第4章：几何建模与网格划分
各位工程师朋友，今天我们来聊聊真空灌注模拟里最基础、也最容易被忽视的一步——几何建模与网格划分。
说实话，我见过太多人一上来就急着跑仿真，结果模型导进去网格画不出来，或者画出来算到一半就发散。嗯，这种坑我踩过不止一次。所以这一章，咱们把这块地基打扎实。
4.1 CAD模型导入——别让模型成为瓶颈
我个人习惯用SolidWorks或CATIA建好几何，然后导出为STEP或IGES格式。为什么？因为这两个格式在大多数CFD软件里兼容性最好。
但有个细节要注意：导出前一定要做几何清理。什么意思？就是把那些小圆角、小倒角、螺栓孔、螺纹这些对流动没影响的特征统统去掉。你想想看，网格划分时这些细节会让网格量暴增，计算时间翻倍，结果却没啥变化。
我的经验：导入后第一件事，用软件的几何修复工具检查一下。我曾经有一次导入一个机翼模型，表面有个0.1mm的缝隙没发现，结果网格怎么都画不过去，折腾了两天。后来发现是导出时精度设置太低。
导入后，建议做这几步检查：
- 检查是否有自由边、重叠面
- 确认单位制统一（毫米还是米？）
- 查看模型是否封闭（流体域必须封闭）
- 简化不必要的细节特征
4.2 2D网格划分策略——快速验证的利器
很多人觉得2D模拟不够精确，其实不然。在工艺参数初步调优阶段，2D网格能帮你快速试错。我经常用2D模型先跑一遍，看看树脂流动的大致趋势，再上3D精细算。
2D网格划分，核心就三个字：三角形。为什么？因为三角形网格对复杂几何的适应性最好，而且自动生成算法成熟。
具体策略：
- 全局尺寸控制：设置一个基础尺寸，比如2mm。太大会丢失细节，太小网格量爆炸。
- 局部加密：在注胶口、出胶口、拐角这些流动变化剧烈的地方，把网格尺寸缩小到0.5mm甚至更小。
- 质量检查：画完网格一定要看最小角度和长宽比。三角形的最小角不要低于20°，否则计算容易发散。
小技巧：2D网格画完后，可以先用稳态算一下压力分布。如果压力云图有锯齿状，说明网格质量不够好，需要重新调整。
4.3 3D网格划分策略——精度与效率的平衡
3D网格才是真空灌注模拟的主力。但3D网格的划分，说白了就是在精度和计算量之间找平衡。
我个人推荐用四面体+棱柱层的组合网格。四面体填充内部区域，棱柱层处理壁面附近的边界层。为什么这样搭配？因为四面体自动生成快，棱柱层能准确捕捉壁面附近的流动细节。
来看一个典型的网格参数设置：
| 参数 | 推荐值 | 说明 |
|---|---|---|
| 全局最大尺寸 | 3-5 mm | 根据模型大小调整 |
| 局部最小尺寸 | 0.3-0.5 mm | 用于注胶口、拐角处 |
| 棱柱层数 | 3-5 层 | 边界层网格 |
| 棱柱层增长率 | 1.2-1.5 | 从壁面向外逐渐增大 |
| 网格质量（偏斜度） | < 0.85 | 超过0.9需要重新划分 |
注意：3D网格的节点数不是越多越好。我曾经有个项目，网格从200万加密到500万，结果计算结果只差了2%，但计算时间多了3倍。所以，先做网格无关性验证，找到那个“够用”的网格密度。
4.4 边界层网格处理——流动模拟的关键
边界层网格，这是很多新手容易忽略的地方。真空灌注中，树脂在纤维层表面的流动行为，很大程度上取决于边界层的捕捉精度。
为什么会这样？因为树脂是粘性流体，在壁面附近速度梯度很大。如果边界层网格不够密，就捕捉不到这个梯度，算出来的流动阻力就会偏小。
我的做法是这样的：
- 第一层网格高度：用y+值估算。对于真空灌注，y+一般在1-5之间。
- 棱柱层增长率：控制在1.2以内，太大会导致网格过渡不自然。
- 棱柱层数：至少3层，我一般用5层。
这里有个经验公式可以估算第一层高度：
Δy = (y+ * μ) / (ρ * u_τ)
其中：
Δy = 第一层网格高度
y+ = 目标y+值（取1-5）
μ = 树脂动力粘度
ρ = 树脂密度
u_τ = 壁面摩擦速度（需要估算）当然，实际项目中我很少去精确计算这个值。更常用的方法是：先画一套粗网格，算完后查看壁面附近的y+分布，如果太大就加密，如果太小就放松。迭代两三次就能找到合适的参数。
避坑指南：我曾经在一个大型风电叶片项目中，边界层网格只画了2层，结果算出来的树脂填充时间比实际少了30%。后来加了5层棱柱层，结果才和实验对得上。从那以后，我再也不敢在边界层上偷懒了。
4.5 网格质量检查——别让坏网格毁了你的仿真
网格画完了，别急着提交计算。先做质量检查，这是职业习惯。
主要检查这几个指标：
- 偏斜度（Skewness）：越接近0越好，一般要求小于0.85
- 正交质量（Orthogonal Quality）：越接近1越好，一般要求大于0.15
- 长宽比（Aspect Ratio）：边界层网格可以大一些，内部区域控制在5以内
- 最小体积：不能出现负体积，否则计算直接报错
如果发现坏网格，不要手动一个个去修。我建议的做法是：
- 先定位坏网格的位置
- 分析原因（几何尖角？尺寸突变？）
- 回到几何或网格参数中调整
- 重新生成
嗯，这里要提醒一句：不要试图用网格平滑功能来掩盖坏网格。平滑只能改善一点点，根本问题还是在几何或参数设置上。
4.6 本章知识体系
为了让大家更直观地理解这一章的内容结构，我画了一张流程图：
这张图把整个流程串起来了。从CAD导入开始，根据需求选择2D或3D策略，然后重点处理边界层，最后做质量检查。每一步都环环相扣，缺一不可。
好了，这一章的内容就到这里。网格划分这块，说白了就是多练、多试、多总结。刚开始可能会觉得繁琐，但等你积累了几个项目经验后，就会形成自己的套路。
记住一句话：好的网格是成功仿真的第一步。别在这一步省时间，否则后面会花更多时间在调试和纠错上。