nếu có thể. Lựa chọn này cho phép chia lƣới tự do trong các cấu trúc liên kết con mà không bị ảnh hƣởng bởi thiết lập lƣới ánh xạ hoặc uốn cong.
- Phƣơng pháp này hỗ trợ nhiều lựa chọn nguồn/đích.
- Các biên căng đƣợc định nghĩa thông qua mặt cong của các vật thể kết nối bị uốn cong.
- Các điều khiển kích thƣớc và ánh xạ có thể đƣợc thêm vào, và các mặt nguồn đƣợc lựa chọn để thay đổi và thực hiện tạo mặt cong tự động.
33
- Phƣơng pháp chia lƣới này sử dụng biện pháp chia lƣới phi cấu trúc để tạo ra lƣới bề mặt quad-dominant sau đó điền đầy phần bên trong bởi lƣới hex- dominant.
- Phƣơng pháp này thƣờng tạo ra các phần tử lƣới lục diện trên biên của chi tiết ngắn và dày, bên trong sử dụng lƣới lai lục diện, trụ, hình chóp hoặc lƣới tứ diện.
c) Phương pháp chia lưới tứ diện
Sự kết hợp mạnh mẽ và tự động chia lƣới bề mặt, lớp biên căng và chia lƣới tứ diện sử dụng các điều khiển vật lý mặc định để chắc chắn rằng lƣới chất lƣợng cao phù hợp cho các mô phỏng đã đƣợc định nghĩa. Sử dụng các điều khiển cục bộ về kích thƣớc, 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.
Phương pháp chia lưới Patch-conforming:
- Phƣơng pháp này sử dụng cách tiếp cận từ dƣới lên (tạo lƣới bề mặt sau đó tạo lƣới thể tích).
- Các thuật thốn chia lƣới bề mặt đa tam giác đƣợc thực hiện ngầm bên dƣới để chắc chắn lƣới bề mặt chất lƣợng cao đƣợc tạo ra ngay từ lần đầu tiên.
- Từ lƣới bề mặt, các lớp biên căng có thể đƣợc tạo ra thông qua một vài kỹ thuật.
- Thể tích cịn lại đƣợc chia lƣới với cách tiếp cận chính diện cao cấp Delaunay, là sự kết hợp tốc độ của phƣơng pháp Delaunay với lƣới chuyển trơn của phƣơng pháp tiếp cận chính diện nâng cao.
- Xuyên suốt quá trình chia lƣới này là các chức năng định kích thƣớc cao cấp mà điều khiển duy trì dựa trên sự làm mịn, mƣợt và tăng cƣờng chất lƣợng của lƣới.
Phương pháp chia lưới Patch-independent:
- Phƣơng pháp này sử dụng cách tiếp cận từ trên xuống (tạo thể tích lƣới trƣớc sau đó tạo ra lƣới bề mặt từ các biên).
- Khi mơ hình xây dựng khơng tốt sẽ có nhiều vấn đề phổ biến xảy ra trong quá trình chia lƣới. Nếu sử dụng mơ hình khơng tốt làm cơ bản để tạo ra lƣới bề mặt thì lƣới này thƣờng xảy ra các điều khơng mong muốn (chất lƣợng tồi, vấn đề về kết nối, v.v...).
- Phƣơng pháp Patch-Independent chỉ sử dụng hình học để kết hợp các mặt biên của lƣới thành các vùng lƣới 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 lƣới khác.
- Phần lƣới thể tích đƣợc tạo ra trƣớc lớp biên căng. Khi lƣới thể tích đã tồn tại, các vấn đề về xung đột và các vấn đề phổ biến khác về lớp biên căng sẽ đƣợc biết trƣớc.
Chú ý: Đối với chia lƣới thể tích, lƣới tứ diện thƣờng cung cấp một giải pháp tự động hơn cùng với khả năng thêm các điều khiển lƣới để tăng cƣờng tính chính xác trong các vùng giới hạn. Ngƣợc lại lƣới lục diện thƣờng đƣợc cung cấp các giải pháp chính xác hơn nhƣng khó tạo ra.
Chia lưới bề mặt mặc định:
- Công cụ chia lƣới đa bề mặt đƣợc sử dụng ngầm định để cung cấp lƣới bề mặt một cách tự động và mạnh mẽ, bao gồm lƣới tứ giác, lƣới quad-dominant hoặc lƣới bề mặt tam giác (hoàn toàn).
- Các điều khiển kích thƣớc và ánh xạ có thể đƣợc thêm vào, và các mặt nguồn đƣợc lựa chọn để thay đổi và thực hiện tạo mặt cong tự động.
Ngồi ra cịn có các phƣơng pháp khác để chia lƣới tƣơng thích với các mơ hình phức tạp khác nhau đƣợc giới thiệu cụ thể trong tài liệu của ANSYS [18].