第四章 网格划分技术（上）：网格类型选择与密度控制
各位同学，大家好。今天我们来聊聊网格划分。
说实话，在电机仿真这个行当里摸爬滚打这么多年，我越来越觉得网格划分是门手艺活。它不像材料参数那样有标准答案，也不像边界条件那样非黑即白。网格划得好不好，直接决定了你的仿真能不能算得准、算得快。
这一章我们先讲上半部分——网格类型怎么选、密度怎么控、结构化网格和扫掠网格怎么用。这些都是基本功，但恰恰是基本功最容易出问题。
4.1 网格类型选择：C3D10、C3D8R 到底用哪个？
Abaqus 里单元类型多得让人眼花缭乱。但做电机结构仿真，常用的其实就那么几种。我给大家梳理一下。
4.1.1 六面体单元：C3D8R 是主力
C3D8R，全称是 8 节点六面体线性减缩积分单元。这是我最常用的单元，没有之一。
为什么？因为它计算效率高，对弯曲问题不敏感。电机定子铁芯、机壳这些薄壁结构，用 C3D8R 非常合适。
核心优势：
- 计算速度快，内存占用小
- 对位移结果精度高
- 不容易出现剪切闭锁
但 C3D8R 有个坑——沙漏模式。说白了就是单元被压扁了但节点没动，应力算出来是零。我在做某款新能源汽车电机时，就遇到过这个问题。当时算出来的应力值明显偏低，排查了半天才发现是沙漏控制没开。
避坑指南：使用 C3D8R 时，一定要开启沙漏控制。在 Abaqus 中设置 Hourglass stiffness 为默认值或适当增大。我曾经因为偷懒没开这个，结果仿真结果和台架测试差了 30%。
4.1.2 四面体单元：C3D10 是救场选手
C3D10，10 节点四面体二次单元。什么时候用？几何太复杂，六面体死活画不出来的时候。
比如电机端盖上的散热筋、绕组端部的复杂形状，这些地方用六面体网格简直是折磨。这时候 C3D10 就派上用场了。
但要注意，C3D10 的计算量比 C3D8R 大得多。同样一个模型，用 C3D10 算可能要多花 3-5 倍的时间。所以我的原则是：能六面体就六面体，实在不行再用四面体。
| 单元类型 | 适用场景 | 计算效率 | 精度 |
|---|---|---|---|
| C3D8R | 定子铁芯、机壳、转子铁芯 | 高 | 位移精度高，应力需注意 |
| C3D10 | 端盖、绕组、复杂曲面 | 低 | 应力精度好 |
| C3D20R | 高精度应力分析 | 很低 | 极高 |
4.2 网格密度控制：粗还是细？这是个问题
网格密度怎么定？太粗算不准，太细算不动。我给大家一个经验法则。
4.2.1 全局尺寸 vs 局部细化
先设全局尺寸，再对关键区域做局部细化。这是标准流程。
全局尺寸怎么定？我一般用结构最小特征尺寸的 1/5 到 1/3。比如定子齿的宽度是 10mm，那全局网格尺寸设在 2-3mm 左右。
局部细化针对哪里？应力集中区、接触面、倒角根部。这些地方网格要加密到全局尺寸的 1/2 甚至 1/4。
我的习惯：在 Abaqus 中先用 Seed Part 设置全局种子，再用 Seed Edges 对关键边进行局部加密。这样既保证了精度，又控制了计算量。
4.2.2 网格过渡要平滑
粗网格和细网格之间不能突变。我见过有人从 5mm 直接跳到 0.5mm，结果算出来的应力场像狗啃的一样。
过渡比例控制在 1.2-1.5 倍比较合理。也就是说，相邻两层网格的尺寸比不超过 1.5。
4.3 结构化网格划分：强迫症的福音
结构化网格，说白了就是网格排列得像砖墙一样整齐。六面体单元按行按列排好，节点编号有规律。
这种网格质量最高，计算最稳定。但前提是——你的几何必须规整。
电机里哪些地方适合结构化网格？
- 定子轭部：环形结构，可以切分成多个扇区
- 转子铁芯：同样环形，注意磁钢槽的处理
- 机壳：圆柱壳结构，非常适合
具体怎么做？我一般用 Partition 功能把几何切成多个可映射的块。比如定子轭部，先切出 1/4 或 1/8 对称模型，然后用 Structured 网格控制。
操作步骤：
- 用
Create Partition切分几何 - 选择
Mesh Controls设为Structured - 指定种子密度
- 生成网格
如果切分后还是提示无法生成结构化网格，别急。检查一下是不是有 T 形连接或者非四边形的面。结构化网格要求每个面都是四边形。
4.4 扫掠网格划分：圆柱结构的利器
扫掠网格，就是沿着一个方向拉伸二维网格生成三维网格。电机里圆柱形结构特别多，扫掠网格简直是量身定做。
比如转子轴、机壳、绕组端部，这些结构都有一个明显的拉伸方向。用扫掠网格，既保证了网格质量，又比结构化网格灵活。
操作上，先定义源面（Source face）和目标面（Target face），然后指定扫掠路径。Abaqus 会自动在中间生成六面体或楔形单元。
小技巧：扫掠网格的源面网格质量决定了整体质量。我习惯先在源面上画好高质量的四边形网格，再扫掠。这样出来的六面体网格质量非常高。
4.5 知识体系总览
下面这张图是我自己整理的网格划分知识体系，大家可以对照着看。
4.6 实战经验总结
讲了这么多，我给大家总结几条实战经验。
第一条：网格质量比网格数量重要。一个高质量的粗网格，比一个乱七八糟的细网格强得多。我见过有人把网格画到几百万单元，结果因为网格畸变严重，算出来的结果还不如几十万单元的好。
第二条：先画 2D 再扫掠。对于电机这种回转体结构，先在截面上画好 2D 网格，再旋转扫掠，效率极高。我处理转子铁芯时一直用这个方法。
第三条：不要迷信全六面体。有些地方用四面体反而更好。比如绕组端部的复杂曲面，强行画六面体只会让网格质量变差，计算不收敛。这时候用 C3D10 是明智的选择。
曾经踩过的坑：有一次做某款高速电机的转子动力学分析，我用了全六面体网格，结果模态频率怎么算都不对。后来发现是网格在磁钢槽附近发生了畸变，导致刚度矩阵奇异。换成局部四面体后，问题迎刃而解。
好了，网格类型和密度控制这部分就讲到这里。下一章我们会继续讲网格质量检查、自适应网格和接触网格控制。这些内容同样重要，大家先把今天的内容消化好。
公众号:蓝海资料掘金营，微信deep3321