مقدمه
شبکه بندی ( Meshing) یکی از مراحل کلیدی در فرآیند شبیه‌سازی اجزای محدود (FEM ) است. کیفیت شبکه مستقیماً بر دقت نتایج و سرعت حل عددی تاثیر می‌گذارد . ANSYS Meshing با ابزارها و الگوریتم ها ی پیشرفته، تولید شبکه‌های سازگار با انواع هندسه‌ها را آسان می‌کند . در این مقاله، علاوه بر معرفی انواع شبکه و مراحل تولید آن، به چگونگی استفاده از ابررایانه برای افزایش سرعت این فرآیند خواهیم پرداخت، با ما همراه باشید
۱. ANSYS Meshing چیست؟
ANSYS Meshing بخشی از مجموعه نرم افزاری ANSYS Workbench است که وظیفه ی تولید خودکار و یا دستی شبکه‌های المان محدود را بر عهده دارد . مهم‌ترین قابلیت‌های این نرم افزار شامل این موارد است :
- شبکه سازی خودکار (Automatic ) : تولید سریع شبکه برای هندسه ها ی ساده و پیچیده.
- شبکه‌سازی کنترل‌شده ( Controlled) : اعمال تنظیمات دلخواه کاربر برای نواحی خاص
- پشتیبانی از المان‌های مختلف: تترال، هگزاhedral ، پرمیز (Prism)، هرم (Pyramid) و ترکیبی.
۲. انواع شبکه در ANSYS Meshing
۲.۱ شبکه تترال (Tetrahedral)
- مناسب برای هندس ه های پیچیده
- حجم پایین المان‌ها و سازگاری بالا با تغییرات هندسی
- معمولاً زمان تولید سریع
۲.۲ شبکه هگزا hedral ( Hexahedral )
- دقت بالاتر و همگرایی بهتر
- مناسب برای تحلیل‌های حساس مانند جریان سیال و انتقال حرارت
- تولید شبکه نیازمند تنظیمات بیشتر
۲.۳ شبکه هیبرید(Hybrid)
- ترکیبی از المان‌های تترال ، هگزاhedral، پرمیز و هرم
- بهینه برای حفظ دقت و کاهش تعداد المان
۳. فرایند تولید شبکه
- پاکسازی هندسه ( Geometry Cleanup): حذف سطوح اضافی و ادغام خطوط نزدیک به هم .
- تقسیم‌بندی نواحی (Sizing) : مشخص کردن اندازه المان در نواحی حساس (مثل گوشه‌ها و تقاطع‌ها) .
- اعمال مش‌بند (Inflation ): اضافه کردن لایه های المانی در سطح برای تحلیل لایه ی مرزی (Boundary Layer)
- نسخه برداری مش ( Mesh Preview): بررسی سریع پراکندگی المان‌ها و شلوغی بیش از حد.
- تولید نهایی شبکه (Generate Mesh ): اجرای الگوریتم‌های خودکار و یا دستی
- کنترل کیفیت شبکه (Mesh Quality) : ارزیابی معیارهایی مانند skewness، aspect ratio و Jacobian
۴. شاخص‌های کیفیت شبکه
- Skewness : میزان انحراف المان از شکل ایده‌آل
- Aspect Ratio : نسبت ابعاد المان (بیشتر از ۱۰ کاهش دقت را به همراه دارد)
- Jacobian Ratio: تغییرات مش در تبدیل محلی
با رعایت این شاخص‌ها می‌توانید از نتایج شبیه‌سازی با دقت بالا اطمینان حاصل کنید.
۵. چالش‌های بزرگ مقیاس ( Big Meshing)
- تعداد بالای المان : نیاز به حافظه و زمان محاسبه زیاد.
- مدیریت داده : ذخیره و پردازش شبکه های چندصدمیلیونی.
- توازن بار (Load Balancing) : تقسیم متوازن وظایف بین پردازنده ها.
۶. بهره‌گیری از ابررایانه برای Meshing
ابررایانه‌ها با تعداد بالای هسته‌های پردازشی و حافظهٔ گسترده، امکان تولید شبکه‌های بسیار پیچیده و حجیم را در زمان معقول فراهم می‌کنند
۶.۱ مزایای استفاده از ابررایانه
- سرعت بالا: پردازش موازی Mesh Generation
- مقیاس‌پذیری : قابلیت افزودن نود برای افزایش توان محاسباتی
- کاهش زمان پروژه: به‌ویژه در پروژه‌های تحقیقاتی و صنعتی با نیاز به Mesh Refinement متعدد
۶.۲ پیش‌نیازها
- مجوز ANSYS HPC: لایسنس مناسب برای اجرای موازی ANSYS Meshing.
- نرم‌افزار مدیریت صف ( Scheduler ): مانند SLURM یا PBS برای تخصیص منابع.
- شبکه سریع (InfiniBand ) : برای نقل و انتقال سریع داده بین گره‌های محاسباتی.
۶.۳ مراحل راه‌اندازی
- تهیه اسکریپت مش‌بندی : با استفاده از Python Scripting در ANSYS Workbench یا Mechanical APDL.
- تخصیص منابع: تنظیم تعداد هسته‌ها، حافظه و گره‌های مورد نیاز.
- ارسال Job به Scheduler: تعریف دستورات اجرایی برای Meshing
- نظارت و مانیتورینگ: بررسی لاگ ها و وضعیت اجرا با ابزارهایی مثل
squeue(برای SLURM)
۷. مثال عملی : اسکریپت Python برای Meshing موازی
import ansys.mapdl.core as pymapdl
# اتصال به MAPDL سرور
mapdl = pymapdl.launch_mapdl(run_location='.', nproc=32)
# وارد کردن هندسه
mapdl.prep7()
mapdl.cdb_read('your_geometry.cdb')
# تنظیم اندازه المان
mapdl.esize(1.0)
# تولید شبکه
mapdl.et(1, 'SOLID185')
mapdl.vmesh('ALL')
# ذخیره شبکه
mapdl.finish()
mapdl.cdb_write('meshed_model.cdb')
توجه: در دستور launch_mapdl با پارامتر nproc=32 می‌توانید تعداد هسته‌های پردازشی را تعیین کنید.
۸. نکات بهینه سازی
- تقسیم‌بندی منطقی هندسه : حذف جزییات غیرضروری قبل از مش‌بندی
- استفاده از بخش‌های تقارن: کاهش حجم شبکه تا ۵۰٪
- تنظیم مناسب Sizing Functions : به‌جای تعیین سایز ثابت ، از توابع ادامه‌دار استفاده کنید
- Mesh Diagnostics: پیش از تحلیل، از ابزار کنترل کیفیت ANSYS برای شناسایی المان‌های معیوب استفاده کنید.
نتیجه‌گیری
شبکه‌بندی با ANSYS Meshing و بهره‌گیری از توان ابررایانه ها ، امکان شبیه‌سازی‌های پیچیده و دقیق را در زمان کوتاه برای شما فراهم می‌کند. در این مقاله با انواع شبکه، فرایند تولید، شاخص‌های کیفیت و چگونگی اجرای موازی Meshing آشنا شدیم. به‌کارگیری بهترین شیوه‌ها و تنظیمات مناسب، شما را به نتایج قابل اطمینان و بهینه می‌رساند
موفق و پیروز باشید
سؤالات متداول (FAQ)
۱. چگونه می‌توانم کیفیت شبکه را در ANSYS کنترل کنم؟
از ابزار Mesh Metrics در بخش Mesh > Inspect > Mesh Metrics استفاده کنید و پارامترهایی مانند skewness و aspect ratio را چک نمایید.
۲. چه تفاوتی بین Hexahedral و Tetrahedral وجود دارد؟
هگزاhedral معمولاً دقت و همگرایی بالاتری دارد اما تولید آن پیچیده‌تر است، در حالی که تترال سریع‌تر تولید می‌شود و برای هندسه‌های پیچیده مناسب است.
۳. چه شبکه‌ای برای تحلیل سیالات مناسب‌تر است؟
برای جریان سیال با لایه مرزی مهم، معمولاً شبکه هیبرید با لایه‌های prism در نزدیکی سطوح بهترین انتخاب است.
۴. بهترین تنظیمات برای توزیع بار روی گره‌های محاسباتی چیست؟
استفاده از نرم‌افزارهای مدیریت صف مانند SLURM و تقسیم Grid به Domainهای هم‌حجم، معمولاً بازدهی بالاتری دارد.
کلمات مرتبط: ابرایانه برای شبکه بندی، ابررایانه برای meshing ، ابررایانه ansys meshing
مقاله مادر:
