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CAE工程师必备技能-模型切分与结构化网格

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发表时间：2026-01-22 14:17
1.概述
前面我们介绍了球体和圆柱体网格划分的方法，本文以一个子弹模型为例，和大家分享一下实际产品在结构化网格划分过程中，网格局部控制方法的具体应用。
本文在网格控制过程中，主要涉及的方法有：模型切分、压印处理、多区域网格划分、面映射、虚拟拓扑。
2.模型
子弹的长度为50mm，子弹头大圆弧半径为12mm，小圆弧半径为2mm，模型如下图。
子弹模型具备对称特性，网格划分方法采用1/4模型进行说明，实际操作模型如下图所示。
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3. 网格划分
3.1 划分方法1：切割几何体
3.1.1 模型切分
根据模型的特点，子弹的模型可以拆解成圆柱与椭球体，圆柱与椭球体可以很方便的划分成结构化网格。
在SC中，使用子弹圆柱与椭球体的过渡线切割模型，模型被分为两部分几何体。
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在树状结构中对两个体进行拓扑共享，以实现在网格划分时共节点。
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3.1.2 划分网格

进入Mechanical，选择Mesh，进行控制：
  • 设置网格基准尺寸为0.5mm；
  • 插入网格多区域（MultiZone）网格划分方法；
  • 插入Face Meshing，选择所有的面，注意两个体之间的切割面也要选择，一共是9个面。
进行网格划分，网格最大扭曲度为0.97（通常要求扭曲度小于0.8），网格质量较差，较差区域为子弹头部小圆弧区域，如下图。
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3.1.3 虚拟拓扑的应用

我们知道，球体结构可以通过插入多区域与面映射的划分方法得到较好的网格质量，现在子弹头的网格质量较差是由于子弹头小圆弧线的存在导致破坏了椭球体的映射路径，有没有什么方法既可以考虑图球体的几何形状，又能忽略小圆弧线对映射的影响哪？
答案是肯定的。
我们采用Mechanical中的虚拟拓扑（Virtual Topology）可以实现这个目的。具体操作如下所示。
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点击结构树新生成的Virtual Topology，同时选择子弹头部的两个圆弧面—>右击—>[在选定实体上生成虚拟单元格](Generate Virtual Cells on Selections Entities)。这两个面便被组合为一个虚拟面了，划分网格时将无视它们之间的分割线。
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3.1.4 再次网格划分

  • 保持网格基准尺寸0.5mm；
  • 设置多区域网格划分方法，选择两个体；
  • 设置面映射网格划分方法，选择所有面，共8个面。
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进行网格划分，最大扭曲度为0.53（小于0.8，满足要求），如下图。
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可见通过Mechanical虚拟拓扑可以很大程度上提高网格的质量。
3.2 划分方法2：压印处理
不切割几何几何体，采用压印（Project）的方法也能达到相同的效果。
在SC中，选择Project，然后选择圆柱与椭球体的交界线，通过选择面（位置3）来选择投影区域，选择两个平面，即可完成压印创建。
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进入mechanical中，在mesh中设置基准尺寸、定义多区域方法（1个体）、设置面映射Face meshing（7个面），进行网格划分，可以得到相同的网格，如下图。
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3.3 完成模型网格划分
我们可以在SC中对1/4模型进行镜像，得到完整的子弹模型（8个体），采用同样的方法，可以得到整个子弹模型的网格模型。
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本文通过一个具体的工程案例，介绍了结构网格划分的基本方法，即模型处理与网格局部控制方法配合使用，如能给给读者一些启发不胜荣幸。
以上的案例操作均是抛砖引玉，更多的功能期待您的发掘，由于笔者能力有限，文中难免纰漏百出，敬请指正。
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