电磁仿真--CST网格介绍

1. 简介

网格会影响仿真的准确性和速度，花时间理解网格化过程是很重要的。

CST 中可用的数值方法包括FIT、TLM、FEM、MoM，使用不同类型的网格：

FIT和TLM：六面体

FEM：四面体、平面

MoM：表面

CFD：八叉树

CST六面体网格：通常，六面体网格不符合材料的突变；请注意，这并不是必需的，因为CST提供了完美边界近似（PBA）和薄板技术（TST），与FIT方法结合使用在六面体网格上。 TLM求解器提供了一个非常高效的基于八叉树的网格化算法，这大大减少了总的单元数量。无论是FIT还是TLM六面体网格化都非常稳健，即使是对于最复杂的导入几何体。

CST四面体和表面网格：符合实体边界，因此符合材料的突变。自适应网格细化方案可以有效地应用于非结构化网格。请注意，使用四面体网格可能需要特别注意：有时CAD模型的不准确性最终会在网格中显现出来。在极少数情况下，这种不准确性甚至可能中断网格生成。在这些情况下，CST网格生成器会提供关于网格化结果的广泛反馈。

通过比较验证：在许多情况下，对于同一个问题使用不同的网格是有益的。结果的比较为您的数值结果提供了额外的有效性检查。请注意，这不是一个耗时的任务。与使用不同的软件工具进行验证相比，可以在同一CST软件中使用不同的求解方法，而无需再次设置计算模型！

2. 网格介绍

2.1 六面体网格

六面体网格通常不符合材料的突变，但这并不是必需的，因为CST提供了完美边界近似（PBA）和薄板技术（TST），与有限积分法（FIT）方法结合使用在六面体网格上。
TLM求解器提供了一个基于八叉树的高效网格化算法，这可以大幅减少总的单元数量。
FIT和TLM六面体网格化对于最复杂的导入几何体都非常稳健。

2.2 四面体和表面网格

四面体和表面网格符合实体边界，因此也符合材料的突变。
自适应网格细化方案可以有效地应用于非结构化网格。
使用四面体网格时需要特别注意，有时CAD模型的不准确性最终会在网格中显现出来。在极少数情况下，这种不准确性甚至可能中断网格生成。在这些情况下，CST网格生成器会提供关于网格化结果的广泛反馈。

2.3 尝试对比

在许多情况下，对于同一个问题使用不同的网格是有益的。结果的比较为您的数值结果提供了额外的有效性检查。
对比操作并不耗时。与使用不同的软件工具进行验证相比，可以在同一CST软件中使用不同的求解方法，而无需再次设置计算模型。

3. PBA 介绍

CST软件中不同技术在计算第四个特征值误差时的表现。

横轴：波长的网格线数量。

纵轴：特征值误差（eps）。

以下是图中四种技术的详细分析：

Staircase（阶梯法）

从图中可以看出，Staircase方法的误差随着网格线数量的增加变化不大，始终保持在一个较高的水平，大约在0.01到0.02之间。
这种方法误差较大，即使增加网格线数量，精度也不会明显提高。

FPBA – Fast Perfect Boundary Approximation（快速完美边界近似）

FPBA方法的误差随着网格线数量的增加而逐渐减小，但减小幅度较慢。
在网格线数量较多时，误差降低到0.001左右，但相比其他方法，精度提升不明显。

PBA – Perfect Boundary Approximation（完美边界近似）

PBA方法在增加网格线数量时，误差显著减小。
在网格线数量超过40时，误差已经低于0.0003，说明此方法精度较高。

EFPBA – Enhanced Accuracy FPBA（增强精度的快速完美边界近似）

EFPBA方法的误差随着网格线数量的增加迅速减小。
在网格线数量达到60时，误差低于0.0002，是四种方法中精度最高的。
显示出EFPBA在提高计算精度方面的显著优势。

EFPBA在精度上表现最佳，其次是PBA，然后是FPBA，而Staircase方法的精度最差。

4. 总结

在CST仿真中，网格化是影响准确性和速度的关键因素。六面体网格虽不符合材料突变，但PBA和TST技术使其与FIT和TLM方法结合得以优化。四面体和表面网格则自然符合边界，适用于自适应细化。对比不同网格的结果可增强数值结果的有效性。特别是，EFPBA技术在计算精度上表现卓越，随网格线数量增加，误差显著降低，远超其他方法，是提高仿真精度的首选技术。