4. 几何建模与网格划分：从CAD到可计算模型
做多物理场仿真这么多年，我有个深刻的体会：仿真80%的问题，其实都出在几何和网格上。你想想看，物理场设置再精确，边界条件再完美，如果几何有瑕疵、网格质量差，结果照样是废的。
这一章，我就把几何建模和网格划分的那些坑，一个一个给你讲清楚。
4.1 CAD模型导入：别让导入成为第一道坎
很多工程师拿到CAD模型，直接往COMSOL或ANSYS里一拖，就开始划分网格。结果呢？报错、死机、网格畸形……我刚开始做项目时也吃过这个亏。
CAD模型导入，说白了就是格式转换。不同软件之间的数据交换，总会有信息丢失。我个人习惯用这几种格式：
| 格式 | 适用场景 | 注意事项 |
|---|---|---|
| STEP (.stp/.step) | 通用格式，几乎所有CAD都支持 | 保留实体和装配关系，推荐首选 |
| IGES (.igs) | 老牌格式，曲面模型 | 容易产生碎面，慎用 |
| Parasolid (.x_t) | ANSYS原生格式 | 导入速度快，但兼容性一般 |
| STL (.stl) | 3D打印/逆向工程 | 只有三角面片，无法编辑几何 |
4.2 几何清理：仿真前的必修课
CAD模型是为制造设计的，不是为仿真设计的。你想想看，一个螺栓孔、一个倒角、一条装饰线，在制造中很重要，但在仿真中只会增加网格数量、降低计算效率。
几何清理的核心原则就四个字：化繁为简。
我一般按这个顺序清理：
- 去除小特征：倒角、圆角、小孔（直径小于网格尺寸的1/5）
- 修复缝隙：面与面之间的微小间隙，用"缝合"功能处理
- 删除重复面：导入时经常产生重叠的面
- 简化装配体：把螺栓、垫片等小零件合并或删除
- 创建虚拟拓扑：把多个小面合并成一个面
4.3 网格类型选择：四面体 vs 六面体
这是每个仿真工程师都会纠结的问题。四面体网格自动生成方便，六面体网格精度高。到底选哪个？
我画了一张图，帮你理清思路：
具体怎么选？我给你几个实战建议：
- 四面体网格：适合复杂几何（人体、涡轮叶片、不规则腔体）。COMSOL默认就是四面体，生成速度快，但单元数量多，计算慢。
- 六面体网格：适合规则几何（长方体、圆柱、管道）。ANSYS的六面体网格质量高，单元少，计算快。但手动划分很费时间。
- 混合网格：我经常用的一种方式。关键区域用六面体，非关键区域用四面体。比如一个电机仿真，定子用六面体，端部绕组用四面体。
核心原则：不要为了六面体而六面体。如果一个几何需要花3天时间才能切成六面体，而四面体只需要1小时，那就用四面体。仿真效率比网格类型更重要。
4.4 网格质量评估：别让坏网格毁了你的仿真
网格画完了，不代表就能直接算。我见过太多人，网格画完看都不看，直接点求解。结果算到一半发散，或者结果明显不对。
网格质量评估，说白了就是检查网格有没有"病"。常见的指标有这几个：
| 指标 | 理想值 | 可接受值 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 偏斜度 (Skewness) | 0-0.25 | 0-0.85 | 越接近0越好，>0.95的单元必须处理 |
| 正交质量 (Orthogonal Quality) | 0.95-1.0 | 0.15-1.0 | 越接近1越好，<0.01的单元会出问题 |
| 纵横比 (Aspect Ratio) | 1-3 | 1-10 | 边界层网格可以到100，但内部网格要控制 |
| 雅可比 (Jacobian Ratio) | 1.0 | 0.7-1.0 | 负雅可比意味着单元翻转，必须修复 |
嗯，这里要注意：不要只看平均值，要看最差值。一个坏单元就能让整个仿真发散。我有个习惯，每次画完网格，先看最差的10个单元在哪里，然后手动修复。
4.5 实战技巧：网格划分的"黄金法则"
做了这么多年仿真，我总结了几条网格划分的黄金法则，分享给你：
- 先粗后细：先用粗网格跑一遍，看趋势对不对。没问题了，再加密网格做精确计算。
- 局部加密：梯度大的地方（边界层、应力集中区、流道拐角）加密，其他地方可以粗一些。
- 网格过渡要平滑：相邻单元的尺寸比不要超过1.5倍。突然从粗网格跳到细网格，会产生数值误差。
- 边界层至少3层：对于流体和热仿真，边界层网格至少3层，最好5层以上。
- 网格无关性验证：加密网格后，如果结果变化小于5%，说明网格已经够用了。
最后说一句：网格划分不是一次性的工作。你可能会反复调整好几次，才能找到最优的网格方案。别急，慢慢来，网格质量上去了，仿真结果才有说服力。
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