非構造格子 — CAE用語解説

構造格子は碁盤の目のように規則的に並んだ六面体メッシュだけど、非構造格子は四面体や多面体を不規則に配置するメッシュだ。複雑な形状でも自動的にメッシュが切れるのが最大のメリットだよ。

構造格子に比べて同じ精度を出すのに要素数が多くなりがちなんだ。四面体は1要素あたりの精度が六面体より低いことが多いからね。あと隣接要素の参照がインデックスで直接引けないので、メモリアクセスの効率も下がる。エンジン周りの外部空力解析だと、1億セル規模の非構造格子になることもあるよ。

工業的なCFDではほぼ主流だね。自動車メーカーや航空機メーカーでは、CAD形状をそのままインポートしてテトラやポリヘドラルで自動メッシュを切るワークフローが標準になってる。ただし壁面近傍の境界層はプリズムレイヤー（構造格子的な層状メッシュ）を入れるのが鉄則だよ。

非構造格子でもNavier-Stokes方程式を離散化して解くのは同じだ。

ポリヘドラルは多面体で面数が多い分、1セルあたりの近傍セル数が多く精度が高い。同じ解析領域でテトラの1/5程度のセル数で同等の精度が得られることもある。STAR-CCM+が火付け役になって、最近はFluentでもポリヘドラルが使えるようになったね。

そうだね。メッシュ品質の指標（Skewness、Aspect Ratio、Orthogonality）をチェックしながら、悪い要素を減らすのがメッシャーの腕の見せどころだよ。非構造格子は自動で切れるけど、品質管理は人間の判断が必要な部分だからね。