Star-CD. Создание сетки – основные подходы

Ляскин Антон 29.03.2009

Цель раздела - описание основных подходов к созданию расчетных сеток в PROSTAR. Детали процесса создания сеток будут проиллюстрированы на примерах.

Отдельные части сетки с регулярной структурой могут быть созданы с помощью всего одной операции. Форма сетки при этом определяется используемой системой координат.

Если геометрия задачи может быть разделена на такие простые области, то это самый быстрый способ создания сетки.

Простейшие геометрические структур.

 

 

Простые сетки такого типа могут быть созданы с помощью STAR GUIde (Create and Import Grids > Create Grids > Create 3-D Grids using Simple Shapes). Соответствующая панель показана на следующей странице. Ей соответствует команда VC3DGEN. Помните, что команда создает блок сетки из ячеек того типа, который активен в данный момент, в активной системе координат (активный тип ячеек и активная система координат задаются командами ctype и csys).

 

 

 

Экструзия (выдавливание) двухмерного образа сетки

 

 

В более сложных случаях, когда ребра расчетной области являются сложными кривыми, или опорная двумерная поверхность не является поверхностью постоянного значения какой-либо координаты, можно воспользоваться командой patch, которая генерирует структурированную двумерную сетку - шаблон. Границы таких шаблонов описываться пространственными сплайнами, если сплайн содержит в себе излом (угловую точку), то одна из вершин генерируемой двумерной сетки обязательно будет совпадать с угловой точкой с целью максимально точного воспроизведения геометрии.

Вершины ячеек на границе двух двумерных областей автоматически не сливаются, т.е. для объединения двух областей сетки в единое целое необходимо дополнительно выполнить операцию объединения (merge) (Create and Import Grids > Assemble Grids).

Отдельные оболочки можно создавать с помощью команд c и cdx.

Качество двухмерной сетки можно улучшить с помощью операции сглаживания (smooth) (Check and Fix Grid > Fix Grid Problems) или непосрественных манипуляций вершинами, определяющими оболочки.

 

 

Двухмерная сетка задается диапазоном изменения двух первых координат активной системы координат (например, X и Y для декартовой системы координат; R и ? для цилиндрической системы координат). Это значит, что сетка будет лежать в плоскости третьей координаты (например, z). Примеры приведены на следующей странице

Для решения двумерных (плоских или осесимметричных) задач генерируется пространственная сетка толщиной в одну ячейку, причем для плоской задачи сетка автоматически дополняется граничными условиями симметрии, а для осесимметричных - граничными условиями циклической симметрии. Ячейки и граничные условия генерируются после нажатия на кнопку Generate 3-D mesh from 2-D Mesh на панели показанной выше. При этом оболочки трансформируются в обьемные ячейки толщиной в 10 % от максимального линейного размера исходной двухмерной сетки.
Примеры двухмерных сеток, созданных из простейших форм.

 

 

Создание двухмерной сетки с помощью шаблонов (patch)

 

 

Шаблоны задаются четырьмя вершинами, которые определяют его углы, а стороны определяются сплайнами, соединяющими угловые вершины. Дополнительные «углы» могут быть введены как точки излома сплайнов-сторон, как показано на рисунке.

Помимо номеров вершин, определяющих углы шаблона, для команды patch необходима информация о числе ячеек по каждому направлению.

Отметим, что в общем случае шаблон представляет собой искривленную пространственную поверхность любой геометрической сложножности и не обязан принадлежать какой либо плоскости.

Созданный слой двумерных оболочек можено экструдировать (выдавить) в трехмерную объемную сетку. Это делается с помощью команды vcextrude.

 

 

Команда vcextrude работает следующим образом: создается копия набора вершин, определяющих ячейки-оболочки опорной двумерной сетки. Номера вершин при этом отличаются от исходных на заданную величину. Затем созданные вершины смещаются на заданное расстояние. На основе двух наборов вершин создаются объемные ячейки. Затем процесс создания вершин и ячеек повторяется заданное число раз.

Тот факт, что номера соответствующих вершин в каждом слое отличаются на постоянную заданную величину можно использовать для модификации однородной сетки в неоднородную по направлению выдавливания. Это можно сделать с помощью команды vfill. (Примечание: Начиная с версии 3.15 команда vcextrude позволяет сразу создавать неоднородную сетку).

Использование блочной технологии предполагает разбиение расчетной области на несколько регулярных трехмерных блоков.

 

 

Создание сетки с помощью блоков является достаточно эффективным и универсальным подходом. Выше приведен пример построения сетки вокруг профиля, расположенного над усеченным конусом (показаны два видами). Ячейки, принадлежащие шести различными блокам, имеют разный тип и окрашены в разуй цвет.

Контуры и нумерация блоков, на базе которых генерировалась сетка, показаны на рисунке внизу.

 

 

В PROSTAR блок является самостоятельным примитивом, так же как вершина, сплайн или ячейка

 

 

Свойства блоков во многом аналогичны ячейкам - каждый из них имеет свой номер и их можно группировать в наборы.

При смещении вершины задающей угол блока, а так же при изменении формы сплайна между двумя углами, форма блока изменяется. (Примечание: Изменение формы блока после генерации сетки не влияет на сетку!)

 

 

На вкладке Blocks пользователь может воспользоваться следующими опциями:

1) Creat Block - создание блока, предлагается выбрать восемь угловых вершин блока.

2) Modify Block - изменить одну или несколько опорных вершин блока

3) Delete Block - уничтожить блок

4) Block Plot - отрисовать блок и его разбивку на ячейки, без выполнения генерации сетки.

Во вкладке Mesh пользователь может воспользоваться следующими опциями :

5) Number of Cell - задания числа разбиений на ячейки вдоль ребра блока.

6) Space Factor - задание коэффициента сгущения сетки вдоль ребра.

7) Block Trace - передача разбивки ребра блока всему текущему набору. Эта операция гарантирует полную совместимость в топологии сетки нескольких сопряженных блоков.

8) Map Face To Shell - совместить грань блока с заданным набором оболочек. При этом вершины генерируемых ячеек будут совпадать поверхностью, определяемой оболочками

9) Generate Factors - задание разбивки вдоль ребра блока посредством задания номинальной размера ячейки для этого ребра.

10) Generate Mesh - генерация сетки по параметрам блока

11) Delete Block Cells - уничтожение ячеек, сгенерированных для блока.

Помните, что список Selected Items изменяется в зависимости от выбранной операции.

Параметры блока можно проверить и изменить при помощи диалогового окна Block List из меню List > Blocks ...

 

 

 

Вершины-углы, формирующие блок, перечисляются как N1,N2, ... N8.

Помните, что существуют дополнительные опции, реализуемые через данное диалоговое окно, которые отсутствуют в системе STAR GUIde (как например начальный номер вершин Start Vert #, начальный номер ячеек Start Cell #, и т.д.).

Номер типа ячеек, которые будут созданы для блока, задается в поле Cell Type.

По окончании изменения параметров блока необходимо нажать на кнопку Define Factors.

 

В процессе создания сетки пользователь может комбинировать все три способа

 

 

Пользователю нет необходимости создавать сетку используя только один из описанных подходов. Точно также создаваемые в PROSTAR сетки могут свободно комбинироваться с сетками, которые созданы во внешних пакетах (таких как ICEM Tetra, SAMM, IDEAS, PATRAN и т.д).

Приведенный выше пример будет далее детально рассматриваться в рамках данного курса.