1 什么是结构网格与非结构网格,两者有什么区别

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hongycxw
擅长:ANSYS

目前人们习惯利用网格形状对结构网格 (Structural Mesh) 与非结构网格 (Unstructral Mesh) 进行区分,往往称四边形及六面体网格为结构网格,而将结构网格之外的网格统统称之为非结构网格。虽然说这在大多数情况下不会有什么问题,但实际上如果深究的话,这种分类方式还是存在很多的问题。

那么,结构网格与非结构网格到底区别在哪里?

网格算法中的 "结构网格",指的是网格节点间存在数学逻辑关系,相邻网格节点之间的关系是明确的,在网格数据存储过程中,只需要存储基础节点的坐标而无需保存所有节点的空间坐标。如图 1 所示为典型的二维结构网格。对于二维结构网格,通常用 i、j 来代表 x   及 y   方向的网格节点(对于三维结构,利用 k 来代表 z   方向)。对于如图所示的网格,在进行网格数据存储的过程中,只需要保存 i =1,j= 1 位置的节点坐标以及 x、y 方向网格节点间距,则整套网格中任意位置网格节点坐标均可得到。需要注意的是,结构网格的网格间距可以不相等,但是网格拓扑规则必须是明确的,如节点(3,4)与(3,5)是相邻节点。

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图 1 二维结构网格示例

图 1 的网格也可以是非结构网格。如果在网格文件中存储的是所有节点的坐标及节点间连接关系的话,那么这套网格即非结构网格。因此,所有的结构网格均可以转化为非结构形式。相反,并非所有的非结构网格均能转化为结构网格形式,因为满足结构化的节点间拓扑关系不一定能够找得到。仅仅从网格形状来确定网格是结构网格还是非结构网格是不合适的,四边形和六面体网格也可以是非结构网格,这取决于它们的网格节点存储方式。

数值计算需要知道每一个节点的坐标,以及每一个节点的所有相邻节点。对于结构网格来说,在数值离散过程中,需要通过结构网格节点间的拓扑关系获得所有节点的几何坐标,而对于非结构网格,由于节点坐标是显式的存储在网格文件中,因此并不需要进行任何的解析工作。

非结构网格求解器只能读入非结构网格,结构网格求解器只能读入结构网格。因为非结构网格求解器缺少将结构网格的几何拓扑规则映射得到节点坐标的功能,而结构网格求解器无法读取非结构网格,则是由于非结构网格缺少节点间的拓扑规则。当前完全的结构网格求解器已经不多了(一些古老的有限差分求解器可能还存在),大多数的求解器为非结构求解器,因此网格导出形式常常是非结构的。

因此,对于网格类型:

  • 非结构网格或结构网格与网格存储方式有关,与网格的形状无关。

  • 输出什么类型的网格,取决于目标求解器支持什么类型的网格。

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