Пространственный твист континуум - Spatial twist continuum

В пространственный твист континуум является двойственным представлением всего шестигранный сетка что определяет глобальный возможность подключения ограничение.

Обнаружен доктором Питер Мердок 16 сентября 1993 года пространственный континуум скручивания - это метод, который можно использовать в автоматических и полуавтоматических методах создания сеток для создания всех гексаэдрических сеток для обоих вычислительная гидродинамика и метод конечных элементов Приложения.

Название происходит от описания поверхностей, которые определяют связность шестигранных элементов. Поверхности расположены по трем основным размерам, так что они образуют ортогональный пересечения, совпадающие с центроид шестигранного элемента. Они расположены преимущественно копланарно друг другу в своих измерениях, но могут скручиваться в плоскости других измерений посредством переходов. Поверхности не нарушены по всему объему сетки, поэтому они континуумы.

Одной из областей, где STC находит применение, является вычислительная гидродинамика CFD, которая является областью науки и анализа, которая включает в себя моделирование потока текучих сред, таких как воздух, над телами, ограниченными граничными поверхностями. Процедура включает построение сетки и ее решение на компьютере с использованием подхода конечных объемов.

У аналитика есть много вариантов для создания сетки, которую можно использовать в моделировании CFD или CAE, один из них - использовать тетраэдрическую, многогранную, обрезанную декартову или смешанную гибридную гексаграмму, называемую доминирующим шестигранником, они классифицируются как неструктурированные сетки. , которые могут быть созданы автоматически, однако результаты CFD и FEA неточны и склонны к расхождению решений (моделирование не может решить). Другой вариант для аналитика - использовать полностью гексаэдрическую сетку, которая обеспечивает гораздо большую стабильность и скорость решателя, а также точность и возможность запускать гораздо более мощные решатели турбулентности, такие как LES для моделирования больших вихрей в переходном режиме, в отличие от не- структурированные сетки, которые могут запускать только стационарную модель RANS.

Сложность создания полностью шестигранной сетки для сложной геометрии состоит в том, что сетка должна учитывать локальные геометрические детали, а также глобальные ограничения связности. Это STC, и он присутствует только в гексаэдрической сетке. Это причина, по которой относительно легко автоматизировать неструктурированную сетку, автоматическому генератору нужно заботиться только о геометрии локального размера ячейки.

Компромиссы и относительные преимущества использования любого метода сетки для построения и решения модели CFD или CAE лучше всего объяснить, взглянув на общий рабочий процесс.

1) Очистка САПР. Это включает в себя исправление пробелов и дыр в данных САПР. Обычно это забытая задача, на которую может уйти много времени и энергии, а не на то, чего ожидает ни один опытный аналитик.

2) Генерация сетки: два основных варианта - использовать автоматизированную неструктурированную сетку или построить полную шестигранную сетку.

а) Неструктурированная: если кто-то решает построить неструктурированную сетку, это не так просто, как казалось на первый взгляд. Процесс включает в себя автоматическое построение сетки с последующим ручным исправлением участков с очень плохим качеством ячеек. Этот процесс может занять значительное количество времени, что является еще одной скрытой ценой времени.

б) Полностью шестигранная: По состоянию на середину 2009 года существует несколько инструментов для создания полностью шестигранной сетки. Некоторые из них (в алфавитном порядке)

GridPro (1985) - чистый инструмент для создания многоблочной сетки ... с действительно хорошим сглаживанием между и внутри блока. Для получения более подробной информации посетите http://www.gridpro.com
Moceon (1995) - основан на STC ... только что выпущен ... и вызвал хороший интерес среди сообщества. Больше подробностей http://www.moceon.com
IcemCFD http://www.ansys.com/products/icemcfd.asp
Точечно (в основном инструмент для создания многоблочной сетки ... но может также создавать тетраэдры) http://www.pointwise.com
TrueGrid (инструмент для создания многоблочной сетки) www.truegrid.com

Однако есть способы быстрого построения шестигранной сетки, такие как использование 2D-сетки с четырьмя ячейками и проецирование в z-направлении. Другой метод - построение сетки с блочной структурой с помощью программы на основе САПР для создания логически связанных сплайнов. После того, как блоки построены, к блокам добавляются факторы ячеек и создается сетка. Одним из значительных преимуществ использования гексаэдрической сетки на основе блоков является то, что сетку можно сглаживать очень быстро. Для больших сложных геометрических моделей процесс построения шестигранной сетки может занять дни, недели и даже месяцы в зависимости от уровня навыков и наборов инструментов, доступных аналитику.

3) Настройте модель и задайте граничные условия: это довольно тривиальный шаг, и обычно он выполняется с помощью меню с графическим интерфейсом пользователя.

4) Запуск моделирования: здесь начинаются кошмары для неструктурированной сетки. Поскольку для представления одного гексаэдра требуется шесть тетраэдров, размер тетраэдрической сетки будет значительно больше, и для решения эквивалентной гексаэдрической сетки потребуется гораздо больше вычислительной мощности и оперативной памяти. Тетраэдрическая сетка также потребует большего количества факторов релаксации для решения моделирования за счет эффективного подавления амплитуды градиентов. Это увеличивает количество шагов субцикла и увеличивает количество куранта. Если вы построили шестигранную сетку, здесь черепаха проходит мимо зайца.

5) Постобработка результатов: время, необходимое на этом этапе, сильно зависит от размера сетки (количества ячеек).

6) Внесение изменений в дизайн: если вы строите неструктурированную сетку, вы возвращаетесь к началу и начинаете все сначала. Если вы строите шестигранную сетку, вы вносите геометрические изменения, повторно сглаживаете сетку и перезапускаете моделирование.

7) Точность: это основное различие между неструктурированной сеткой и шестигранной сеткой и основная причина, по которой ее предпочитают.

«Континуум пространственного скручивания» решает проблему создания сложной модели сетки, поднимая структуру сетки на более высокий уровень абстракции, что помогает в создании полностью шестигранной сетки.

Пространственный твист континуум - Spatial twist continuum

Рекомендации