有限元分析：入门与应用指南

1.问题描述

本实例为一带分流叶片的径流式涡轮模型，其相关参数在网格划分过程中体现。试用TurboGrid网格划分工具对涡轮模型进行网格划分，导出网格文件。

2.网格划分过程

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

图3-105 创建TurboGrid项目

（2）创建涡轮机械网格划分项目

①从工具箱【Toolbox】的组件系统【Component Systems】中双击或拖动涡轮机械网格划分项目【TurboGrid】到项目分析流程图【Project Schematic】，如图3-105所示。

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

（3）导入几何模型

①在涡轮机械网格划分项目上，右键单击【Turbo Mesh】→【Edit】进入TurboGrid工作环境。

②选择菜单【File】→【Load BladeGen Files】→【选择文件“TurboGrid.inf”】→【Open】导入几何模型（涡轮模型包括信息文件（BladeGen.inf）、轮毂曲线（BladeGen_hub.curve）、叶片轮廓（BladeGen_profile.curve）和罩曲线（BladeGen_shroud.curve）4个文件），模型文件在D：\AWB\Chapter03文件夹中。在显示功能上单击，可显示全部模型，如图3-106所示。

（4）定义几何

①定义机械数据：在左侧导航树中双击【Geometry】下的【Machine Data】，在【Machine Data】面板上设置【#of Bladesets】=8，【Base Units】=cm，其他默认，单击【Apply】，如图3-107所示。

图3-106 导入几何模型

图3-107 定义机械数据

②定义轮毂：在左侧导航树中双击【Geometry】下的【Hub】，在【Hub】面板上设置【Length Units】=mm，确保轮毂曲线文件位置正确，其他默认，单击【Apply】，如图3-108所示。

③定义罩：在左侧导航树，双击【Geometry】下的【Shroud】，在【Shroud】面板上设置【Length Units】=mm，确保罩曲线文件位置正确，其他默认，单击【Apply】，如图3-109所示。

图3-108 定义轮毂

图3-109 定义罩

④定义主叶片：在左侧导航树，双击【Bade Set】下的【Main Blade】，在【Main Blade】面板上设置【Length Units】=mm，【Method】=Specify，【Lofting】=Spanwise，【Curve Type】=Piece wise linear，【Surface Type】=Ruled，确保罩曲线文件位置正确，其他默认，单击【Apply】，如图3-110所示。

⑤定义分流叶片：在左侧导航树，双击【Bade Set】下的【Splitter Blade】，在【Splitter Blade】面板上设置【Length Units】=mm，【Method】=Specify，【Lofting】=Spanwise，【Curve Type】=Piece wise linear，【Surface Type】=Ruled，确保罩曲线文件位置正确，其他默认，单击【Apply】，如图3-111所示。

图3-110 定义主叶片

图3-111 定义分流叶片

（5）网格划分

①设定拓扑结构，即指定网格结构：在左侧导航树上双击【Topology Set（Suspended）】→【Details of Topology Set】→【Topology Define】→【Placement】=ATM Optimized，【ATM Optimized】→【Method】=Single Splitter，单击【Apply】，如图3-112所示。(www.xing528.com)

②取消拓扑悬浮，产生拓扑网格：在导航树上右键单击【Topology Set（Suspended）】，从弹出的对话框中选择【Suspended Object Updates】，程序经过运行产生拓扑网格，如图3-113所示。注：当程序弹出警告时，单击【OK】忽略。

图3-112 拓扑设定

图3-113 拓扑结果

③预览网格参数设置：在操作树上双击【Mesh Data】→【Details of Mesh Data】→【Mesh Size】→【Parameters】→【Factor Base】=0，【Factor Ratio】=2；不选Target Maximum Expansion Rate，其他选项默认，单击【Apply】，如图3-114所示。

④生成网格：单击网格按钮，或在导航树上右键单击【3DMesh】→【Create Mesh】生成网格，如图3-115所示。

图3-114 预览网格参数设置

图3-115 生成网格

⑤分析网格与重生：在导航树上双击【Mesh Analysis】，弹出网格统计【Mesh Statistics】对话框，如图3-116所示，可以看出红色显示值不满足设置的上下限。双击【Mesh Limits】，输入如下信息：【Maximum Face Angle】=170，【Minimum Face Angle】=10，【Maximum Edge Length Ratio】=1012，其他默认，如图3-117所示，单击【Apply】。再双击【Mesh Limits】，弹出网格统计【Mesh Statistics】对话框，如图3-118所示，可以看出红色显示值消失，在给定的数值下，网格质量满足。在导航树上右键单击【3DMesh】→【Create Mesh】重新生成网格。

图3-116 网格统计

图3-117 设置网格尺寸限值

图3-118 网格统计

⑥显示所有部位网格：为了方便，可以在【3DMesh】下选择所有部位，查看所有部位的网格，如图3-119所示。总节点数283526个，总单元数257850个。

图3-119 生成网格

（6）导出网格

①网格划分完成后，即可导出网格文件，本例导出满足CFX格式的网格。首先在文件选择输出网格，选择求解类型和输出尺寸单位，选择菜单【File】→【Export Mesh】→【File type=ANSYS CFX】→【Export Units=mm】→【输入“Compressor impeller”】→【Save】，如图3-120所示。

图3-120 输出网格

②输出网格为当前状态。为了以后便于修改，选择菜单【File】→【Export State】→【输入“Compressor impeller”】→【Save】。

（7）保存与退出

①退出涡轮机械网格划分环境，单击TurboGrid主界面的菜单【File】→【Close Turbo-Grid】退出环境，返回到Workbench主界面，此时主界面的项目管理区中显示的项目已完成。

②单击Workbench主界面上的【Save】按钮，保存所有网格划分结果文件。

③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：本例是关于涡轮机械模型的TurboGrid网格划分实例。可以看出，TurboGrid网格划分工具对如涡轮机械叶片这样复杂模型，划出高质量结构化的六面体网格方面具有独特的优势，处理方法专业、简单、易用。