使用gmsh生成网格

文章目录

1. gmsh简介
2. 获取gmsh
3. 使用图形界面生成网格
4. 使用脚本生成网格
5. 其他

gmsh简介

gmsh是一个 开源 的 三维 有限元网格生成器，就目前所知，它是最优秀的开源网格生成软件。gmsh目前仍处于活跃的开发中，最新版本为2.8.5。

功能上，gmsh主要围绕四个模块进行开发：几何、网格、解法器和后处理。几何模块使用边界描述法（BRep）来定义几何信息，主要的几何实体包括点、线、面、体等三维空间中常见的元素。除了几何实体，gmsh还支持定义物理实体。物理实体在逻辑上将不同的几何实体分成一类，在设定网格边界条件的时候非常便利和有用。在几何模型的基础上，网格模块使用算法生成网格。gmsh内置的算法有波前法、Delaunay和自适应方法三种。在没有指定的情况下，gmsh会根据几何模型信息“自动”选择最合适的算法来生成网格。解法器和后处理模块目前无接触，其内容可参考官方文档和案例。

官方文档地址： gmsh文档

获取gmsh

用户可以从 gmsh官方站点 免费获取软件的可执行文件或者源代码。

可执行文件支持windows, linux和mac os三大平台。用户下载下来即可直接使用。

如果有特定需求，用户也可以从源代码编译软件。windows平台的官方可执行文件默认集成了CAD引擎，可以直接读取iges格式的文件。linux下的版本 似乎 没有集成CAD引擎。需要支持iges格式的gmsh只能采用自行编译的方式了。可以参考 这篇文章 先安装OpenCascade，然后再编译使用外部CAD内核的gmsh。

gmsh源码的编译选项可以参考 官方文档。

使用图形界面生成网格

带有图形界面功能的gmsh，可以很方便的通过鼠标和键盘完成各种操作。对于新手，建议先使用GUI熟悉gmsh，理解了gmsh之后再学习使用脚本完成高级功能。

gmsh程序窗口分为三部分：顶部的菜单栏、左侧的功能栏和右侧的显示窗。菜单栏里主要是对程序选项进行设置，功能栏包含了几何定义、网格生成和解法器三个模块的功能。显示窗应该属于后处理模块，用于显示当前的元素或者对象。

一个三维网格的生成过程可以通过如下操作完成：

1. 定义几何模型

   1. 找到功能栏的”Geometry“模块，点开”Elementary entities“选项；
   2. 通过”add“菜单里添加点、线等基本元素；
   3. 对基本元素进行一些变换操作，例如平移（translate）、旋转（rotate）等；
   4. 组合基本元素，得到高阶实体。例如将闭合曲线定义成平面；
   5. 对几何元素进行物理分类。在physical groups下面可以找到相应选项。

2. 进行网格生成
   在mesh菜单下，可以找到1D、2D等网格生成选项，点击则对已经定义的几何模型进行网格划分。在三维模式下，1D剖分在边界上生成线段、2D生成表面网格，3D则生成体网格。

3. 导出网格文件
   在菜单栏里，选择所需文件格式将网格导出到文件。

一些全局选项可以对上述过程产生影响，例如网格生成算法的选择。可以先设定选项，然后再进行上述操作。

另外一个值得注意的点是在定义几何模型中过程中，最好经常使用去重（coherence）这个功能。这个功能可以去掉重复的点，在闭合几何体上比较有用。

使用脚本生成网格

GUI功能相对较弱，一些复杂的需求可以通过gmsh的脚本来完成。gmsh的脚本是一种直观易懂的脚本文件，能够完成GUI操作的所有功能。用户在使用GUI操作时，每一次操作其实都是将相应的命令写入工程的文件中。gmsh另一个好处是脚本是可以互相引用，公用的模块可以抽出来供今后使用。

gmsh的四个模块和程序设置都有对应的脚本命令。一个常用的网格生成脚本可以包含两部分：程序选项设置和几何模型定义。其中程序设置可以通过配置好默认选项文件完成，不需要额外写脚本控制。所以用户最主要的工作在于定义几何模型。

定义几何模型的过程和GUI操作流程大致相同，只是换成了命令控制。可以查看 官方文档 获取脚本支持的几何定义命令。 如果有不知道的命令，也可以通过GUI操作然后在文件里查看。总体而言，脚本文件比较强大而且容易上手。

对于复杂的几何模型和高级用户，建议采用脚本的方式来生成网格。

其他

由于能力和经验限制，文章未能详尽和深入的对gmsh进行讲解。上述部分如有错误，欢迎指正和交流。