ICEMCFD人体股骨有限元网格划分效果

1.问题描述

人体股骨含有多个小曲面属于不规则结构类型。对该类结构主要利用块分割法生成网格，写出笛卡尔网格，导出网格文件，其相关参数在网格划分过程中体现。试用ICEM CFD进行网格划分。

2.网格划分过程

（1）启动Workbench 18.0 在“开始”菜单中执行【ANSYS 18.0】→【Workbench 18.0】命令。

（2）创建网格划分项目

①在工具箱【Toolbox】的组件系统【Compo-nent Systems】中双击或拖动网格划分项目【ICEM CFD】到项目分析流程图【Project Schematic】，如图3-89所示。

②在Workbench的工具栏中单击【Save】，保存项目工程名为Femur.wbpj。网格文件保存在D：\AWB\Chapter03文件夹中。

（3）导入几何模型

①右键单击【Model】→【Edit】进入【ICEM CFD】主界面。

图3-89 创建ICEM CFD项目

②在ICEM CFD主菜单栏单击【File】→【Import Model】，从弹出的对话框中选择模型文件Femur.agdb，单击【OK】确定。模型文件在D：\AWB\Chapter03文件夹中。

③在【Geometry Preference】对话框中选择【Create Entity and Part Names】，不选【Create Material Points】，其他选项默认，然后单击【Apply】导入几何模型，此时为线框。

④在导航树上展开【Geometry】，选择【Surfaces】并单击右键，从弹出的快捷菜单中选择【Solid】，实体股骨模型显示在图形区域，如图3-90所示。

图3-90 导入几何模型

（4）创建Part 在展开的【Geometry】导航树上，选择【Subsets】并单击右键，从弹出的快捷菜单中选择【Create Part】，创建了一个新的Part，如图3-91所示。

图3-91 创建Part

（5）全局网格设置

①在功能工具栏里单击【Mesh】打开【Global Mesh Setup】对话框，在【Global Element Seed Size】中设置最大单元尺寸【Max element】=15，然后单击【Apply】，如图3-92所示。

②选择体网格参数，单击【Global Mesh Setup】→【Volume Meshing Parameters】，选择网格类型【Mesh Type】=Cartesian，其他选项默认，然后单击【Apply】，如图3-93所示。

图3-92 设置单元尺寸

图3-93 设置网格类型

（6）Part网格设置 在功能工具栏里单击【Mesh】→【Part Mesh Setup】，在弹出的【Part Mesh Setup】详细窗口里，设置最大尺寸【Max size】分别为5、15、5、5；选择所有【Prism】，然后单击【Apply】、【Dismiss】，如图3-94所示。

（7）初始化块 在功能工具栏里单击【Blocking】打开【Create Block】对话框，将【Initial-ize Blocks】类型设置为【3D Bounding Box】，单击选择块，弹出【Select Geometry】，然后单击，最后单击鼠标中键退出，如图3-95所示。

（8）块分割

①在功能工具栏里单击【Blocking】→【Split Block】，在弹出的对话框中单击选择边，在靠近球关节处左侧单击长边，将光标放到合适位置，单击鼠标中键接受所在分割位置，如图3-96、图3-97所示。

图3-94 Part网格设置

图3-95 块初始化(www.xing528.com)

图3-96 块分割设置

图3-97 左侧分割位置

②单击选择边，在靠近膝关节处右侧单击长边，将光标放到合适位置，单击鼠标中键两次接受所在分割位置，如图3-98所示。

（9）预览块

①在导航树上展开【Blocking】，选择【Edge】并单击右键，从弹出的快捷菜单中选择【Bunck-ing】，边Buncking会显示在窗口中，如图3-99所示。

②在功能工具栏里单击【Pre Mesh Params】，设置方法为【Update All】，然后单击【Apply】，如图3-100所示。

图3-98 右侧分割位置

图3-99 预览块

图3-100 块设置

③单击【Pre Mesh Params】→【Edge Params】，单击选择边，在图形区域选择上一步被分割下的最长的边，如图3-101所示。

图3-101 边参数

④在【Pre Mesh Params】对话框中，设置【Spacing1】和【Spacing2】都为5，设置【Ratio1】和【Ratio2】都为1.2，选择【Copy Parameters】，设置为【To All Parallel Edges】，其他选项默认，然后单击【Apply】和【OK】按钮，如图3-102所示。

（10）写出笛卡尔网格 在主菜单上单击【File】→【Blocking】→【Write Cartesian Grid】。

（11）计算网格 在功能工具栏里单击【Mesh】→【Compute Mesh】，在【Compute Mesh】对话框中，网格类型设为笛卡尔【Cartesian】，其他选项为默认设置，如图3-103所示；然后单击【Compute】，从弹出的【Save all Geometry】对话框中输入文件名Femur，保存并开始计算。计算完成后，在导航树的块选项下除去在块左边的绿色小勾，显示的网格如图3-104所示。

图3-102 选择所有边

图3-103 网格计算

图3-104 网格划分结果

（12）保存与退出

①在ICEM CFD主界面上单击【Save Project】按钮，保存所有结果文件，工程网格文件保存在D：\AWB\Chapter03文件夹中。

②退出ICEM CFD网格划分环境，单击ICEM CFD主界面的菜单【File】→【Exit】退出环境，返回到Workbench主界面。

③单击Workbench主界面上的【Save】按钮，保存所有网格划分结果文件（单独网格文件在Workbench文件夹dp0＞ICM＞ICM CFD下）。

④退出Workbench环境，单击Workbench主界面的菜单【File】→【Exit】退出主界面，完成网格划分。

点评：本例是关于股骨不规则模型的ICEM CFD网格划分实例。可以看出，ICEM CFD在处理复杂不规则模型网格划分方面具有强大的功能，特别是对于划分高质量的结构化网格。本例是结构模型网格划分，实际上，ICEM CFD划分流体网格更具优势。