用扫循环改进网格

对于有限元分析师来说，以高纵横比建模的几何形状可能是更具挑战性的任务之一。您想要一个网格，可以准确代表几何形状和解决方案，但是您不想要太多元素，因为求解模型将需要过多的计算资源。在这里，我们将考虑在某些常见的建模案例的背景下使用扫描的网格划分来生成有效，准确的有限元网格。

首先，一个管道网络示例

假设您的任务是计算通过管道网络计算流体流，如下所示。您会看到有很多弯道，两者之间有很长的直截面。

管道网络。图片由HervéCozanet，通过Wikimedia Commons。

该网络中仅一个管道的流体流量模型的几何形状可能看起来像下面的图像。

用于流体流量分析的管子体积的CAD模型。

如果您继续前进并仅与默认物理控制网状功能，您将获得如下图所示的网格。请注意，边界层网格施加到管壁上，并且网格在管道的长直截面内的大小相当均匀。

此流体流问题的默认有限元网格包括所有无滑动边界上的边界层网格。

经验丰富的流体流量分析师会立即认识到，长直截面中的流场将主要与管道平行，并且沿轴逐渐变化。同时，沿横截面和弯曲周围的速度的变化将是显着的。我们可以利用该解决方案的这种情况划分几何形状进入各种领域。

管道域分为几个子域，这些子域以不同的颜色显示。

几何分配后，我们可以应用自由四面体网格功能。该网格只能应用于管道长度的一个域之一。代表弯曲的域（如下所示）。请注意边界层网格功能尚未应用。

四面体网格仅应用于其中一个域。

从这个网状域中，我们现在可以使用扫过如下所示，直截面中的网格功能。也可以指定分配向扫描功能的子场（以明确控制元素分布并沿长度设置不均匀的元素大小）。由于我们预计流量会沿长度逐渐变化，因此元素可以沿轴向方向伸展。

沿着直截面的扫掠网状也具有不均匀的元件分布。

现在，我们可以应用一个四面体网格嵌套两个弯曲的部分并扫描剩余的直截面。网络序列的最后一步是应用边界层网格功能。

四面体和扫射网格与壁上施加的边界层的组合。

从上面的图像中，我们可以观察到扫警的网格可以显着减少该流体流量问题的模型大小。我们的流过管道肘教程是使用这种扫描技术的一个例子。

我们的第二个例子：线圈及其周围环境

移动齿轮，现在让我们考虑一个类似于下图的电感线圈。

电感线圈。Spinningspark的图像，通过Wikimedia Commons。

该线圈由带有相当逐渐弯曲的长电线组成。如果负责计算电感，我们还需要考虑周围的空气和磁芯材料。这种模型和默认网格的几何形状可能看起来像下面的图像。

围绕空气域中磁芯的线圈。

默认的免费四面体网格功能应用于整个模型。

您可能已经认识到，线圈本身是扫掠的绝佳候选者。线圈在横截面上长而均匀。因此，我们可以从一端从三角形的表面网格开始，然后沿整个线圈的整个长度扫描，以创建三角形的棱镜元件。

将三角形网格（以蓝色表示）应用于线圈一端的横截面，然后沿整个长度扫描。

但是，我们仍然需要周围环境的体积网。这个周围的体积仅适合四面体的缝隙，而不是扫掠的。与四面体元素相连的体积只能在其所有边界上具有三角形元素。因此，我们必须首先添加兑换特征到网格序列，并将其应用于线圈及其周围环境之间的表面。该操作旨在拆分接触边界的元素，从而创建三角形的面部元素。

转换操作在线圈边界上引入三角元素。

其余的域与四面体融合。

从上图中，我们可以看到，与默认网格设置相比，使用较少的元素来描述线圈。一个类似的例子是各向异性传热通过编织碳纤维教程，它考虑了周围环境的扫描和四面体网络的组合（尽管涉及不同的物理学）。

最后，一个微机械系统示例

最后，让我们考虑由偏转的显微镜结构特征组成的微电机电系统（MEMS）结构。如果将不同的电势应用于不同的物体，则可以通过更改电容来测量结构的扰动。应用电势的变化会变形系统。这种效果在诸如梳驱动器，，，，加速度计， 和陀螺仪。

共鸣时的MEMS悬臂横梁。PCFLET01的图像，通过Wikimedia Commons。

此类MEMS结构的一个共同特征是它们由各种薄层层组成，这些平面层需要与周围的空气域一起啮合。结构之间的差距也可能非常细长。一部分MEMS结构的简化模型可能与下面所示的模型相似，并带有交织的手指。

一个简化的模型，代表典型MEMS结构的一部分。

当使用默认网格设置时，小元素将插入零件之间的狭窄空气间隙（如下所示）。但是，我们确实知道两侧的手指将处于不同的电位，并且手指的直截面与接地平面之间的缝隙将具有均匀的电场。

默认网格设置显示的元素比我们知道电场几乎均匀的地区所需的元素要小。

实际上，这种当前的结构不适合扫描，因为该模型中没有一个均匀的横截面。但是，如果我们引入一些分区平面，我们可以将此领域分解为棱镜领域是可以扫掠网。我们将首先介绍两个分区平面（一根在手指的底部表面，一根平面）将分区空气域和两个实心域。我们将这些飞机添加为工作平面几何序列的特征，并由两者用作输入分区对象划分固体的特征。

引入了两个平面，该平面既分区又有空气和实心域。

然后，可以引入其他分区平面，如下所示，以描绘手指的长而直的部分。这很重要，因为我们知道在这些地区的电场和位移会逐渐变化。

另外两架飞机将手指分为棱柱域。

现在我们可以使用映射分区引入的新矩形表面上的网格特征。如下所示，可以将同一平面上的非侧角面与三角形元件啮合。

施加在一个分区平面上的​​表面网格。

表面网格可以用作扫掠网状的起点，可以将其应用于薄域的两层 - 手指和手指和地面之间的气隙。在将转换操作应用于相邻的矩形元件面后，可以将空气域与四面体元件啮合。

最终网格由免费网格组成。

我们可以观察到有限元模型中的总元素数量已减少。对于演示这种划分平面和扫描的技术的例子，请参阅我们的表面微机械加速度计教程。

扫掠网眼的摘要

扫描的网格锻造是一种最大程度地减少许多类Comsol多物理模型的计算复杂性的强大技术。通过使用您的工程判断和知识来解决每个问题，您可以快速获得高准确的结果，并且计算成本较低，而默认网格设置则相对较低。

当然，虽然您并不总是需要使用这种方法，但您应该考虑将其应用于几何形状具有较高纵横比的情况，而存在相对较薄或较厚的区域，并且您可以确定该解决方案将得到很好的表示通过扫掠网眼。

结合此主题，这里还有一些其他博客文章要阅读：

• 通过分区改善网格
• 使用虚拟操作简化几何形状
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• 参数化导入的CAD文件的尺寸
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• 网际几何形状：何时使用各种元素类型
• 非线性静态有限元问题的网格划分注意事项