自 50 年代后期以來，有限元法 (FEM) 已被用作解決工程問題的強大工具。當(dāng)時的計算是手工進(jìn)行的，該方法是基于力的，而不是我們今天使用的基于位移的方法。由于計算機工業(yè)的進(jìn)步，已經(jīng)開發(fā)出各種有限元商業(yè)軟件。Ansys 可以被認(rèn)為是全球使用最廣泛的 FEM 軟件之一，其產(chǎn)品范圍廣泛，例如：Fluent, Workbench等

Beginner Workbench 用戶偶爾會面臨選擇正確的網(wǎng)格劃分方法（四面體、六面體、掃略網(wǎng)格、多區(qū)域或笛卡爾）以獲得良好網(wǎng)格質(zhì)量的問題。然而，在解釋這些方法代表什么之前，我們最好先從元素類型是什么意思開始？

元素類型

Ansys Classic (APDL) 的高級用戶可能非常清楚，選擇合適的單元類型對于有限元解決方案至關(guān)重要。過去，必須定義正確的單元類型，通常是二維單元，例如三角形或二次元。簡而言之，選擇正確的元素定義了您的 FE 模型屬性，例如作為實體塊、表現(xiàn)為承載梁或平面。

對不同的有限元問題使用特殊類型的單元的主要原因之一是縮短求解時間的優(yōu)勢。因為有時如果您有一個簡單的載荷并且只想研究表面上的應(yīng)力，您可能不需要使用非常詳細(xì)的網(wǎng)格或單元類型。因此，最好盡可能地簡化模型。我們不會深入探討梁、板或?qū)嶓w元素的細(xì)節(jié)，但了解 Ansys Workbench 背景中究竟發(fā)生了什么總是好的。

在二維形式中，我們可以根據(jù)元素的形狀將元素分為三角形和二次方。

二維元素形狀

這些元素也可以根據(jù)它們擁有的節(jié)點數(shù)而變化，例如 TRI3：3 節(jié)點三角形，TRI6：6 節(jié)點三角形，QUAD4：4 節(jié)點二次或 QUAD8：8 節(jié)點二次?；旧?，它們擁有的節(jié)點數(shù)量越多，您期望的應(yīng)變表示的準(zhǔn)確性就越高。

至于 3D 元素，從根本上說，它們是 2D 元素的 3D 版本，我們稱它們?yōu)樗拿骟w和六面體。它們還可以根據(jù)節(jié)點數(shù)量、TET4、TET10、HEX8、HEX20 等而有所不同。

3D 元素形狀

Workbench 中的網(wǎng)格方法

在 Workbench 軟件中，您可以讓軟件根據(jù)您的邊界條件自動決定使用哪種網(wǎng)格方法，或者您選擇一些方法來構(gòu)建您的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。但是，我想強調(diào)一點，在用戶界面中（如果您不使用 APDL 命令）軟件不會讓您選擇特定的元素，SOLID186、SHELL 181 等。而是讓您控制元素的形狀使用 Tetrahedrons、Hex Dominant、Sweep、Multizone 和 Cartesian 的網(wǎng)格劃分方法。

四面體

六角顯性

掃掠網(wǎng)格

多區(qū)域

笛卡爾

四面體

在此方法中，三角形元素用于創(chuàng)建網(wǎng)格。有時可能會在您的網(wǎng)格幾何體中看到棱柱形元素以及三角形元素。此方法適用于相對復(fù)雜的幾何形狀，例如凹槽、通道和帶角度的拐角。四面體可以生成比具有等效網(wǎng)格大小的二次元更多的單元格。

球和帶球孔的圓柱體的四面體網(wǎng)格

六角顯性

六面體網(wǎng)格劃分的目標(biāo)是生成六面體元素在數(shù)量和體積上均占主導(dǎo)地位的網(wǎng)格。然而，這種方法依賴于三角形合并技術(shù)，該技術(shù)用于將初始網(wǎng)格的三角形重新組合成四邊形。因此，使用此方法并不意味著您的所有元素都是六面體。您仍然肯定會在網(wǎng)格幾何體中觀察到許多三角形或棱柱形元素。

從任意四面體網(wǎng)格獲得的混合網(wǎng)格。 六面體以紫色顯示，棱柱體以深藍(lán)色顯示，金字塔以粉紅色顯示，四面體以淺藍(lán)色顯示。 (2)是(1) 的剖視圖 。

掃掠網(wǎng)格

掃掠網(wǎng)格是指對體積的一個面進(jìn)行網(wǎng)格化（可能使用高質(zhì)量的四邊形元素）然后“掃過”整個主體以創(chuàng)建體積網(wǎng)格的方法。物體必須具有拓?fù)浜愣ǖ臋M截面才能掃過。（一個圓形面沿圓柱體的軸線掃過一個圓柱體）

MultiZone多區(qū)域網(wǎng)格

當(dāng)您對傳統(tǒng)掃掠方法過于復(fù)雜的單個身體部位進(jìn)行網(wǎng)格化時，可以使用多區(qū)域。MultiZone 網(wǎng)格方法將幾何自動分解為映射（結(jié)構(gòu)化/可掃描）區(qū)域和自由（非結(jié)構(gòu)化）區(qū)域。它會在可能的情況下自動生成純六面體網(wǎng)格，然后用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格填充更難捕獲的區(qū)域。

笛卡爾

這種笛卡爾切割單元方法無需優(yōu)化即可生成網(wǎng)格，從而消除了仿真管道中的重大瓶頸/

由于在邊界處創(chuàng)建的切割單元可以任意小，因此它們對模擬的顯式穩(wěn)定時間步強加了嚴(yán)格的限制。挑戰(zhàn)在于通過設(shè)計技術(shù)在不犧牲穩(wěn)定性和保護性的情況下使用常規(guī)細(xì)胞時間步長進(jìn)化切割細(xì)胞來克服這種“小細(xì)胞問題”。

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