مقدمه ایی بر تولید شبکه ( مش بندی )

• آموزش, بلاگ

تولید شبکه (Meshing) در تمام نرم افزارهای اجزا محدود از جمله نرم‌افزار ANSYS یک فرآیند حیاتی و مهم برای انجام تحلیل‌های عددی و شبیه‌سازی‌های مهندسی است. در این توضیح که سعی می کنم جامع باشد، به جزئیات بیشتری درباره مش‌بندی، انواع المان‌ها، تکنیک‌ها، ابزارها و چالش‌های مربوط به آن در ANSYS پرداخته خواهد شد تا به درک کامل و عمیقی از این فرآیند دست یابید.

تولید شبکه در ANSYS

تولید شبکه به فرآیند تقسیم یک مدل هندسی به المان‌های کوچک‌تر و قابل حل در تحلیل‌های عددی مانند تحلیل المان محدود (Finite Element Analysis – FEA) گفته می‌شود. این المان‌ها ممکن است اشکال مختلفی داشته باشند، مانند چهارضلعی‌ها، مثلث‌ها، چهاروجهی‌ها (تترا) یا شش‌وجهی‌ها (هگزا). هدف از مش‌بندی، تبدیل هندسه مدل به یک شبکه از تعداد محدودی المان‌ است که به نرم‌افزار اجازه می‌دهد معادلات دیفرانسیل حاکم بر مسئله را برای یک هندسه پیوسته به صورت عددی حل کند.

اهمیت تولید شبکه در ANSYS

تولید شبکه در تحلیل‌های مهندسی اهمیت بسیار بالایی دارد و تاثیر مستقیمی بر دقت و کارایی نتایج تحلیل دارد. برخی از دلایل اهمیت مش‌بندی عبارتند از:

• دقت حل: دقت تحلیل به شدت به کیفیت و تراکم مش بستگی دارد. المان‌های کوچک‌تر و مش ریزتر می‌توانند جزئیات بیشتری از توزیع تنش‌ها، کرنش‌ها و دیگر پارامترهای فیزیکی را نشان دهند.
• پایداری و همگرایی حل: یک مش‌بندی مناسب باعث می‌شود که حل عددی به راحتی همگرا شود و نتایج پایداری به دست آید. مش‌بندی نامناسب می‌تواند به ناپایداری حل و نتایج نادرست منجر شود.
• زمان و هزینه محاسباتی: مش‌بندی بهینه می‌تواند زمان محاسبات و استفاده از منابع محاسباتی (مانند RAM و CPU) را کاهش دهد. مش‌های خیلی ریز نیاز به زمان محاسباتی زیادی دارند، در حالی که مش‌های خیلی درشت ممکن است نتایج دقیقی ارائه ندهند.  برای اینکه بهترین اندازه المان را تعیین کنیم باید آنالیز حساسیت مش (استقلال از شبکه) انجام دهیم.

تولید شبکه در ANSYS نقش بسیار مهمی در تحلیل‌های تنش دارد، زیرا دقت نتایج تحلیل به کیفیت شبکه‌سازی مدل بستگی دارد. شبکه‌های با ابعاد کوچک‌تر و یکنواخت‌تر امکان شبیه‌سازی دقیق‌تر تغییرات تنش و نقاط ضعف را فراهم می‌آورند، به ویژه در نواحی حساس و پیچیده. این فرآیند کمک می‌کند تا تحلیل‌های دقیق‌تری از رفتار سازه تحت بارهای مختلف انجام شود و از بروز خطاهای محاسباتی جلوگیری کند. بنابراین، طراحی مناسب شبکه به ارتقاء دقت و اعتبار تحلیل‌های مهندسی بسیار حیاتی است.

فرآیند تولید شبکه در ANSYS

فرآیند تولید شبکه در ANSYS به چندین مرحله تقسیم می‌شود که هر کدام نیاز به تصمیم‌گیری‌های خاصی دارند:

انتخاب نوع المان

انتخاب نوع المان بستگی به نوع تحلیل، هندسه مدل، و دقت مورد نیاز دارد:

• المان‌های خطی (1D): برای مدل‌سازی تیرها، خرپاها، و کابل‌ها استفاده می‌شوند. این المان‌ها می‌توانند رفتار سازه‌های باریک و طویل را به خوبی مدل کنند.
• المان‌های دوبعدی (2D): مثل المان‌های مثلثی و چهارضلعی. برای تحلیل‌های دوبعدی مانند تحلیل تنش صفحه‌ای یا انتقال حرارت دوبعدی به کار می‌روند.
• المان‌های سه‌بعدی (3D): شامل المان‌های چهاروجهی (تترا) و شش‌وجهی (هگزا) هستند که برای مدل‌سازی دقیق هندسه‌های سه‌بعدی استفاده می‌شوند.

تعیین اندازه المان‌ها

اندازه المان‌ها باید به گونه‌ای تعیین شود که هم دقت مورد نیاز و هم محدودیت‌های محاسباتی را در نظر بگیرد. در مناطقی که انتظار می‌رود گرادیان‌های بالا وجود داشته باشد (مانند لبه‌ها یا سوراخ‌ها)، المان‌های کوچکتری باید استفاده شود.

تعریف تراکم مش

تراکم مش به تعداد المان‌های موجود در یک ناحیه خاص اشاره دارد. نواحی با تنش‌های بالا، تغییر شکل‌های بزرگ یا گرادیان‌های حرارتی نیاز به تراکم مش بیشتری دارند.

کیفیت تولید شبکه

کیفیت مش تأثیر زیادی بر دقت و پایداری نتایج دارد. معیارهای مختلفی برای ارزیابی کیفیت مش در ANSYS وجود دارد:

• Skewness : معیاری برای انحراف شکل المان از حالت ایده‌آل. مقدار کمتر نشان‌دهنده کیفیت بهتر است.
• Aspect Ratio : نسبت طول به عرض المان. مقادیر نزدیک به 1 برای المان‌های دوبعدی و سه‌بعدی مطلوب است.
• Jacobian Ratio : معیار مهم دیگری برای ارزیابی کیفیت المان‌ها به خصوص در تحلیل‌های غیرخطی است.

مش‌بندی برای تحلیل‌های غیرخطی

المان‌های غیرخطی: برای مدل‌سازی رفتارهای غیرخطی، مانند پلاستیسیتی، باید از مش‌هایی با کیفیت بالا و تعداد بیشتری المان استفاده کرد. این موضوع به دلیل نیاز به دقت بیشتر در نواحی تغییر شکل‌های بزرگ و تنش‌های بالا اهمیت دارد.

تغییرات تطبیقی: در تحلیل‌های غیرخطی، مش‌بندی تطبیقی می‌تواند به بهبود دقت نتایج کمک کند. نرم‌افزار ANSYS به طور خودکار مش را در نواحی با تغییرات شدید تغییر می دهد.

روش‌های تولید شبکه در ANSYS

در ANSYS ، روش‌های مختلفی برای تولید شبکه وجود دارد که بسته به نیاز و نوع تحلیل انتخاب می‌شوند:

تولید شبکه (مش‌ بندی) دستی (Manual Meshing)

در این روش، کاربر به طور کامل بر فرآیند مش‌بندی کنترل دارد. این روش برای مواقعی که نیاز به دقت بالا و کنترل دقیق بر اندازه و نوع المان‌ها داریم، مناسب است. به عنوان مثال، در نواحی با هندسه پیچیده یا تغییرات تنش بزرگ، مش‌بندی دستی می‌تواند به دستیابی به نتایج دقیق‌تر کمک کند.

تولید شبکه (مش‌ بندی) خودکار (Automatic Meshing)

این روش به نرم‌افزار اجازه می‌دهد که براساس هندسه مدل و نوع تحلیل، بهترین نوع و اندازه المان را به طور خودکار انتخاب کند. این روش برای کاربران مبتدی یا تحلیل‌های سریع مفید است، اما ممکن است همیشه به اندازه مش‌بندی دستی دقیق نباشد.

تولید شبکه (مش‌ بندی) تطبیقی (Adaptive Meshing)

مش‌بندی تطبیقی به این معناست که نرم‌افزار ANSYS براساس نتایج اولیه تحلیل، مش را بهبود می‌دهد. به عبارت دیگر، اگر در یک ناحیه گرادیان‌های بالایی از تنش یا تغییر شکل وجود داشته باشد، مش در آن ناحیه به صورت خودکار ریزتر خواهد شد. این روش برای تحلیل‌های غیرخطی یا مدل‌های با تغییرات زیاد مفید است

ویژگی‌ها:

• افزایش یا کاهش تراکم مش به‌طور خودکار براساس نیاز تحلیل

تولید شبکه (مش‌ بندی) چندوجهی (Hybrid Mesh یا Multizone Mesh)

این روش مش‌ بندی ترکیبی از المان‌های ساختاریافته و غیرساختاریافته را به کار می‌برد. این نوع مش‌بندی معمولاً برای مدل‌هایی استفاده می‌شود که برخی نواحی دارای هندسه ساده و برخی دیگر پیچیده هستند.

ویژگی‌ها:

• ترکیب المان‌های چهاروجهی (تتراهدرال) و شش‌وجهی برای بهینه‌سازی مش.
• استفاده از المان‌های مناسب برای هر بخش از مدل.

تولید شبکه (مش‌ بندی) ساختاریافته (Structured Mesh)

این نوع مش‌ بندی شامل شبکه‌هایی است که دارای نظم و الگوهای هندسی منظم هستند. مش‌های ساختاریافته بیشتر در تحلیل‌هایی استفاده می‌شوند که شکل مدل ساده و منظم است.

ویژگی‌ها:

• نظم بالا و تقارن مش‌ها.
• کارایی بیشتر در حل مسائل خطی و هندسه‌های ساده.
• مناسب برای تحلیل‌های تنش، انتقال حرارت و CFD با مدل‌های متقارن یا یکنواخت.

تولید شبکه (مش‌ بندی) غیرساختاریافته (Unstructured Mesh)

مش‌ بندی غیرساختاریافته در هندسه‌های پیچیده و نامنظم به کار می‌رود. در این روش، عناصر مش به صورت نامنظم در مدل قرار می‌گیرند

ویژگی‌ها:

• امکان استفاده برای هر نوع هندسه پیچیده.
• مش‌های نامنظم و غیریکنواخت.

تولید شبکه (مش‌ بندی) بی‌نهایت (Infinite Element Mesh)

این روش مش‌ بندی برای مدل‌سازی نواحی نامحدود (مانند مسائل مربوط به میدان‌های الکترومغناطیسی یا موج‌ها) استفاده می‌شود. در اینجا از المان‌های خاصی استفاده می‌شود که رفتار مدل را در فواصل دورتر شبیه‌سازی می‌کنند.

ویژگی‌ها:

• استفاده از المان‌های ویژه برای مدل‌سازی نواحی بی‌نهایت

تولید شبکه (مش‌ بندی) هگزا (Hexahedral Mesh)

این نوع مش‌بندی از المان‌های شش‌وجهی تشکیل شده و بیشتر در تحلیل‌های سازه‌ای و سیالاتی با هندسه‌های متقارن و منظم کاربرد دارد.

ویژگی‌ها:

مش‌ بندی متقارن و کارآمد.

• مش‌بندی لایه‌ای (Layered or Prism Mesh)

این نوع مش‌ بندی برای تحلیل‌هایی که با لایه‌های نازک یا مرزی مانند جریان‌های سیالاتی و انتقال حرارت در مجاورت دیوارها سروکار دارند، به کار می‌رود. مش‌های لایه‌ای معمولاً در نواحی مرزی تشکیل می‌شوند تا تغییرات بزرگ در پارامترها به‌خوبی مدل شوند.

ویژگی‌ها:

• مش‌های متراکم در نزدیکی دیواره‌ها و لایه‌های مرزی

تولید شبکه (مش‌ بندی) دینامیکی (Dynamic Mesh)

این نوع مش‌ بندی برای مدل‌هایی که در طول زمان تغییر شکل می‌دهند (مانند مدل‌های سیالاتی با مرزهای متحرک) استفاده می‌شود. شبکه در طول تحلیل به‌طور دینامیکی تغییر می‌کند.

ویژگی‌ها:

• شبکه در طول فرآیند حل به‌طور خودکار به‌روزرسانی می‌شود تا تغییرات شکل مدل را دنبال کند.

ابزارهای تولید شبکه در ANSYS

ANSYS مجموعه‌ای از ابزارهای پیشرفته برای تولید شبکه ارائه می‌دهد که شامل موارد زیر است:

• Mesh Controls : ابزارهای کنترلی که به کاربر اجازه می‌دهند نوع، اندازه، و کیفیت مش را در نواحی خاصی از مدل تنظیم کنند.
• Advanced Size Functions : این ابزارها به بهینه‌سازی خودکار اندازه المان‌ها در مناطق مختلف مدل کمک می‌کنند.
• Batch Meshing : این ابزار به کاربر اجازه می‌دهد تا مش‌بندی را به صورت همزمان روی چندین مدل انجام دهد.

نرم افزارهای تولید شبکه در انسیس

• Ansys Meshing
• Fluent Meshing
• ICEM
• SpaceClaim Meshing
• Mechanical Meshing

در بلاگ نرم افزار تولید شبکه در انسیس کامل و جامع نرم افزار ها را توضیح دادم .

چالش‌های مش‌ بندی و راه‌حل‌ها

مش‌ بندی مدل‌های پیچیده و بزرگ چالش‌هایی را به همراه دارد که باید با دقت به آن‌ها توجه شود:

• هندسه‌های پیچیده: مدل‌هایی با هندسه‌های پیچیده مانند منحنی‌ها، سوراخ‌ها، و لبه‌های تیز نیاز به مش‌بندی دقیق‌تری دارند. استفاده از المان‌های چهاروجهی (تترا) در کنار شش‌وجهی (هگزا) می‌تواند در این موارد مفید باشد.
• تفاوت در مقیاس‌ها: مدل‌هایی که شامل نواحی با مقیاس‌های بسیار متفاوت هستند (مانند مدل‌های میکرو و نانو) نیاز به مش‌بندی با دقت بالا و تنظیمات خاص دارند.
• مدل‌های چندفیزیکی: تحلیل‌هایی که چندین فیزیک (مانند مکانیک جامدات، دینامیک سیالات، و انتقال حرارت) را ترکیب می‌کنند، نیاز به مش‌بندی مناسب برای هر فیزیک دارند. این به معنای ایجاد یک مش مشترک است که تمامی نیازهای فیزیکی را برآورده کند.
• مدل‌های بزرگ و پیچیده: مدل‌های بزرگ ممکن است به میلیون‌ها المان نیاز داشته باشند، که این موضوع می‌تواند منجر به افزایش زمان محاسبات و نیاز به منابع محاسباتی بیشتر شود. استفاده از مش‌بندی تطبیقی و بهینه‌سازی تعداد المان‌ها می‌تواند در این موارد مفید باشد.

اگر مشکلاتی در مش بندی دارید یا علاقه مند به دانش شبیه سازی هستید میتوانید بلاگ ده تکنیک مش زنی در انسیس را بخوانید و امیدوارم مانع از کار هاتون برطرف کند.

نتیجه‌گیری و توصیه‌ها برای تولید شبکه موفق در ANSYS

برای موفقیت در تولید شبکه (مش بندی) مدل‌ها در ANSYS، به نکات زیر توجه کنید:

شروع با تولید شبکه درشت و تحلیل مقدماتی: همیشه بهتر است با مش‌بندی درشت‌تر شروع کرده و نتایج را بررسی کنید. در صورت نیاز، می‌توان مش‌بندی را در نواحی بحرانی بهبود داد.

مشخصات مش خوب و مناسب:

• ظاهر خوبی داشته باشد.
• همواره برای مش اجزاء محدود مناسب جواب معقولی بدهد.
• اگر مش به اندازه کافی کوچک بود، جواب دقیقی بدهد.
• استفاده از ترکیب روش‌های خودکار و دستی: ترکیب روش‌های خودکار و دستی به شما امکان می‌دهد که از سرعت روش‌های خودکار و دقت روش‌های دستی بهره‌مند شوید.
• بررسی مداوم کیفیت مش: پس از ایجاد مش، همیشه کیفیت آن را بررسی کنید و در صورت نیاز بهبودهای لازم را اعمال کنید.
• آموزش و تمرین مستمر: یادگیری مداوم و تمرین با انواع مختلف مدل‌ها و تکنیک‌های مش‌بندی می‌تواند به شما کمک کند تا مهارت‌های خود را در این زمینه بهبود بخشید و به تحلیل‌های دقیق‌تر دست یابید.
• استفاده از نرم‌افزارهای مکمل: استفاده از نرم‌افزارهای مکمل برای مش‌بندی و تحلیل، مانند ANSYS ICEM برای مش‌بندی پیچیده و Fluent برای تحلیل‌های جریان.

با توجه به این توضیحات جامع، شما می‌توانید با استفاده از ابزارها و تکنیک‌های مناسب، مش‌بندی موثری برای مدل‌های خود در ANSYS انجام دهید و به نتایج دقیق و قابل اعتمادی برسید .

خدمات شرکت بنوموسی در زمینه شبیه‌سازی و تولید شبکه

شرکت بنوموسی با سابقه‌ای درخشان در زمینه شبیه‌سازی و تحلیل‌های عددی، در ارائه خدمات مش‌بندی و مشاوره تخصصی در حوزه‌های مختلف شبیه‌سازی، از جمله نرم‌افزار ANSYS ، به شما کمک می‌کند تا تحلیل‌های دقیق و کارآمدی داشته باشید. خدمات ما شامل:

تولید شبکه ( مش بندی ) تخصصی در ANSYS

ما با استفاده از روش‌های پیشرفته مش‌بندی در ANSYS، از جمله مش‌بندی دستی، خودکار، تطبیقی، و ترکیبی، به شما کمک می‌کنیم تا مدل‌های پیچیده و بزرگ را با دقت و کیفیت بالا تحلیل کنید. تیم ما با تجربه و تخصص خود، به شما در انتخاب بهترین نوع و اندازه المان‌ها، تراکم مش، و بهینه‌سازی شبکه کمک می‌کند.

مشاوره رایگان

شرکت بنوموسی با ارائه جلسات منتورینگ آباکوس راهنمای شما عزیزان در جهت رفع و بهبود ایرادات فنی و مهندسی پروژه های صنعتی و دانشجوی تان در زمینه مدل‌سازی، تحلیل، و صحت‌سنجی نتایج می باشد. این جلسات به صورت آنلاین و حضوری برگزار می‌شود و نیم ساعت اول رایگان است. برای اطلاعات بیشتر و رزرو وقت، از صفحه منتورینگ اباکوس ما دیدن کنید.

تحلیل‌های پیچیده و چندفیزیکی

ما در تحلیل‌های چندفیزیکی و مدل‌های با هندسه‌های پیچیده تخصص داریم و با استفاده از ابزارهای مدرن و تکنیک‌های پیشرفته، به شما کمک می‌کنیم تا تحلیل‌های دقیقی در زمینه مکانیک جامدات، دینامیک سیالات، و انتقال حرارت انجام دهید.

مش‌بندی و تحلیل برای صنایع مختلف

خدمات ما شامل مش‌بندی و تحلیل در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، ساخت و ساز، و انرژی می‌شود. ما با توجه به نیازهای خاص هر صنعت، راهکارهای بهینه‌ای برای شبیه‌سازی و تحلیل ارائه می‌دهیم.

برای کسب اطلاعات بیشتر و دریافت مشاوره رایگان، لطفاً با ما تماس بگیرید یا از وب‌سایت Banumusagr بازدید کنید. تیم ما آماده است تا شما را در دستیابی به نتایج مطلوب در تحلیل‌های عددی و شبیه‌سازی‌های مهندسی یاری کند.

راه های ارتباطی با شرکت بنوموسی :

TELEGRAM : https://t.me/BanuMusaGr

ایمیل: info@BanuMusaGr.com

تلفن همراه:  388 20 55 0915

تلفن:  35424520– 51 (98+)

آدرس: مشهد – کیلومتر 12 بزرگراه آسیایی (جاده قوچان)- جاده شهرک صنعتی توس- شهرک فناوری صنایع غذایی و بیوتکنولوژی شمال شرق- معاونت صنایع کوچک- مرکز خدمات.