Mesh Workflow: Vernetzen ohne Geometrievorbereitung

Lautsprecherbox mit überlagertem FE Netz der akustischen Domäne | © CADFEM / Adobe Stock

Warum braucht die Akustik einen eigenen Mesh Workflow?

Für Akustik-, CFD- oder CHT-Berechnungen ist nicht das Bauteil der Analyseraum – sondern der umgebende Luftraum. Den als saubere Geometrie aufzubauen ist aufwändig, besonders wenn die Bauteile Spalte, Lücken oder Durchdringungen haben. Der Mesh Workflow löst genau das: Als Startpunkt dient allein die vorhandene Strukturgeometrie – kein vorbereitetes Luftvolumen, kein Umweg über CAD-Bereinigung oder Shared Topology.

Das folgende Video zeigt den Workflow an der Strukturgeometrie einer Lautsprecherbox – mehr ist als Startpunkt nicht nötig. Ziel ist die Schallabstrahlung als Frequenzgang an einem virtuellen Mikrofon im Fernfeld. Was dabei auffällt: drei geführte Entscheidungen genügen, um das FEM-Netz der akustischen Domäne zu erzeugen. Davon unbenommen ist das Prüfen und Anpassen von vordefinierten Einstellungen, was auf einfachem Weg möglich ist.  Beim klassischen Weg sind dieselben Entscheidungen fällig – aber erst nach CAD-Bereinigung, Negativvolumen und Shared Topology – Schritten, deren Aufwand modellabhängig und damit kaum planbar ist.

Akustik Mesh Workflow an der Lautsprecherbox: Einziger Startpunkt ist das CAD-Modell der Box selbst – das FEM-Netz der akustischen Domäne entsteht mit drei geführten Entscheidungen drum herum. | © CADFEM Germany GmbH

Wie starte ich den Mesh Workflow in Ansys Mechanical?

Der Einstieg ist denkbar direkt: Ein Rechtsklick (RMB) auf das Mesh-Objekt im Strukturbaum genügt, um einen Mesh Workflow einzufügen. Ansys stellt dabei je nach Analysetyp vordefinierte Workflows zur Auswahl – für Akustik, Elektronik oder eigene Aufgaben per Custom Mesh Workflow.

Mesh Workflow per Rechtsklick auf das Mesh-Objekt einfügen. | © CADFEM / ID: MR03NN

Ist der Workflow eingefügt, öffnet sich das Control Panel – die zentrale Eingabehilfe für alle erforderlichen Parameter. Es führt den Anwender Schritt für Schritt durch die notwendigen Eingaben und zeigt kontextsensitiv an, welche Daten als nächstes benötigt werden. Das Control Panel zeigt dabei genau die drei Entscheidungen, die für den Akustik Mesh Workflow zu treffen sind: Frequenzbereich, zu schließende Durchbrüche und den Materialpunkt für den Innenraum. Mehr Eingaben sind nicht erforderlich – alles andere regelt der Workflow selbst. Natürlich ist es darüber hinaus möglich die Feineinstellungen zur Netzgenerierung global und lokal zu beeinflussen.

Das Control Panel führt durch die erforderlichen Eingaben – hier am Beispiel des Akustik Mesh Workflows. | © CADFEM / ID: F2MAQA

Welche Schritte erzeugen das fertige Netz?

Die Ausgangsgeometrie wird dabei selbst nicht vernetzt, sondern über ein Wrapping mit einer geschlossenen Hülle überzogen, die die innere Berandung des Luftraumes darstellt. Spalte und Lücken überbrückt der Wrapper automatisch. Zwischen dieser Hülle und einem bereitgestellten Grundkörper als Außenhülle entsteht der Luftraum als Netz – direkt, ohne Geometrieerzeugung. Nach außen schließt ein IPML Bereich (Irregular Perfectly Matched Layers) ab, der im Mesh Workflow als Named Selection vorbereitet wird. Daraus entstehen später dann beim Analyseaufbau IPML-Elemente, welche eine nichtreflektierende Randbedingung darstellen. Diese gewährleistet, dass Schall über die Berandungsfläche hinweg sauber ins Fernfeld abgestrahlt und nicht unphysikalisch zurückreflektiert wird, wie es ohne diese Spezialbehandlung der Fall wäre.

Strukturbaum mit Input, Steps und Output – die Lautsprecherbox-Geometrie (4 Parts) dient als Startpunkt. | © CADFEM / ID: BNZWQR

Unter dem eingefügten Mesh Workflow zeigt der Strukturbaum drei Basisschritte. Als Input wird die Startgeometrie übergeben und im Initialisierungsschritt in eine facettierte Topologie umgewandelt – auf dieser Basis vernetzt der PrimeMesh-Kernel das Modell. Unter Steps ist bei vordefinierten Workflows die Reihenfolge bereits hinterlegt: globale und lokale Netzgröße, Oberflächennetz, optional Wrapper, dann Volumennetz oder Schalenmodell. Für das Akustikmodell wird zusätzlich ein Grundkörper integriert, der mit der vernetzten Oberfläche das Luftvolumen bildet.

Die sieben vordefinierten Steps des Akustik Mesh Workflows – das Ergebnis: Lautsprecherbox mit fertig vernetztem Luftvolumen „Air" unter Geometry. | © CADFEM / ID: HKGZFI

Im Output wird über Complete Workflow festgelegt, welche vernetzte Topologie für die Weiterverwendung in die Simulation übergeben wird – als neue Geometrie direkt unter dem Objekt Geometry verfügbar. Wie das Ergebnisnetz zeigt, löst derselbe Workflow beide klassischen Akustikprobleme: Während Abschnitt 1 die Schallabstrahlung ins Freifeld zeigt (Außenraumproblem, umgebendes Luftvolumen), ist hier im Bild nun das Innenraumproblem dargestellt: das Luftvolumen in der Lautsprecherbox selbst, vernetzt z.B. für eine akustische Modalanalyse zur Ermittlung der Hohlraumresonanzen in der Box.

„Complete Workflow" überträgt das erzeugte Netz zurück in Ansys Mechanical – als vernetzte Geometrie für die weitere Simulation. | © CADFEM / ID: 2C2CUL

Wann lohnt sich der Stacker Mesh Workflow?

Geschichtete Strukturen wie Leiterplatten (PCBs) stellen die klassische Vernetzung vor ein grundlegendes Problem: Jede Schicht, jede Durchbohrung, jede Komponente müsste einzeln als Geometrie aufbereitet und verbunden werden – eine Sisyphusarbeit bei realen Bauteilen.

Der Stacker Mesh Workflow löst das durch eine andere Denkrichtung: Die gesamte Struktur wird auf eine Ebene projiziert und dort als Vereinigungsnetz zweidimensional vernetzt – eine gemeinsame 2D-Topologie, die alle Layer abdeckt. Dieses Netz wird anschließend normal zur PCB-Oberfläche durch alle Schichten extrudiert. Was in der Geometrie selbst kaum lösbar wäre, erledigt der Workflow automatisch.

Mit dem Stacker Mesh Workflow vernetztes PCB – die komplexe Schichtstruktur mit allen Durchbrüchen als extrudiertes Volumennetz. | © CADFEM / ID: AEU648

Was kann der Custom Mesh Workflow – und für wen?

Wer eine Vernetzungsaufgabe vor sich hat, die keinem vordefinierten Workflow entspricht, greift zum Custom Mesh Workflow. Eigene Abläufe lassen sich damit frei zusammenstellen – auf Basis einer Geometrie, aber auch ausgehend von einem bestehenden Netz. Zuweisungen erfolgen über Named Selections oder Körpernamen im Control Panel; bei einheitlicher Benennung wird der Workflow zum wiederverwendbaren Template. Ein typischer Anwendungsfall sind Schalenmodelle aus Oberflächenkörpern, die sich berühren aber keine gemeinsame Geometrie besitzen – der Workflow vernetzt sie mit Schalenelementen und verbindet sie auf Netzebene. Geometriebasierte Verbindungen und Kontakte entfallen damit vollständig.

Custom Mesh Workflow für die Verbindung und Vernetzung unabhängiger Flächenkörper – auf Netzebene verbunden ohne gemeinsame Geometrie. | © CADFEM / ID: RUSKXA

Ein zweites Beispiel zeigt, wie mächtig das Template-Prinzip in der Praxis ist: Schrauben werden im Berechnungsmodell regelmäßig als axialsymmetrische Volumenkörper vernetzt – eine optimale Methode, aber nur wenn die Einstellungen bekannt sind und jedes Mal neu gesetzt werden. Hinterlegt ein Spezialist diese Einstellungen einmalig im Custom Mesh Workflow, wendet ein unerfahrener Kollege das Template direkt an – Export und Import über das Kontextmenü, die einzelnen Schritte bleiben jederzeit einsehbar und anpassbar.

Schraube vernetzt mit axialsymmetrischer Methode – als Template im Custom Mesh Workflow hinterlegt und wiederverwendbar. | © CADFEM / ID: A1BVPI

Was einmal als Template funktioniert, lässt sich über den Mesh Workflows-Tab im Ribbon somit per Export und Import gezielt weitergeben – an Kollegen, Teams oder als Teil einer standardisierten Prozesskette. Die Schritte bleiben nach dem Import vollständig einsehbar und anpassbar, der Workflow damit robust im Einsatz. Wer darüber hinaus Variantenstudien ohne Geometrieparametrisierung durchspielen will, findet im Direct Morphing einen eigenen Workflow, den wir hier jedoch nicht weiter vertiefen.

Export und Import eines Mesh Workflows im Context Menü | © CADFEM / ID: L789FG

Fazit

Mit dem Mesh Workflow löst sich die Vernetzung von der Geometrie – und genau das verändert die Modellierungslogik grundlegend. Wer bisher einen Analyseraum für Akustik, Fluid oder Wärmetransport aufbauen wollte, musste zuerst die Geometrie des Luftvolumens erzeugen, Übergänge geometrisch deckungsgleich gestalten und dann erst vernetzen. Der Mesh Workflow dreht das um: Das Netz entsteht direkt aus dem Berandungsnetz – ohne vorherige Geometrieerzeugung, ohne Shared-Topology-Zwang.

Besonders wertvoll ist die Möglichkeit, einen aufgebauten Mesh Workflow als Template zu speichern und weiterzugeben. Erfahrene Anwender hinterlegen ihre Vernetzungsstrategie einmalig – unerfahrene Kollegen wenden das Template direkt an, ohne die Hintergründe kennen zu müssen. Die häufig gestellte Frage „Kann ich meine Einstellungen nicht einfach wiederverwenden?" beantwortet der Mesh Workflow endlich klar mit Ja.

Darüber hinaus ermöglicht der Mesh Workflow den Export und Import von Netzen zur Weiterverwendung in neuen Simulationsmodellen – eine Funktionalität, die in Ansys Mechanical bisher nicht existierte. Zusammen mit den vordefinierten Workflows für Akustik, Elektronik und Strukturbaugruppen sowie dem Custom Mesh Workflow als offene Plattform ergibt sich eine neue Freiheit bei der Modellerstellung, die weit über das Vernetzen hinausgeht.

Haben Sie schon eine Vernetzungsaufgabe im Kopf? Das passende Let's Simulate finden Sie auf der CADFEM Lernplattform – und wen beim Lesen vor allem die Akustik gepackt hat, der findet den nächsten Schritt ebenfalls unter „Simulation der Schallausbreitung in der Akustik“.