關(guān)于有限元網(wǎng)格劃分的五個誤解
盡管現(xiàn)在FEA及CFD中出現(xiàn)了一些無網(wǎng)格軟件，然而對于大多數(shù)CAE使用者來說，網(wǎng)格劃分依舊是一個非常重要的任務(wù)。怎么強調(diào)生成高質(zhì)量的網(wǎng)格的重要性都不過算過分。
然而“高質(zhì)量的網(wǎng)格”或者說“足夠好的網(wǎng)格”，該如何定義呢？僅僅依靠網(wǎng)格生成軟件輸出的網(wǎng)格質(zhì)量報告來評價么？當(dāng)然分析網(wǎng)格生成軟件輸出的網(wǎng)格質(zhì)量報告是網(wǎng)格劃分過程中必不可少的一部分，但是僅靠軟件輸出的這些關(guān)于網(wǎng)格質(zhì)量的報告是不夠的，使用者還應(yīng)當(dāng)結(jié)合自己的物理問題，才能對網(wǎng)格是否足夠好作出準(zhǔn)確判斷。
工程師們通常對于“好網(wǎng)格”存在誤解，如今在工程專業(yè)課堂中已經(jīng)很難找到網(wǎng)格劃分方面的課程了，網(wǎng)格劃分的數(shù)值算法在大多數(shù)的工程專業(yè)中也都變成選修課了。因此，新一代的CAE使用者對于“CAE系統(tǒng)中網(wǎng)格生成器是如何工作的”缺乏認(rèn)識就不足為奇了。
誤區(qū)1 好的網(wǎng)格必須完全符合CAD模型
如今，越來越多的CAE使用者是從設(shè)計師轉(zhuǎn)崗或兼職而來，他們通常都接受了良好的CAD培訓(xùn)，更傾向于分析所有的幾何細(xì)節(jié)。他們相信細(xì)節(jié)越多意味著更真實。
這種想法是錯誤的，在更多的情況下，好的網(wǎng)格應(yīng)該是能更好的反映物理本質(zhì)，而不是完全貼合CAD模型。
CAE仿真的目的是獲取計算對象上的物理量分布，如應(yīng)力、應(yīng)變、位移、速度、壓力等。CAD模型僅僅只是物理對象的簡單近似，其中包含了大量與分析不相關(guān)的細(xì)節(jié)，這些細(xì)節(jié)對于計算分析準(zhǔn)確性貢獻很小，卻會極大的增加計算開銷。因此，了解系統(tǒng)中的物理模型至關(guān)重要，好網(wǎng)格應(yīng)當(dāng)基于物理模型并對CAD模型進行簡化。
總結(jié)來說，就是：只有當(dāng)對自己系統(tǒng)中的物理模型非常了解，才有可能生成好的網(wǎng)格。
誤區(qū)2 好的網(wǎng)格總是好的
我們常常能看到很多CAE使用者為獲得高質(zhì)量網(wǎng)格，花費大量時間和精力在改變網(wǎng)格尺寸、分解幾何及簡化幾何等方面，他們仔細(xì)地檢查網(wǎng)格劃分軟件中關(guān)于網(wǎng)格質(zhì)量的輸出報告并對網(wǎng)格劃分過程進行精細(xì)的控制。
這當(dāng)然是很有必要的，但是過猶不及，因為好的網(wǎng)格并不一直都是好網(wǎng)格。網(wǎng)格好與壞取決于要模擬的物理問題。
例如，當(dāng)你劃分了一個非常好的網(wǎng)格，能夠完美的捕捉翼型表面的流動，并且能準(zhǔn)確的計算所有的力。但是如果當(dāng)計算條件發(fā)生了改變，比如說流動攻角從0°變成了45°，之前好的網(wǎng)格還是好網(wǎng)格么？很有可能就不是了。
一個好的網(wǎng)格總是與具體的物理問題相關(guān)聯(lián)。當(dāng)計算條件發(fā)生改變（如改變邊界條件或載荷條件，改變分析類型或流動模型）后，好的網(wǎng)格可能會變?yōu)椴缓玫木W(wǎng)格，雖然幾何形狀并沒有發(fā)生任何改變。
誤區(qū)3 六面體網(wǎng)格總是優(yōu)于四面體網(wǎng)格
許多老的教科書會告訴你六面體（四邊形）網(wǎng)格要比四面體（三角形）網(wǎng)格更好，并且會告訴你使用四面體或三角形網(wǎng)格會產(chǎn)生多么大的數(shù)值誤差。特別是在15或20年前，這可能是事實。
歷史上，人們更喜歡六面體網(wǎng)格，因為：
在當(dāng)時只有結(jié)構(gòu)網(wǎng)格可以用于大多數(shù)CFD求解器
減少網(wǎng)格數(shù)量，節(jié)省大量的內(nèi)存和CPU時間
當(dāng)時非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格求解器技術(shù)不成熟
隨著求解器技術(shù)的發(fā)展，對于大多數(shù)問題，大多數(shù)商業(yè)FEA及CFD程序采用四面體網(wǎng)格也能得到六面體網(wǎng)格類似的計算結(jié)果。當(dāng)然，四面體網(wǎng)格通常需要更多的計算資源，但是這也很容易地被在網(wǎng)格生成環(huán)節(jié)所節(jié)省的時間相抵消。對于大多數(shù)工程問題，六面體網(wǎng)格的精度優(yōu)勢實際上已經(jīng)不再存在了。
對于一些特殊的應(yīng)用，如風(fēng)力透平，泵或飛機翼型，仍然優(yōu)先使用六面體網(wǎng)格。原因在于：
行業(yè)慣例
被理解透徹的物理背景（大多數(shù)使用者都知道如何對齊網(wǎng)格）
對于此類幾何，有特殊的工具為其生成六面體網(wǎng)格
然而對于大多數(shù)FEA及CFD使用者來說，如果幾何表面稍微復(fù)雜，在六面體網(wǎng)格生成上花費時間是一種浪費。大多數(shù)情況下，計算結(jié)果并不會更好。而求解計算節(jié)省的時間甚至還不如網(wǎng)格生成花費的時間。
誤區(qū)4 好網(wǎng)格不可能通過自動網(wǎng)格劃分生成
軟件供應(yīng)商為了證明自己的網(wǎng)格劃分軟件很高端（通常價格也很高端），他們會告訴你他們的軟件允許你進行各種手動控制。潛臺詞就是說只有手動控制才能生成更好的網(wǎng)格。
當(dāng)然對于銷售人員來說，好的網(wǎng)格需要手動控制。但是對于工程師來講，你需要知道這是一種誤導(dǎo)。好的網(wǎng)格劃分軟件應(yīng)該能夠智能的分析底層幾何：計算曲率、找到溝槽、找到小的特征、找到硬的邊特征、找到尖銳的夾角等。并能根據(jù)這些分析得到的數(shù)據(jù)采用更合適的網(wǎng)格劃分參數(shù)。
這些都是自動網(wǎng)格劃分應(yīng)該做到的。對于大多數(shù)用戶來說，軟件可以收集更多的底層幾何信息。因此，相對于大多數(shù)使用者來說，軟件應(yīng)該能夠設(shè)置更優(yōu)的參數(shù)以獲取更高質(zhì)量的網(wǎng)格。因為軟件能夠獲取更多的信息。
當(dāng)然對于每天使用網(wǎng)格劃分軟件，并且長時間處理類似的幾何的高級用戶來說，情況又有些不同。這些用戶對于要求解問題的物理背景了解非常透徹，但是網(wǎng)格劃分軟件卻做不到這一點。然而這樣的高級用戶數(shù)量是越來越少了。
通常對于網(wǎng)格質(zhì)量，除非你使用的是非常糟糕的網(wǎng)格劃分軟件，否則自動網(wǎng)格劃分能夠比人做得更好。手動控制是為那些對問題背后的物理原理了解非常清楚的人準(zhǔn)備的。
誤區(qū)5 好網(wǎng)格數(shù)量都很多
現(xiàn)如今，HPC資源很容易獲得，即便是一個學(xué)生也可能嘗試?yán)?/span>1000~2000萬網(wǎng)格求解CFD問題。在大多數(shù)CAE使用者的眼中，網(wǎng)格數(shù)量多意味著高保真度。
但是這并不是真的，因為一些物理問題必須建立模型。例如在CFD中，如果要使用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)，則粘性子層內(nèi)的任何節(jié)點都會使得壁面函數(shù)失效，這不僅浪費計算資源，還有可能造成非物理解。即使使用LES，過度細(xì)密的網(wǎng)格也可能導(dǎo)致更大的誤差以及非物理解。
細(xì)密的網(wǎng)格并不意味著就是好的網(wǎng)格。網(wǎng)格劃分的目的是在離散的位置獲得解，良好的網(wǎng)格應(yīng)該服務(wù)于計算模型，只要計算結(jié)果符合物理事實且足夠準(zhǔn)確，網(wǎng)格就是好的網(wǎng)格。
另一個關(guān)于此誤解的例子。大多數(shù)用戶總數(shù)喜歡使用完整的3D模型，在他們眼中，全3D模型是最符合現(xiàn)實的。然而如果問題是對稱的，使用部分幾何會得到更好的計算結(jié)果，因為對稱條件是強制執(zhí)行的。如果問題是軸對稱的，則2D結(jié)果可能比大多數(shù)3D結(jié)果更準(zhǔn)確。然而，新一代的CAE使用者并沒有充足的時間了解要模擬的系統(tǒng)背后的物理原理，他們很難對模型進行簡化。因此，CAE規(guī)模不必要的越來越大也就不奇怪了。
總結(jié)
目前，CAE依舊依賴于網(wǎng)格。好的網(wǎng)格應(yīng)該：
能夠求解要研究的物理問題具有合理的質(zhì)量，使求解器不會掛掉
基于物理原理進行幾何簡化
網(wǎng)格好與壞要看具體的問題而定
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