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ansys网格划分详解


建模与网格划分指南第七章 作者: 安世亚太 关键字: CAE 教程 网格划分

第七章 对实体模型进行网格划分 7.1 如何对实体模型进行网格划分 生成节点和单元的网格划分过程包括三个步骤: ·定义单元属性(在§7.2 中论述) ·定义网格生成控制(可选择的)。ANSYS 程序提供 了大量的网格生成控制,可按需选择。见§7.3 和§§7.4 对网格控制的论述)

。 ·生成网格(在§7.5 中论述)。 第二步定义网格生成控制不是必须的, 因为缺省的网格生 成控制对多数模型生成都是合适的。如果没有指定网格生成 控制,程序会在 DESIZE 命令使用缺省设置生成自由网格。 可用 Smartsize 项替代产生质量更好的自由网格(见本章中 的§7.3.5) 7.1.1 自由网格还是映射网格? 在对模型进行网格划分之前,甚至在建立模型之前,对于 确定采用自由网格还是映射网格进行分析更为合适是十分

重要的。自由网格对于单元形状无限制,并且没有特定的准 则。 与自由网格相比,映射网格对包含的单元形状有限制,而 且必须满足特定的规则。映射面网格只包含四边形或三角形 单元,而映射体网格只包含六面体单元。而且,映射网格典 型具有规则形状, 明显成排的单元。 如果想要这种网格类型, 必须将模型生成具有一系列相当规则的体或面才能接受映 射网格划分。

图 7─1 自由网格和映射网格 可用 MSHKEY 命令或相应的 GUI 途径(后面有述)选择自 由网格或映射网格。注意所用网格控制将随自由网格或映射 网格划分而不同。后面将详细说明自由网格和映射网格划 分。 7.2 定义单元属性 在生成节点和单元网格之前,必须定义合适的单元属性。 即必须设定: ·单元类型(如:BEAM3,SHELL61 等)。 ·定义实常数(给定诸如厚度或截面积等单元的几何 特性)。

·定义材料特性(如杨氏模量、热传导率等)。 ·单元坐标系 ·截面号(只对 BEAM44,BEAM188 和 BEAM189 单元有 效─见§7.5.2) 注意:在对梁划分网格时,还需给定方向关键点作为线的 属性。§7.5.2 对梁网格划分有详细叙述。 7.2.1 生成单元属性表 为定义单元属性,首先必须建立一些单元属性表。典型地 包括单元类型(ET 命令或菜单途径 Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete)、实 常数组(R 命令或菜单途径 Main Menu>Preprocessor>Real Constants) 材料特性 、 (MP 和 TB 命令, 菜单途径 Main Menu> Preprocessor>Material Props>material option)。 利用诸如 LOCAL、 CLOCAL 等命令也可以组集坐标系表。 菜 ( 单途径 Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>option)。这个表用来给单元分 配单元坐标系。(并非所有的单元类型都可用这种方式分配 单元坐标系。参见本手册中§3.5 的信息。对于单元的叙述, 参见《ANSYS Elements Reference》。) 对于用 BEAM188 或 BEAM189 单元对梁进行网格划分, 可用 SECTYPE 和 SECDATA 命令建立截面表。(Main Menu>Preprocessor>Sections)

注意:方向关键点是线的属性而不是单元的属性。不能生 成方向关键点表,详见§§7.2.2。 上述单元属性表可见图 7-2 中的示例。(对生成单元属 性表的更多信息参见《ANSYS Basic Analysis Guide》中的 §1。)

图 7─2 单元属性表。 查看表的内容可用 ETLIST(单元类型表)、RLIST(实常 数表)、MPLIST(材料特性表)命令(或选择相应的菜单途 径 Utility Menu>List>Properties>property type)。可用 CSLIST 或菜单途径 Utility Menu>List>Other>Local Coord ( Sys)命令查看坐标系表。可用 SLIST(Main Menu>Preprocessor>Sections>List Sections)命令查看截 面表。 7.2.2 在划分网格之前分配单元属性 一旦建立了属性表, 通过指向表中合适的条目即可对模型 的不同部分分配单元属性。指针就是参考号码集,包括材料 号(MAT),实常数集号(REAL),单元类型号(TYPE), 坐标系号(ESYS),及用 BEAM188 或 BEAM189 单元对梁进行

网格划分的截面号(SECNUM)。可以直接给所选定的实体模 型图元分配单元属性,或定义缺省的属性集,在后来的生成 单元的网格划分操作中使用。 注意:如前面提到的,在对梁划分网格时给线分配方向关 键点作为其属性,但并不能建立方向关键点表。因此,分配 方向关键点为其属性时,必须是直接分配给所选线;不能定 义缺省的方向关键点集以备后面网格划分操作所使用。详见 7.5.2 中关于分配方向关键点的内容。 7.2.2.1 直接给实体模型图元分配属性 给实体模型图元分配单元属性允许对模型的每个区域预 置单元属性,从而可以避免在网格划分过程中重置单元属 性。(清除实体模型的节点和单元不会删除直接分配给图元 的属性。) 利用下列命令和 GUI 途径可直接给实体模型图元分配属 性。 ·给关键点分配属性: 命令:KATT GUI : Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>All Keypoints Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Picked KPs ·给线分配属性:

命令:LATT GUI : Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>All Lines Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Lines ·给面分配属性: 命令:AATT GUI : Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>All Areas Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Areas ·给体分配属性: 命令:VATT GUI : Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>All Volumes Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Volumes 7.2.2.2 分配缺省属性 仅通过指向属性表的不同条目即可分配缺省的属性集。 在 生成模型时(即开始划分网格时),程序将从表中给实体模 型和单元分配属性。直接分配给实际模型图元(上述)的属

性将取代缺省的属性。而且,当清除实体模型图元的节点和 单元时,任何通过缺省属性分配的属性也将被删除。 分配缺省的属性集: 命令:TYPE, REAL, MAT, ESYS, SECNUM GUI : Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Default Attribs Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>Elements>Elem Attributes 7.2.2.3 自动选择维数正确的单元类型 有些情况下,ANSYS 程序能对网格划分或拖拉操作选择正 确的单元类型,当选择为明显正确时,用户不必人为地转换 单元类型。 特殊地,当未给实体模型图元分配单元类型〔xATT〕并且 缺省的单元类型〔TYPE〕对于要执行的操作维数不对时,但 已定义单元属性表中只有一个维数正确的单元,那么 ANSYS 程序会自动地利用此种单元类型执行这个操作。 网格划分和拖拉操作受此影响的命令有 KMESH、LMESH、 AMESH、VMESH、FVMESH、VOFFST、VEXT、VDRAG、VROTAT 和 VSWEEP。 7.2.2.4 在节点上定义可变厚度 可对壳和梁单元的节点处定义厚度。

用下列方法定义可变厚度: 命令:RTHICK GUI:Main Menu>Preprocessor>Real Constants>Thickness Func 壳单元能够对复杂的厚度分布进行造型。 例如 SHELL63 单 元允许在它的四个角点上分配不同的厚度。在给定的角点之 间假定每个单元厚度是光滑变化的。 对一组单元定义一个复杂的厚度变化可能是一个挑战。 最 坏的情况,每一个单元都有其自己唯一的实常数厚度集。对 这些情况,用 RTHICK 命令可以简化模型的定义。 操作步骤由下列输入列表给出并有下面的图形,显示了 10×10 的矩形用 0.5×0.5 的正方形 SHELL63 单元填充。 /TITLE,RTHICK Example /PREP7 ET,1,63 RECT,,10,,10 ESHAPE,2 ESIZE,,20 AMESH,1 EPLO

图 7-3 最初的单元 厚度可按下列公式定义:thickness = 0.5 + 0.2x + 0.02y . 为达到这种变化,可以生成一个数组反映节点号的厚度。 (换句话说,数组的 N 值就是节点 N 处希望的厚度。) MXNODE = NDINQR(0,14) *DIM,THICK,,MXNODE *DO,NODE,1,MXNODE *IF,NDINQR(NODE,1),EQ,1,THEN THICK(node) = 0.5 + 0.2*NX(NODE) + 0.02*NY(NODE)**2 *ELSE THICK(NODE) = 0 *ENDIF *ENDDO NODE = $ MXNODE = 最后,用 RTHICK 函数分配数组的厚度给单元。 RTHICK,THICK(1),1,2,3,4
th 2

/ESHAPE,1.0 $ /USER,1 $ /DIST,1,7 /VIEW,1,-0.75,-0.28,0.6 $ /ANG,1,-1 /FOC,1,5.3,5.3,0.27 $ EPLO

图 7-4 带有厚度的壳单元示意图 7.3 网格划分控制 ANSYS 程序使用的缺省网格控制也许可以使用户的分析模 型生成足够的网格。在此种情况下,不必指定任何网格划分 控制。可是,如果使用网格划分控制,则必须在对模型划分 网格前设定网格划分控制。 网格划分控制能建立用在实体模型划分网格的因素, 如单 元形状、中间节点位置、单元大小等。此步骤是整个分析中 最重要的因素之一,因为此阶段对模型生成的决定将对分析 的准确性和经济性有决定性的影响。(在设置网格划分控制 时应当考虑的因素详见本手册的规划分析方案。) 7.3.1 ANSYS 网格划分工具 ANSYS 网格划分工具(Main Menu>Preprocessor>MeshTool)提供了最常用的网格划分控

制和最常用的网格划分操作。网格划分工具是一个交互的 “工具箱”,不仅由于它包含了大量的功能(或工具),还 因为一旦打开它,它就保持打开的状态直到关闭它或离开前 处理 PREP7。 尽管网格划分工具的所有功能也能通过另外的 ANSYS 命 令和菜单得到,但利用网格划分工具是十分有效的捷径。 通过网格划分工具可得的功能包括: ·控制 SmartSizing 水平 ·设置单元尺寸控制 ·指定单元形状 ·指定网格划分类型(自由或映射) ·对实体模型图元划分网格 ·清除网格 ·细化网格 这个向导包含了所有的功能, 关于网格划分工具的详细情 况,利用上述途径打开它并点击它的帮助按钮。 7.3.2 单元形状 如果打算划分网格的单元类型可以采用不止一种形状, 那 么应当设置单元形状为最小的那一种。例如,在同一个划分 网格的区域的多个面单元可以是三角形或四边形的。 单元 可是六面体(块)或四面体形状,但建议在同一个模型中不

要混用这两种形状的单元。(例外是使用过渡的金字塔形单 元,本手册生成§7.3.9 中有论述。) 7.3.2.1. 注意单元形状的退化 本章假定用户熟悉单元形状退化的概念。例如,PLANE82 单元,它是有八个节点(I、J、K、L、M、N、O、P)的二维 结构实体单元。缺省地,PLANE82 单元有四边形形状。可是, 通过定义相同节点号的 K、L、O 可形成三角形单元。因此, PLANE82 单元可以退化为三角形。如图 PLANE82 所示该单元 的缺省形式和退化形式。

图 7-5 单元形状退化的例子。 尽管它有助于用户理解这个概念, 当在划分网格前指定单 元形状时,不必考虑单元形状是缺省形式还是某一单元的退 化形式。相反,可以考虑想要的单元形状本身最简单的形式 (四边形,三角形,六面体或四面体)。 7.3.2.2 指定单元形状 用下列方法指定单元形状: 命令:MSHAPE,KEY,Dimension GUI : Main Menu>Preprocessor>MeshTool

Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesher Opts Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Volumes-Mapped>4 to 6 sided 指定单元形状时要考虑两个因素: 想要的单元形状和要划 分网格的模型的维数。 7.3.2.2.1 命令方法 如果正在使用 MSHAPE 命令,维数变量(2D 或 3D)的值表 明待划分网格模型的维数。KEY 值(0 或 1)表示划分网格的 单元形状: ·当 KEY=0,如果 Dimension=2D, ANSYS 将用四边形 单元划分网格,如果 Dimension=3D,ANSYS 将用六面体形的 单元划分网格。(只要单元类型分别支持四边形或六面体单 元形状。) ·当 KEY=1,如果 Dimension=2D ANSYS 将用三角形单 元划分网格,如果 Dimension=3D,ANSYS 将用四面体形单元 划分网格(只要单元类型分别支持三角形或四面体单元形 状。) 7.3.2.2.2. GUI 方法(通过网格划分工具) 为提高效率,网格划分工具(本章中前面叙述的)是推荐 的指定单元形状的方法。可以通过下列 GUI 途经打开网格划

分工具:Main Menu>Preprocessor >MeshTool。利用网格划 分工具,只在让 ANSYS 对模型划分想要的单元形状上拾取即 可。从网格划分工具中,也可拾取想让 ANSYS 所用的网格划 分的类型(自由或映射)。(详见§7.3.3,选择自由或映 射网格划分。 使用网格划分工具使选择单元形状得到简化, ) 因为它只提供所要求网格划分类型和模型维数相容的单元 形状。(参见表 7-1)。 注意:指定的单元形状与所要求的网格划分类型(自由或 映射)密切相关,以便在指定单元形状之前阅读本手册的会 有所帮助。 有些情况下, MSHAPE 命令及合适的网格划分命令 (AMESH、 VMESH,或其相应的菜单途径 Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>meshing option)就是 对模型网格划分所需的。每个单元的大小由指定的缺省单元 大小(SMRTSIZE 或 DESIZE)确定。例如,下图 7-6(左)模 型可用 VMESH 命令生成右边的网格:

图 7-6 缺省单元尺寸

以上模型程序选择的单元尺寸可能对分析是足够的或不 够,取决于结构物理方面。改变网格划分的另一途径是改变 缺省的 SmartSize 的级别[SMRTSIZE]并重新进行网格划分。 详见本手册§7.3.5。 7.3.3 选择自由或映射网格划分 除指定单元形状外, 还要指定对模型进行网格划分的网格 类型(自由或映射)。通过设置网格划分指令: 命令:MSHKEY GUI : Main Menu>Preprocessor>MeshTool Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesher Opts 正如§7.3.2.2 中所述的,可用网格划分工具(Main Menu>Preprocessor> MeshTool)指定网格划分类型。网格 划分工具是推荐方法。相关信息参见§7.3.2.2。 单元形状〔MSHAPE〕和网格划分类型〔MSHKEY〕的设置共 同影响网格的生成。表 7-1 列出了 ANSYS 程序支持的单元 形状和网格划分类型。 表 7-1 ANSYS 支持的单元形状和网格划分类型。 单元 自由网 映射网 形状 格划分 格划分 四边 形 如果可能用映射网格否则 用打开智能单元尺寸的自 由网格划分 是





三角 形 六面 体 四面 体



















表 7-2 说明了未设定单元形状和(或)网格划分类型值 的结果。 表 7-2 未指定单元形状和(或)网格划分类型将发生的情 况。 用户的操作 键入 MSHAPE 命令 且不定义开关 不必指定单元形 如何影响网格的 ANSYS 使用四边形或六面体 单元对模型划分网格,取决 于对面还是体进行网格划分 ANSYS 利用缺省的单元形状

状,但必须指定划 对模型进行网格划分。它使 分网格的单元类 型. 用你定义的单元类型进行网 格划分

既不指定单元形状 ANSYS 使用缺省的单元形状 也不指定单元类型 对模型进行网格划分。它使 划分网格 用缺省的单元形状进行网格

划分 有关 MSHAPE 和 MSHKEY 命令详见《ANSYS Elements Reference》。 7.3.4 控制中间节点的位置 当使用二次单元划分网格时,可以控制中间节点的位置。 中间节点位置的选择有: ·边界区域单元上的中间节点沿着边界线或面的弯曲 方向。这是缺省设置。 ·设置所有单元的中间节点使单元边是直的。此选项 允许沿曲线进行粗糙的网格划分。但是模型的弯曲并不与之 匹配。 ·不生成中间节点(从单元中消除中间节点)。 控制中间节点的位置: 命令:MSHMID GUI : Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesher Opts 7.3.5 自由网格划分中单元的智能单元尺寸 智能的单元大小(SmartSizing)是自由网格划分操作生 成初始单元大小的网格划分特点。智能的单元尺寸在自动网 格生成过程中对生成合理的单元形状提供了机会。这个特点 由 SMRTSIZE 命令控制,提供了可供 H 方法和 P 方法模型使 用的网格划分设置范围(从粗糙到细致的网格划分)。

缺省地,DESIZE 命令方法控制单元大小在自由网格划分 中使用(见§7.3.6)。然而,在自由网格划分中推荐使用 Smartsizing。 为打开 Smartsizing,只要在 SMRTSIZE 命令中 指定单元尺寸级别即可(见下面基本控制的讨论)。 注意: 如果利用 Smartsizing 对只包含一个面的模型进行 网格划分,则 ANSYS 将利用此面去计算对此模型网格划分所 用的向导单元的大小。另一方面,对既包含面又包含体的模 型用 SmartSizing,ANSYS 程序将用体去计算模型的向导单 元尺寸。尽管第一个模型中的面(仅有面)和第二个模型中 的面(面和体)相同, Smartsizing 设置也相同,ANSYS 用 来对第一个模型划分网格的单元没有第二个模型中的单元 粗糙。ANSYS 这样做是为了防止体划分了过多的网格。(可 是,如果指定了总体单元尺寸〔ESIZE〕,两个模型的单元 就会相同了,因为 ANSYS 将使用给定的尺寸作为向导单元的 尺寸。) 注意:当使用 SmartSizing 时,建议指定想要的 SmartSizing 设置〔SMRTSIZE〕,然后应立即对整个模型进 行网格划分〔AMESH,ALL 或 VMESH,ALL〕,而不是用面对 面设置 SmartSizing 或用体对体设置 SmartSizing, 用面对 面或体对体设置模型的 SmartSizing 会生成不令人满意的网 格。 7.3.5.1 SmartSizing 的优点

SmartSizing 算法首先对待划分网格的面或体的所有线估 算单元边长。然后对几何体中的弯曲和接近区域的线进行细 化。由于所有的线和面在网格划分开始时已指定大小,生成 网格的质量将与待划分网格的面或体的顺序无关。(记住, 所有的面和体应当同时划分网格结果最好)。 如果用四边形单元来给面划分网格,SmartSizing 尽量给 每一个面平均分配线数以使全部划分为四边形成为可能。只 有在迫使所有的网格都为四边形时会生成形状很差的单元 或在边界出现奇异区域时在网格中才会出现三角形单元。 7.3.5.2 基本与高级的的 SmartSizing 控制 这里有两种 SmartSizing 控制:基本的和高级的。 7.3.5.2.1. 基本的控制 利用基本控制,可以简单地指定网格划分尺寸从 1(细网 格)到 10(粗网格),程序会自动地设置一系列独立的控制 值用来生成想要的尺寸级别。利用下列方法指定单元尺寸的 级别: 命令:SMRTSIZE,SIZLVL GUI : Main Menu>Preprocessor>MeshTool Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-SmartSize-Basic 图 7-7 表示利用几个不同的 SmartSizing 设置 (包括缺省 值 6 在内)生成的网格。

图 7-7 对同一模型改变 SmartSize 的级别。 7.3.5.2.2. 高级控制 用户可能会乐于使用高级方法, 分别设置人工控制网格质 量。允许“拧”网格以更好地适应用户的需要。可以改变诸 如小孔和小角度处的粗化选项。 网格扩展和过渡因子(见

SMRTSIZE 命令高级控制的完整叙述)。而且,可用 ESIZE 命 令给 SmartSizing 设定初始单元尺寸。 用下列方法设置高级 SmartSizing 控制: 命令:SMRTSIZE and ESIZE GUI: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-SmartSize-Adv Opts

7.3.5.3 与其它网格控制交互使用 局部单元尺寸控制(在后面的§7.3.7 中讨论)可用来与 SmartSizing 相连。但是,当设置的单元尺寸发生冲突时, SmartSizing 算法将做如下处理: ·将考虑任何对面的单元尺寸定义(AESIZE 命令或菜 单途径 Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-Areas-option),但为适应曲率和几何的近似可能 会替换它。 ·给指定线的单元尺寸将作为定义尺寸使用。 (LESIZE 命令或菜单途径 Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-Lines-option)。(LESIZE 的 KYNDIV 开关允许对 需要替换的尺寸定义指定规则。) ·任何对关键点指定的单元尺寸(KESIZE 命令或菜单 途径 Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>

-Keypoints-option)都会得到分配,但为适应曲率和几何 近似将被替换。 ·如果设置总体单元尺寸(ESIZE 命令或菜单途径 Main Menu> Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-Global-Size),为适应弯曲和几何近似它将会在 必要时被替换。如果希望单元尺寸一致,应当设定总体单元 尺寸,并将 SmartSizing 关闭(SMRTSIZE,OFF 或菜单途径 Main Menu> Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-SmartSize-Basic)。 ·用 DESIZE 命令(Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>- Global– Other)指定的缺省单元尺寸在 SmartSizing 打开时将被忽 略。 7.3.6 对映射网格划分的缺省单元尺寸 DESIZE 命令可以改变下列缺省值:未划分网格的线上最 少和最多的单元数, 每个单元的最大跨角, 最小及最大边长。 DESIZE 命令 (菜单途径 Main Menu>Preprocessor> -MeshingSize Cntrls>-Global-Other)常用来控制映射网格划分的 单元尺寸。DESIZE 命令也用在自由网格划分的缺省设置。但 是,对自由网格划分建议使用 SmartSizing(SMRISIZE)。 作为一个例子, 在图 7-8 中生成的映射网格的尺寸是进入 程序缺省的单元尺寸的结果。右边生成的网格是用 DESIZE

命令修改了最少单元数目(MINL)和每单元的最大跨角 (ANGL)的结果。

图 7-8 改变缺省单元尺寸。 对于较大的模型,通过 DESIZE 命令查看缺省的网格尺寸 是明智的。可通过显示线的分割来实现。预查看缺省的网格 尺寸的步骤如下: 1、建立实体模型。 2、选择单元类型 3、选择容许的单元形状〔MSHAPE〕 4、选择网格划分器(自由或映射)〔MSHKEY〕。 5、键入 LESIZE,ALL(通过 DESIZE 规定调整线的分割 数。) 6、画线〔LPLOT〕。 例如: · · · ET,1,45 ! 8 node hexahedral-shaped element

MSHAPE,0 ! Use hexahedra MSHKEY,1 ! Use mapped meshing LESIZE,ALL ! LPLOT Adjust line divisions based on DESIZE

图 7-9 预览缺省的网格 · · · DESIZE,5,,30,15 ! Change default element sizes LESIZE,ALL,,,,,1 ! Adjust DESIZE, force adjustments LPLOT line divisions based on

图 7-10 预览修改的网格 7.3.7 局部网格划分控制 在许多情况下, 对结构的物理性质来说用缺省单元尺寸生 成的网格不合适。例如有应力集中或奇异的模型。在这种情 况下,需要深入网格划分过程。可用下列定义单元尺寸的方 法来更多地进行控制: ·通过表面的边界(线)所用的单元边长控制总体单 元尺寸,或控制每条线划分的单元数: 命令:ESIZE GUI: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-Global-Size Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate>Extrude/Sweep>S ize ·控制给定关键点附近的单元尺寸: 命令:KESIZE GUI: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-Keypoints-All KPs Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-Keypoints-Picked KPs Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-Keypoints-Clr Size

·控制给定线上的单元数: 命令:LESIZE GUI: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-Lines-All Lines Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-Lines-Picked Lines Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-Lines-Clr Size 注意:当用 GUI 方法对给定线设置单元数时,任何与一个 或更多的已划分网格的线、面或体相连的线,ANSYS 程序提 示用户决定是否清除已划分网格的图元。如果肯定提示,那 么 ANSYS 就会清除已划分了网格的图元。(只有在通过 GUI 执行此项操作时出现;在使用[LESIZE]命令方法时 ANSYS 并 不提示用户) 以上叙述的所有定义尺寸的方法都可以一起使用。 当使用 一个以上上述命令并发生尺寸冲突的情况,遵守一定的级 别。这种级别与使用 DESIZE 还是 SMRTSIZE 方法定义缺省单 元尺寸而会有不同。 ·用 DESIZE 定义单元尺寸命令的级别。对任何给定 线,沿线定义的单元尺寸如下: ——用 LESIZE 命令给线分割常是高级别。

——如果未对线进行分割,则用 KESIZE 在其关键 点(如有)处定义。 ——如果未在线上或其关键点上指定尺寸,可用 ESIZE 定义单元尺寸。 ——如果没有上述任何尺寸定义,则用 DESIZE 命 令控制线上的单元尺寸。 ·用 SMRTSIZE 定义单元尺寸的优先级。对任何给定 线,沿着线生成的单元尺寸如下: ——用 LESIZE 定义的线分割常是高优先级。 ——如果没有给线分割, 则用 KESIZE 在其关键点上 定义,但在曲率和一些小的几何区域将被替换。 ——如果在线上或其关键点上未定义任何分割, ESIZE 定义将作为起始单元尺寸,但考虑到曲率和小几何特 点可能会被替换。 ——如果没有任何上述尺寸定义,则 SMRTSIZE 命 令会控制线的单元尺寸。 注意:对于用 KESIZE 或 ESIZE 命令建立的线分割和网格 划分操作, 在线列表 〔LLIST〕 时会出现负的编号。 而由 LESIZE 建立的线分割则为正的编号。这些号码的符号反映在清除网 格(ACLEAR, VCLEAR 命令, 或菜单途径 Main Menu> Preprocessor> -Meshing-Clear>entity)之后 ANSYS 如何 处理线分割。如果线分割的号码为正,则在 ANSYS 清除网格

操作时不消除线分割;如果号码为负,则 ANSYS 在清除网格 操作时也将消除线分割(在后来的线列表中会表现为零)。 对线性静态结构分析和线性稳态热分析可用自适应网格 划分功能自动建立网格划分控制,这种控制基于使分析的估 计误差低于某个目标值。自适应网格划分程序在§4 在 《ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide》中有论述。 7.3.8 内部网格划分控制 关于网格划分尺寸的讨论是集中在实体模型边界的外部 单元尺寸的定义(LESIZE,ESIZE 等)。然而,也可以在面 的内部没有可以引导网格划分的尺寸线处控制网格划分。可 用下列方法实现: 命令:MOPT GUI : Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-Global-Area Cntrls 7.3.8.1 控制网格的扩展 MOPT 命令中的 Lab=EXPND 项可以用来引导在一个面的边 界处将网格划分得较细,而在内部划分得相对粗糙(如图 7-11 所示)。

图 7-11 没有网格扩展及有网格扩展的面网格划分。 图 7-11 中,网格(a)是由 ESIZE 命令(Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-Global-Size) 对面进行设定而生成的。注意到单元形状较好,但由于单元 尺寸较均匀,所以需要 698 个单元来填充这个面。(这个模 型仅由一个面组成。)利用 MOPT 命令的扩展功能 (Lab=EXPND),网格(b)生成较少的单元,因为这种网格 划分容许面上网格从边界上的较小尺寸的单元扩展到内部 较大的单元。但是,有些用这种方法划分的网格单元,尺寸 比较差(例如,小孔附近)。样式(b)的另一缺点是从小 单元到大单元的单元尺寸变化较大。尤其是在小孔附近更加 明显。 注意:尽管讨论局限在面网格扩展〔LAB=EXPND〕,仍可 用 MOPT 命令控制四面体网格的扩展〔LAB=TETEXPND〕,详 见《ANSYS Commands Reference》中有关 MOPT 命令的叙述。 7.3.8.2 控制网格过渡

为改善(b)中的网格,需要从边界的小单元到内部的大 单元的更平缓过渡。 MOPT 命令中的 Lab=TRANS 项可用来控制 从细到粗网格的过渡。图 7-12 为用 MOPT,TRAN,1.3 命令 对上述相同区域划分的网格,这个网格比图 7-11 中的(a) 网格数少,但从小单元到大单元的过渡却是相当平缓。而且 单元的尺寸比图 7-11 图中的(b)网格好得多。

图 7-12 用扩展和过渡控制(MOPT 命令)划分的面网格。 7.3.8.3 控制 ANSYS 使用的网格划分器。 可用 MOPT 命令控制 ANSYS 使用哪一个表面网格划分器 (三 角形和四边形)和哪一个四面体网格划分器执行网格划分操 作〔AMESH、VMESH〕。 注意: 四边形的表面网格划分与选择三角形表面网格划分 器划分的网格是不同的。这是对的,因为所有的自由四边形 网格划分算法用三角形网格作为起点。 命令:MOPT GUI : Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesher Opts

注意:上述菜单选项可以打开网格划分器功能对话框。参 见贯穿本节中的网格划分器功能对话框。 7.3.8.3.1 表面网格划分功能 以下功能针对三角形表面网格划分: ·让 ANSYS 选择使用哪一个三角形表面网格划分器。 这是建议设置和缺省设置。多数情况下,ANSYS 选择主三角 网格划分器,即 Riemann 空间网格划分器。无论何种原因网 格划分器失效,ANSYS 都要变换网格划分器并重新执行网格 划分操作。 选择此功能,键入 MOPT,AMESH,DEFAULT 命令。通过 GUI 途径,打开网格划分器功能对话框并在三角网格划分器功能 菜单中选择程序( Program Chooses)。 ·主三角表面网格划分器(Riemann 空间网格划分器) ANSYS 使用主网格划分器,并且在主网格划分器失效时并不 会更换网格划分器。Riemann 空间网格划分器适于大多数表 面。 选择此项功能,键入 MOPT,AMSEH,MAIN。通过 GUI 途径, 打开网格划分器功能对话框并在三角网格划分器功能菜单 中选择主网格划分器(Main) ·第一替换三角表面网格划分器(3-D tri 网格划分 器)。ANSYS 使用第一替换三角网格划分器,在此网格划分 器失效时程序不会更换其它网格划分器。出于速度考虑建议

不使用它。但是,对在参数空间中的退化表面,这种网格划 分器却有最好的结果。对高度各向异性的区域划分网格也建 议使用这个划分器。 选择此项功能,键入命令 MOPT,AMESH,ALTERNATE。通 过 GUI 途径,打开网格划分器对话框并在三角网格划分器功 能菜单中选择替换项(Alternate)。 ·第二替换三角表面网格划分器(2-D 参数空间网格 划分器)ANSYS 使用第二替换三角网格划分器,在此网格划 分器失效时程序不会更换其它网格划分器。对于退化的表面 (球、圆锥等)或参数化较差的表面建议不使用它,因为生 成的网格质量较差。 选择此项功能,键入命令 MOPT,AMESH,ALT2。通过 GUI 途径,打开网格划分器对话框并在三角网格划分器功能菜单 中替换项 2(Alternate 2) 以下功能针对四边形表面网格划分。 注意四边形的表面网 格划分与三角形表面网格划分器划分的网格是不同的。这是 对的,因为所有的自由四边形网格划分算法用三角形网格作 为起点。 ·让 ANSYS 程序选择四边形表面网格划分器。这是建 议设置和缺省设置。在多数情况下,ANSYS 会选择主四边形 网格划分器,即 Q-Morph (quad-morphing)网格划分器。 对十分粗糙的网格划分,ANSYS 会选择替换的四边形网格划

分器。无论何种原因使网格划分器失效,ANSYS 选择其它网 格划分器并重新开始网格划分操作。 选择此项功能,键入 MOPT,QMESH,DEFAULT 命令,通过 GUI 途径,打开网格划分功能对话框 ,从四边形网格划分器 功能菜单选择程序选择(Program Chooses) ·主四边形表面网格划分器(Q-Morph),ANSYS 使用 主网格划分器,如果主网格划分器失效 ANSYS 并不会更换网 格划分器。 在多数情况下,Q-Morph 网格划分器会得到高质量的单元 (见图四边形和 Q-Morph 网格划分器)。Q-Morph 网格划分 器对要求边界敏感的应用及高度有规则的节点和单元时尤 其有用。

图 7-13 四边形和 Q-Morph 网格划分器 网格(a)显示用替代的四边形网格划分器划分的表面; 网格(b)是相同表面用 Q-Morph 网格划分器划分的结果。

注意:尽管图中这两种网格都只包含一个三角形单元(三 角形单元已在图中用阴影表示)图(a)中的三角形单元出 现在面的边界上。而图(b)中的三角形单元出现在内部, 是在网格划分中更希望的位置。 对 Q-Morph 网格划分将一个面全部生成四边形的网格, 面 边界线的分割总数必须是偶数。(在多数情况下,打开 SmartSizing [SMRTSIZE,SIZLVL]将会在边界上产生偶数个 线分割)。 如果任何下列条件成立将会在面中出现三角形单元: 1.在面的边界上线分割的总数为奇数。 2.将错误四边形网格单元分裂选项打开〔MOPT,SPLIT, ON 或 MOPT,SPLIT,ERR〕,如果 ANSYS 不将此单元分裂就 会使四边形单元形状错误超过限制。(将错误单元分裂是缺 省项) 3.将错误和警告单元〔MOPT,SPLIT,WARN〕四边形单 元分裂项打开,如果 ANSYS 不将单元分裂成三角形单元将生 成有严重形状错误和警告的四边形单元。 4.对于 a)错误单元或 b)错误和警告四边形单元分裂 项都打开时,并且面中两相邻边界有小角度(<30°)。见 图 7-14。

选择此功能(Q-Morph 网格划分器),键入命令 MOPT, QMESH,MAIN。通过 GUI 途径,打开网格划分器功能对话框 并从四边形网格划分器功能菜单选择主网格划分器 (Main) 。

图 7-14 四边形分裂的结果 ·替换四边形表面网格划分器。ANSYS 使用替换网格 划分器时,如果替换网格划分器失效时并不更换为主网格划 分器。 因为此网格划分器能在一个面全部生成四边形单元的网 格,面的边界处总的线分割数必须是偶数。并且分裂四边形 网格项必须关闭〔MOPT,SPLIT,OFF〕。 要选择此功能,键入 MOPT,QMESH,ALTERNATE 命令。通 过 GUI 途径,打开网格划分器功能对话框,并选择四边形网 格划分器功能菜单中的替换项(Alternate)。为使用此网格 划分器,必须选择第一替换或第二替换三角形表面网格划分 器。 7.3.8.3.2. 四面体单元网格划分功能 以下功能针对四面体单元网格划分: ·让 ANSYS 程序选择采用何种四面体形网格划分器, 这是缺省设置。在这种设置下,只要可能 ANSYS 会用主四面 体网格划分器;否则它用替换的四面体网格划分器。 (ANSYS

在用 P 方法进行网格划分时常采用替换的四面体网格划分 器。) 为选择此功能,键入 MOPT,VMESH,DEFAULT 命令。通过 GUI 途径,打开网格划分器功能对话框并选择四边形网格划 分器功能菜单中的程序选择项(Program Chooses)。 ·主四面体网格划分器(Delauay 技术网格划分器)。 对多数模型而言,此网格划分器明显比替换的网格划分器速 度快。 为选择主四面体网格划分器,键入 MOPT,VMESH,MAIN 命令。通过 GUI 途径,打开网格划分器功能对话框并选择四 面体网格划分器功能菜单中的主网格划分器(Main)。 ·替换的四面体网格划分器(由早先 5.2 版本增强的 网格划分器)。此网格划分器不支持从面网格生成四面体体 网格〔FVMESH〕。如果选择了此网格划分器并键入了 FVMESH 命令,ANSYS 将利用主四面体网格划分器由面生成四面体网 格并给用户一个警告信息。 为选择替换的四面体网格划分器,键入 MOPT,VMESH, ALTERNATE 命令,通过 GUI 途径,打开网格划分器功能对活 框并选择四面体网格划分器功能菜单中的替换项 (Alternate)。 7.3.8.4 控制四面体单元的改进

可在 ANSYS 程序执行下一步自由体网格划分操作 〔VMESH, FVMESH〕之前,用 MOPT 命令控制四面体单元改进的程度。 命令:MOPT,TIMP,Value GUI : Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesher Opts 四面体单元改进的程度范围为从 1 到 6,程度 1 只提供最 小的改进,程度 5 对线性四面体网格划分提供了最大程度的 改进,而程度 6 对二次四面体网格提供了最大程度的改进, 最小程度的改进〔MOPT,TIMP,1〕只由主四面体网格划分 器〔MOPT,VMESH,MAIN〕支持。如果改进程度置为 1,使用 替换的网格划分器〔MOPT,VMESH,ALTERNATE〕时,ANSYS 程序会自动地以程度 3 执行对四面体单元的改进。可以将四 面体改进项关闭,但建议不要这样做,因为常导致极差的单 元形状和网格划分失败。关于每一改进程度的细节,参见 《ANSYS Commands Reference》中 MOPT 命令的叙述。 注意:多数情况下,ANSYS 所用缺省的四面体单元改进的 程度将给以用户满意的结果。但是,可能会遇到用 VIMP 命 令对给定四面体单元网格进行另外的改进的情况。详见 §7.6.5 中关于如何要求另外的改进及何时这样做才会有 益。 7.3.9 生成过渡的金字塔单元

体的有些区域很容易分成可用映射网格划分的部分, 而另 一些区域可能具有复杂的几何形状。对体可用六面体单元填 充能用映射网格划分的区域。用四面体单元填充其它区域。 有些情况下,高梯度区域要求用六面体单元去细致雕刻,而 其它非关键区域,用四面体单元可能就足够了。 不幸的是, 在同一网格中混用六面体和四面体形的单元会 导致不协调。且有限元方法要求单元网格相似。可通过下面 的向导避免这种情况下问题的出现。令 ANSYS 在它们的交界 处自动生成金字塔单元,可以容易地在六面体单元和四面体 单元之间保证数学上的连续。 7.3.9.1 ANSYS 程序可以生成过渡金字塔单元的情形。 ANSYS 程序在下列情况会生成过渡的金字塔单元; ·用户准备对体用四面体单元进行网格划分。待划分 网格的体直接与已用六面体单元划分了网格的体相邻。两个 体已被粘在一起〔VGLUE〕。(想生成过渡金字塔单元的两 个体必须共享一个公共面;由六面体单元而来的四面体的表 面必须位于公共面上。) ·体上至少有一个面已用四边形网格划分了。这种情 况下,仅用四面体单元对体划分网格。ANSYS 程序将直接从 四边形单元形成金字塔单元。如果需要,可用六面体单元对 任何相邻体进行网格划分。 ·分离的四面体形单元分离处可用 FVMESH 命令输入。

图 7-15 所示为在四面体和六面体单元的交界处生成过渡 的金字塔。在这个例子中,一简单的长方体被一任意切平面 分成两部分。切平面体为两体间的界面,一块生成四面体单 元而另一块生成六面体单元图(a)。图(b)为过渡的金字 塔的分解图;四面体单元已被移去。

图 7-15 在界面处生成过渡的棱锥单元。 7.3.9.2 自动生成过渡的金字塔单元的先决条件 当对体用四面体单元进行网格划分时, 为生成过渡的金字 塔单元,应满足的先决条件为: ·当设定了单元属性,确保给体分配的单元类型可以 退化成金字塔形状; 现在, 这种单元包括 SOLID62, SOLID73, VISCO89, SOLID90, SOLID95, SOLID96, SOLID97 和 SOLID122。 ANSYS 对任何其它的单元类型都不支持过渡的金字塔单元。 (见§7.2.2 中设置属性的方法)。 ·设置网格划分控制时,激活过渡单元表明想让三维 单元退化。 激活过渡单元(缺省),利用下列方法: 命令:MOPT,PYRA,ON

GUI : Main Menu >Preprocessor >-Meshing-Mesher Opts 生成退化三维单元,用下列方法: 命令:MSHAPE,1,3D GUI : Main Menu >Preprocessor >-Meshing-Mesher Opts 如果这些先决条件已满足,则在用四面体〔VMESH〕对体 划分网格时,ANSYS 程序会自动地: ·确定哪里有过渡的金字塔单元合适。 ·合并和重新安排四面体以生成金字塔单元。 ·在网格中插入金字塔单元。 ANSYS 缺省地生成过渡的金字塔单元;如果不想在网格中 插入过渡的金字塔单元,键入 MOPT,PYRA,OFF 命令。 注意:对直接与二次棱锥单元相邻的线性六面体单元, ANSYS 自动在界面处清除中间节点。这事实上发生在对与线 性单元相邻的体进行二次单元网格划分时。 7.3.10 将退化的四面体单元转化为非退化形式 在模型中生成过渡的金字塔之后,可以将模型中的 20 节 点退化四面体单元转化成相应的 10 节点非退化单元。 7.3.10.1 转变退化四面体单元的益处

§7.3.9 一节中论述的允许金字塔的信息只有在使用的单 元类型支持退化的四面体和金字塔形单元时才出现。在实际 应用中,用户会发现这个先决条件太苛刻了。 例如:用户作结构分析,在需要过渡的金字塔单元时却被 限制要用 SOLID95 单元。求解包含 20 节点退化的 SOLID95 单元(并存贮这些单元)比用 SOLID92 单元作相同的分析要 耗费更多的时间和内存。(SOLID92 单元是 10 节点相对于 SOLID95 单元的非退化单元。) 在这个例子中, SOLID95 单元转化为 SOLID92 单元的好 将 处有: ·每个单元所需的随机存贮单元(RAM)更少。 ·当不使用预条件共轭梯度 (PCG) 方程求解器时, ANSYS 在求解过程中写的文件相当少。 ·即使使用 PCG 方程求解器,仍可得到中等求解速度优 势。 ·如果用 PCG 求解器并且至少部分模型使用线性材料的 SOLID92 单元,用 MSAVE,ON 即可节约大量内存。MSAVE,ON 命令只能用于小应变(NLGEON,OFF)全瞬态或静力分析。 MSAVE,ON 结果能够节省多达 70%部分模型标准要求的内存, 尽管求解时间会受你的处理器速度和制造商的影响。 7.3.10.2 执行转换

将 20 节点退化的四面体单元转化为对应的 10 节点非退化 形式。 命令:TCHG,ELEM1,ELEM2,ETYPE2 GUI : Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Modify Mesh>Change Tets 不论是使用命令还是 GUI 方法, 用户都将按表 7-3 转换合 并的单元。 表 7-3 允许 ELEM1 和 ELEM2 单元合并。 物理属性 ELEM1 的值 结构实体 SOLID95 or 95 热实体 SOLID90 or 90 ELEM2 的值 SOLID92 or 92 SOLID87 or 87

静电实体 SOLID122 or 122 SOLID123 or 123 用 TCHG 命令执行转换,为下列变元定义值。 ·用 ELEM1 变元代表想转换的单元类型,例如转换 SOLID95 单元,必须指定 ELEM1 为 SOLID95 或 95。 ·用 ELEM2 变元代表与 ELEM1 单元对应的单元。 例如, 为转换 SOLID95 单元,必须将 ELEM2 指定为 SOLID92 或 92。 ·也可以用 ETYPE2 变元来指定 ELEM2 的单元类型号。 继续以上例子, 分配单元类型号 2 给新转换的 SOLID92 单元, 给 ETYPE2 赋值 2。 (单元类型的类型号是在单元属性表中分 配的单元类型号;它依赖于在单元属性表中单元类型的位 置。)如果不定义 ETYPE2 的值,ANSYS 将使用单元属性表中

下一个位置确定 ELEM2 单元的类型号,或 ELEM2 已出现在单 元属性表中, ANSYS 将用 ELEM2 的已有单元类型号给 ETYPE2。 继续本例可参见《ANSYS Commands Reference》 TCHG 命令。 如果通过 ANSYS GUI 途径执行转换,按以下步骤: 1.选择菜单路径 Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Modify Mesh>Change Tets。 将选定的六面体退化单元转换为非退化的四面体单元对话 框出现。 2.使用功能菜单进行转换,选择合并单元。 3.ELEM2 栏中的单元类型号,为 ELEM2 单元选择合适的 单元号。 (包括所有当前已定义的单元类型的单一选择列表, 连同它们相应的单元类型号,出现在对话框中有助于你的选 择。)可用下列方法选择: ·在选择列表中选择 NEXT AVAIL TYPE#并按 OK, ANSYS 利用单元属性表的位置确定 ELEM2 的单元类型号。 如在 ELEM2 已出现在单元属性表中时,ANSYS 使用赋给 ETYPE2 已有的 ELEM2 的单元类型号。 ·从选择列表中选择 USER SPECFIED 并按 OK。出现另 一个对话框,必须在此输入单元类型号并按 OK。ANSYS 赋给 ELEM2 单元类型号。 ·从选择列表中选择一个有效的单元类型号(如果有 的话)。记住尽管所有已定义的单元号及其单元类型号都出

现在列表中,但并不都是有效的选择(例如,要将 SOLID95 单元转换为 SOLID92 单元,必须从选择列表中选择已定义的 SOLID92 单元的类型号)。如果当前并未定义 SOLID92 单元, 必须使用上述的其它选择方法。假定所选的有效单元类型号 存在,ANSYS 将给新转换的单元分配类型号。

7.3.10.3 退化四面体单元转换的其它性质 退化四面体单元转换的其它性质包括: ·转换操作的结果为选定 ELEM1 类型的单元转换为类 型 ELEM2。ANSYS 忽视除非退化四体单元外的所有 ELEM1 类 型的单元。例如,ANSYS 将忽略有六面体、棱锥或棱柱形状 的 SOLID95 单元。例如,用户有一个仅包含 SOLID95 单元的 简单模型。 这些单元有六面体的、 四面体的和棱锥形的形状。 如果键入命令 TCHG, 92, ANSYS 只将四面体的 SOLID95 95, 2, 单元转换为 SOLID92 单元;剩下六面体形的和棱锥形的 SOLID95 单元未动。因为将 ETYPE2 值定为 2,ANSYS 将单元 类型号 2 分配给 SOLID92 单元。 ·执行转换就象在一个体中定义了不止一种单元类 型。 当前 ANSYS 还无法在每个体中存贮多于一种类型的单元。 这个限制在执行体列表操作〔VLIST 命令〕时会出现不正确 的信息。列表输出失败表明转换单元时单元类型已转变了。

而且表明单元类型号已分配给了哪些单元。(另一方面,输 出单元列表操作〔ELIST〕命令表明新的单元类型号。)如 果想执行转换,建议转换为建模和网格划分过程的最后一 步,即,完成任何想要的网格细化、移动或拷贝节点和单元。 在开始转换以前进行其它想要做的建模和修正网格划分过 程。 7.3.11 对层进行网格划分 ANSYS 程序的层网格划分功能(当前只能对 2 维面)能生 成线性梯度的自由网格。 ·沿线具有均匀的单元尺寸(或适当变化的) ·垂直于线的方向单元尺寸和数量有急剧过渡。 这样的网格适于模拟 CFD 边界层的影响, 电磁表面层的影 响等。 7.3.12 通过 GUI 设置层网格划分控制 如果通过 ANSYS GUI 对选定线集设置层网格划分控制,选 择 Main Menu>Preprocessor>Mesh Tool,显示网格划分工具 控制板。按与“Layer”相邻的设置按钮打开选择线的对话 框,接下来是“对所选线的面层网格控制”对话框。可在其 上指定: ·线上想要的单元尺寸,可以直接设置单元尺寸 (SIZE)或设置线的分割数(NDIV)。 ·线间距比率(SPACE,对层网格划分一般为 1.0)。

·内部网格层的厚度〔LAYER1〕这一层单元将是均匀 尺寸的,边长等于线上给定的单元尺寸。LAYER1 的厚度可以 指定为线上单元尺寸带一个系数 (尺寸系数=2 沿线生成两行 尺寸均匀的单元;尺寸系数=3,为三行,等等。)或用一个 绝对长度。 ·外部网格层的厚度〔LAYER2〕这一层的单元尺寸会 从 LAYER1 的尺寸缓慢增加到总体单元的尺寸。LAYER2 的厚 度可用一个网格过渡系数 (过渡系数=2 生成大约等于前面垂 直于线网格 2 倍尺寸的单元; 过渡系数=3, 大约 3 倍的尺寸, 等等)或给定一个绝对长度。 注意:LAYER1 的厚度应当大于或等于给定线的单元尺寸。 如果用尺寸系数给定 LAYER1,它必须大于或等于 1.0。 注意:LAYER2 的厚度实际上是发生在 LAYER1 单元尺寸和 总体单元尺寸之间过渡网格区的距离。 LAYER2 的适当值因此 依赖于总体到 LAYER1 尺寸比率的大小。 如果给定 LAYER2 的网格过渡系数,它必须大于 1.0(暗示下一行尺寸必须大 于前面的尺寸),为达到最好的结果,且应当小于 4.0。 注意:对选定的线集,层网格划分控制可以设定或清除而 不改变已有的线分割或距离比率的设置。实际上,在此对话 框中,空白或零设置,SIZE/NDIV,SPACE,LAYER1 或 LAYER2 将保持不变。(即它们不会被置为零或缺省值。)

要删除选定线集的指定的层网格划分控制, 选择网格划分 工具控制板上包含“Layer”的清除按钮。已有线集的线段 和距离比率将保持不变。 下图层网格说明沿线显示为均匀的单元尺寸在垂直于线 方向上单元的尺寸和数量急剧过渡。 7.3.13 通过命令设置层网格划分控制 LESIZE 命令定义层网格划分控制和其它单元尺寸特性, 关于此命令的信息参见《ANSYS Commands Reference》。 7.3.14 线上层网格划分定义的列表 查看或打印线上的层网格划分尺寸定义,利用下列方法: 命令:LLIST GUI : Utility Menu>List>Lines 7.4 自由网格和映射网格划分控制 前面主要讲述可用的不同网格划分控制, 现集中讨论适合 于自由网格划分的控制,它也适用于映射网格划分。

图 7-16 线性梯度层网格线性梯度层网格 7.4.1 自由网格划分 自由网格分操作, 对实体模型无特殊要求。 任何几何模型, 尽管是不规则的,也可以进行网格划分。 所用单元形状依赖于是对面还是对体进行网格划分。 对面 进行网格划分,自由网格可以只由四边形单元组成,或只由 三角形单元组成,或两者混合。对体进行网格划分,自由网 格一般限定为四面体单元。金字塔形单元作为过渡也可加入 到四面体网格中。 (见§7.3.9 中关于金字塔形单元的信息) 。 如果选择的单元类型严格地限定为三角形或四面体 (例如 PLANE2 和 SOLI92),程序在网格划分时只用这种单元。但 是,如果选择的单元类型允许多于一种形状(如,PLANE82

或 SOLID95),可通过下列方法指定用哪一种(或几种)形 状: 命令:MSHAPE GUI : Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesher Opts 还必须指定对此模型用自由网格划分: 命令:MSHKEY,0 GUI : Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesher Opts 对于支持多于一种形状的面单元, 缺省地会生成混合形状 (通常是四边形单元占多数)可用[MSHAPE, 2D 和 MSHKEY, 。 1, 0]来要求全部生成三角形网格,但如果用低次单元时建议不 要这样做。 注意:可能会遇到全部网格都须为四边形网格的情况。当 面边界上总的线分割数为偶数时,面的自由网格划分会全部 生成四边形网格,并且四边形单元质量不会出错。通过打开 SmartSizing 项并让它来决定合适的单元数,可以增加面边 界线分割总数为偶数的机率(而不是通过 LESIZE 命令人工 设置任何边界划分的单元数)。应保证四边形分裂项关闭 〔MOPT,SPLIT,OFF〕,以使 ANSYS 不将形状较差的四边形 单元分裂成三角形。(四边形单元分裂对出错单元缺省是打 开的。参见 MOPT 命令的叙述。)

使体生成一种自由网格, 应当选择只允许一种四面体形状 的单元类型,或利用支持多种形状的单元并只设四面体一种 形状功能〔MSHAPE,1,3D 和 MSHKEY,0〕。 对自由网格划分操作,生成的单元尺寸依赖于 DESIZE、 ESIZE、KESIZE 和 LESIZE 的当前设置。如果 SmartSizing 打 开,单元尺寸将由 SMRTSIZE 及 ESIZE、KESIZE 和 LESIZE 命 令决定。(对自由格划分推荐使用 SmartSizing)。可知所 有这些网格划分均由 Main Menu>Preprocessor>MeshTool 和 Main Menu> Preprocessor> -Meshing-Size Cntrls.控制。 7.4.1.1 扇形网格划分和 TARGE170 单元 一种称为扇形网格划分的特殊自由网格划分, 适于涉及用 TARGE170 单元对三边面进行网格划分的某些接触分析。 当三 个边中有两个边只有一个单元而第三边有任意数目分割数 时, 结果将为扇形网格。 (LESIZE 命令用于设置单元划分)。 扇型网格划分保证 ANSYS 使用最少的三角形来填充面。这对 接触问题是重要的。考虑扇形网格划分 所示的例子,两个 边仅有一个单元,而第三边分为四个单元。

图 7-17 扇型网格划分的例子 7.4.1.1.1. 扇型网格划分的条件 记住使用扇型网格划分必须满足下列条件: ·必须是对三边面进行网格划分。两边必须仅分为一 个网格。而第三边可以有任何数目的划分。 ·必须用 TARGE170 单元进行网格划分。 ·必须指定使用自由网格划分〔MSHKEY,0 或 MSHKEY, 2〕。 详见《ANSYS Structural Analysis Guide》中的§9 和 《ANSYS Elements Reference》中 TARGE170 单元的叙述。 7.4.2 映射网格划分 可指定程序全部用四边形面单元、三角形面单元、或全部 用六面体(块)单元生成映射网格。映射网格划分要求面或 体形状规则,即必须满足一定准则。 对映射网格划分,生成的单元尺寸依赖于当前 DESIZE 及 ESIZE、KESIZE、LESIZE 和 AESIZE 的设置(Main Menu> Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-ManualSize-option),SmartSizing〔SMRTSIZE〕 不能用于映射网格划分。 注意:当使用硬点时不支持映射网格划分。 7.4.2.1 面映射网格划分 面映射网格包括全部是四边形单元或全部是三角形单元。

注意: 映射三角形网格划分是指 ANSYS 接受一可用映射网 格划分的面并用三角形单元划分网格的过程,取决于指定的 形式。这种类型的网格划分尤其适于刚性接触单元的网格划 分。 (详见《ANSYS Structural Analysis Guide》中的§9。) 面接受映射网格划分,必须满足以下条件: a、该面必须是三或四条边(有或无连接) b、面的对边必须划分为相同数目的单元,或其划分与 一个过渡形网格的划分相匹配(见图 7-24) c、该面如有三条边,则划分的单元必须为偶数且各边 单元数相等。 d、网格划分必须设置为映射网格〔MSHKEY,1〕。结果 得到全是四边形单元或全是三角形单元的映射网格。依赖于 当前单元类型和单元形状的设置〔MSHAPE〕。 e、如果想生成映射三角形网格,可以指定 ANSYS 所用 模式生成三角形单元网格〔MSHPATTERN〕。如果不指定一种 模式, ANSYS 将为用户指定。 《ANSYS Commands Reference》 见 中的 MSHPATTERN 命令可用模式的叙述。 图 7-18 所示为全用四边形单元划分网格的基本面和全用 三角形单元划分网格的基本面。

图 7-18 面映射网格 如果一个面多于四条边,不能用映射网格划分。但是有些 线可以合并或连接使总线数减少到四条,线的连接在本节之 后讨论。 建议用 AMAP 命令替代连接线,拾取面的三或四个角点进 行面映射网格划分。这种方法内在地连接两关键点之间的所 有线。(简化的面映射网格划分在本节后叙述。) 7.4.2.1.1. 将线分割以进行映射网格划分 面的对边指定为相同数目的线分割 (或其线分割与一个过 渡形式的划分相匹配)以生成映射网格。不必对所有线指定 分割数。尽管请求映射网格划分〔MSHKEY,1〕程序将把线 的分割从一条线转到相对的线,并转到待划分网格的相邻面 上〔AMESH〕,在需要时程序会从 AESIZE 产生相匹配的线分 割来“软化”由 LESIZE、KESIZE 或 ESIZE 的定义。 LESIZE,ESIZE 等命令的等级同样适用于传递边的分割 数。因此在图 7-19 的例子中,由 LESIZE 规定的分割数从线 1 传至线 3,将并覆盖 ESIZE 定义的分割数。

图 7-19 传递 LESIZE 控制覆盖 ESIZE 控制。

MSHKEY,1 ! mapped mesh ESIZE,,10 ! 10 divisions set by ESIZE LESIZE,1,,,20 ! 20 divisions specified for line 1 AMESH,1 ! 20 line onto line 3 请参见 MSHKEY、ESIZE、AESIZE、LESIZE、和 AMESH 命令 的叙述。 7.4.2.1.2 连接线 如果一个面的边数多于四条,可将部分线合并〔LCOMB〕 或连接〔LCCAT〕起来以使总边数降为四。一般来说 LCOMB 命令优先于 LCCAT 命令。LCOMB 命令可用于相切或不相切的 线,节点也不必产生在线的接头。 连接线: 命令:LCCAT GUI: MainMenu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Areas-Mapped>oncatenate-Lines 注意: LCCAT 命令不支持用 IGES 缺省功能 〔IOPTN, IGES, DEFAULT〕输入的模型。但是,可用 LNMERGE 命令将从 CAD 文件输入的模型线进行连接。 合并线: 命令:LCOMB divisions will be transferred

GUI : Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate>-Booleans-Add> Lines 见图 7-20,该面共有六条线。其中两条线可以合并,两 条线可以连接, 以生成四条边的面, 可以进行映射网格划分。

图 7-20 合并和连接线以进行映射网格划分 线、面或体上的关键点处将生成节点。因此一条连接线将 至少有线上由隐含定义的关键点数同样多的分割数。程序不 允许对这样的线用更少的分割数来传递。而且指定的总体单 元尺寸〔ESIZE〕是针对原始线的,而不是针对连接线的。

图 7-21 ESIZE 是针对原始线的(不是连接线) 不能直接给连接线指定线分割。但是,分割数可以指定给 合并线〔LCOMB〕。因此,使用合并线比连接线会有一些优 势。 7.4.2.1.3. 简化面映射网格划分

AMAP 命令提供了获得映射网格的最简捷途径。 (Main AMAP Menu> Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Areas-Mapped>By Corners)使用指定的关键点作为角点并连接关键点之间的 所有线。面自动地全部用四边形或全部用三角形单元进行网 格划分(不需要 MSHKEY 命令)。与 AMAP 通过连接线的映射 网格划分控制有相同的规则。 考查前连接的例子,现用 AMAP 方法进行网格划分。注意 到在已选定的几个关键点之间有多条线。在选定面之后,可 按任意顺序拾取关键点 1、3、4 和 6,会自动生成映射网格。

图 7-22 简化的映射网格划分(AMAP) 在 AMAP 操作之前不需要连接线;内部做连接并删除。面 的线并未改变。 注意:AMAP 命令不支持用 IGES 缺省功能〔IOPTN,IGES, DEFAVIT〕输入的模型。 7.4.2.1.4 过渡映射四面体网格的划分 另一种生成映射面网格的途径是指定面的对边的分割数, 以生成过渡映射四边形网格。过渡映射四边形网格只适用于 有四条边的面(有或无连接线)。一些例子如图 7-23 所示。

图 7-23 过渡四边形映射网格划分的例子 为生成过渡四边形映射网格, 必须使用支持四边形形状的 单元类型,设置网格划分指令为映射的〔MSHKEY,1〕,并 指定形状容许四边形〔MSHAPE,0,2D〕。(想要过渡型的 映射三角形网格,参见下一节。)另外,指定的线分割必须 与图 7-24 所示形式相匹配。

图 7-24 可用的过渡形式—过渡四边形映射网格 四边形为主的自由网格划分器〔MSHAPE,0 和 MSHKEY,0〕 自动寻找与这些过渡形式相匹配的四边形区域。如果发现匹 配,面就会划分为过渡四边形映射网格,除非结果单元质量 过差(这时会生成自由网格)。 7.4.2.1.5. 过渡三角形映射网格划分 过渡映射网格划分对于生成三角形单元的映射面网格也 是有效的。与过渡四边形映射网格划分相比,过渡三角形映

射网格划分只适用于四边形的面,指定的线分割必须与图 7-24 所示之一相匹配。为生成过渡三角形映射网格,必须使 用支持三角形的单元类型,网格划分设置指定为映射的 〔MSHKEY,1〕,并指定形状容许三角形〔MSHAPE,1,2D〕。 图 7-25 为过渡四边形映射网格和过渡三角形映射网格关 系的示意图。图(b)为过渡的三角形映射网格。当请求三 角形映射网格时,ANSYS 实际上是以四边形单元映射网格划 分为开始的。然后自动地将四边形单元分割成三角形单元。 图(a)表示作为(图(b)所示的)三角形网格基础的四边 形网格。图(c)所示为含有四边形单元的三角形网格。虚 线代表 ANSYS 分割成三角形的四边形单元的边界。

图 7-25 映射网格 7.4.2.2 体映射网格划分 要将体全部划分为六面体单元,必须满足以下条件: A、该体的外形应为块状(有六个面),楔形或棱柱(五 个面),四面体(四个面);

B、体的对边上必须划分相同的单元数,或分割符合过 渡网格形式适于六面体网格划分。见图 7-26 例中不同形状 体的映射单元网格划分。六面体网格的过渡网格形式在本节 之后叙述。 C、如果体是棱柱或四面体,三角形面上的单元分割数 必须是偶数。

图 7-26 映射体网格单元划分的例子 7.4.2.2.1. 连接面 与线一样, 当需要减少围成体的面数以进行映射网格划分 时,可以对面进行加〔AADD〕或连接〔ACCAT〕。如果连接 面有边界线,线也必须连接在一起,必须先连接面,再连接 线。此过程的输入列表范例如下: ! first, concatenate areas for mapped volume

meshing: ACCAT,...

! next, concatenate bounding areas: LCCAT,... LCCAT,... VMESH,...

lines for mapped meshing of

注意:一般来说 AADD(面为平面或共面时)的连接效果 优于 ACCAT(线分割如前面所述会从一边传到另一边)。 正如上面输入列表范例所示,在连接面〔ACCAT〕之后一 般需要连接线〔LCCAT〕。但是,如果相连接的两个面都是 由四条线组成(无连接线)。连接线操作会自动进行。因此, 图 7-27 中两个面都由四条线组成所以不需要连接线 〔LCCAT〕。另外须注意删除连接面并不会自动删除相关的 连接线。 连接面用来对实体进行映射网格划分,如图 7-27 所示。 因为两个面都由四条边组成所以连接面接操作〔ACCAT〕自 动地进行线连接。

图 7-27 面连接 连接面用下列方法: 命令:ACCAT

GUI: Main Menu>Preprocessor>Concatenate>Areas Main Menu>Preprocessor>Mesh>Mapped>Areas 注意: ACCAT 命令不支持用 IGES 缺省功能 〔IOPTN, IGES, DEFAULT〕输入的模型,但是,可用 ARMERGE 命令合并由 CAD 文件输入模型的两个或更多的面。注意当以此方式使用 ARMERGE 命令时,在两合并线之间删除了关键点的位置不会 有节点。 将面相加,用下列方法: 命令:AADD GUI : Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate>-Booleans-Add>A reas 详见 ACCAT、LCCAT 和 VMESH 命令的叙述。 7.4.2.2.2. 过渡六面体映射网格 可以通过指定体的对边的分割数来生成映射体网格, 且分 割允许过渡型的六面体映射网格,过渡型的六面体映射网格 划分只适用于有六个面的体 (有或无连接面) 例子如图 7-28 。 所示。

图 7-28 过渡型六面体映射网格的例子 为生成过渡六面体映射网格, 必须使用一种支持六面体形 状的单元类型。如果先前设置的网格划分的单元形状是四面 体形单元〔MSHAPE,1,3D〕,现在必须设置允许六面体形 〔MSHAPE,0,3D〕的单元形状。另外,指定的线分割必须 与图 7-29 所示之一相匹配。 注意:尽管指定为自由网格划分 〔MSHKEY,0〕,ANSYS 自动寻找与那些过渡形式相匹配的六面体。如果发现相匹 配,则体将划分为过渡六面体映射网格。除非结果单元质量 很差(这样情况下网格划分会失败) 注意:如图 7-29 所示,体的有些边是隐藏的〔N5、N9 和 N10 边)。N5 的对边是 N8,N9 的对边是 N11;N10 的对边是 N2。 7.4.2.3 关于连接线和面的一些说明 连接仅是映射网格划分的辅助工具,并非布尔运算的加。 连接应是对实体进行映射网格划分前的最后一步,连接生成 的图元不能作任何实体建模操作(网格划分、清除及删除图

元除外)。例如,由 LCCAT 操作生成的线不能在实体模型上 加载,不能参与布尔运算,不能拷贝、拖拉、旋转〔xGEN, xDRAG,xROTAT〕等,也不能再用于另一个连接。 连接生成的线、面可用删除线或面命令来清除连接: ·最便捷的删除连接线或面是通过选择菜途径(Main Menu> Preprocessor> -Modeling-Delete>-Del Concats-Lines 或 menu path Main Menu> Preprocessor> -Modeling-Delete>-Del Concats-Areas.) 警告: 当使用此方法时, ANSYS 会自动选择所有连接线 (或 面)并删除它们而不通知用户。

图 7-29 可用的过渡形式一过渡映射六面体网格

·如果想对选择和删除连接线或面有更多的控制,可 用下列方法: 命令:LSEL,Type,LCCA,,,,,KSWP or ASEL,Type,ACCA,,,,,KSWP GUI : Utility Menu>Select>Entities 如果用户正使用选择图元对话框,选择“both Lines and Concatenated"来选定连接线,选择“both Lines and Concatenated”选定连接面。如果需要,可用对话框中的其 它控制来改变选择。 必要时可以删除所有已选择的线或面〔LDELE,ALL 或 ADELE,ALL〕。 尽管要注意本节前面所列对输出图元的限制, 但这种对连 接的限制不会影响输入图元。然而,只要涉及高级图元,输 入图元将会“丢失”或“孤立起来’。即,当一个面由 5 条 边组成(L1─L5),其中两条线是连接的(LCCAT,1,2=>L6) 程序不再将线 L1 和 L2 视为该面的边。 但可以通过删除线 L6, L1、L2 重新成为该面的边(见图 7-30)。 到取消连接时在连接中的输入线变为分开的。

图 7-30 在连接中输入线

当用户发现连接对预定的建模操作限制太多时, 可用其他 方法获得映射网格,如将面或体细分为适当形状的图元。布 尔操作对图元按此方式细分时对会很有用处。 详见 《ANSYS Commands Reference》 ASEL、 中 LSEL、 ACCAT、 LCCAT、ADELE 和 LDELE 命令的叙述。 7.5 实体模型的网格划分 构造完实体模型,定义了单元属性和网格划分控制之后, 即可生成有限元网格了。在网格生成之前,首先将模保存起 来是一个好习惯: 命令:SAVE GUI : Utility Menu>File>Save as Jobname.db 如果想打开“接受/拒绝网格”提示,拾取(Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesher Opts)。这个提示只 能通过 GUI 选取,使用户方便地放弃不想要的网格。(详见 §7-6)。 7.5.1 用 xMESH 命令生成网格 为对模型进行网格划分, 必须使用适合于待划分网格图元 类型的网格划分操作。可对关键点、线、面和体使用下列命 令和 GUI 途径进行网格划分。 ·在关键点处生成点单元(如 MASS21): 命令:KMESH

GUI : Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>Keypoints ·在线上生成线单元(如 LINK31): 命令:LMESH GUI : Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>Lines 可参见§7.5.2 中专门针对梁划分网格的程序。 ·在面上生成面单元(如 PLANE82): 命令:AMESH, AMAP GUI : Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Areas-Mapped>3 or 4 sided Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Areas-Free Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Areas-Target Surf Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Areas-Mapped>By Corners ·在体上生成体单元(如 SOLID90): 命令:VMESH

GUI :Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Volumes-Mapped>4 to 6 sided Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Volumes-Free 可参见§7.5.3 和§7.5.5 中专门针对体网格划分的信 息。 7.5.2 用方向节点生成梁单元网格 可定义方向关键点作为线的属性对梁进行网格划分, 就象 给实常数分配号码,或给材料属性编号。方向关键点与待划 分网格的线是独立的。在这些关键点的位置处,ANSYS 会沿 着梁单元自动生成方向节点。支持在生成线网格时自动生成 方向节点的单元有 BEAM4、 BEAM24、 BEAM44、 BEAM161、 BEAM188 和 BEAM189。 将方向关键点定义为线的属性: 命令:LATT GUI:Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>All Lines Main Menu>preprocessor>-Attributes-Define>Picked Lines 7.5.2.1 ANSYS 如何确定方向节点的位置。

如果一条线由两个关键点(KP1 和 KP2)组成且两方向关 键点(KB 和 KE)已定义为线的属性,方向矢量从线的开始 处 KP1 延伸到 KB,且方向矢量在线的末端从 KP2 延伸到 KE。 ANSYS 通过上面给定两方向矢量的插入方向来计算方向节 点。 注意:尽管在这里称为方向节点,其它地方可见这种节点 称作远节点、第三节点(只对线性的梁单元),或第四节点 (只对二次梁单元)。 7.5.2.2 用方向节点对梁进行网格划分的益处 梁截面取向的方向将影响梁单元网格和分析结果。 用方向 节点对梁划分网格可对这些影响进行控制。§7.5.2.4 中提 供了梁截面不同方式排列梁截面的多个例子。 如果用 BEAM44、BEAM188 或 BEAM189 单元进行分析,可充 分利用 ANSYS 程序的横截面数据定义、分析和对这些单元的 可视化能力。(对 BEAM44 单元没有可视化能力。)可定义 截面的 ID 号作为线的属性〔LATT〕。当对线划分网格时, 截面的 ID 号表示生成梁单元的横截面。 ANSYS 自动生成的方 向节点依赖于用户指定的方向关键点〔LATT〕,确定梁单元 截面的方向。有关梁分析和横截面的详细信息,参见《ANSYS Structural Analysis Guide》中的§15。 7.5.2.3 用方向节点生成梁网格

本节讨论如何用输入命令或 ANSYS 菜单途径,用方向节 点生成梁的网格。这里假定用户已定义了模型的几何体和单 元属性表,并准备给线定义属性并对梁进行网格划分。本节 不准备包括典型梁分析的其它方面。对梁分析和用方向节点 生成梁网格的例题,参见《ANSYS Structural Analysis Guide》中的§15。 用命令方法生成梁网格,要输入下列命令: 1、用 LSEL 命令选择想用方向节点进行网格划分的线。 2、用 LATT 命令将选定的未划分网格线与单元属性联系 起来。指定 MAT、REAL、TYPE、ESYS、KB、KE 和 SECNUM 的 值。 ·当指定 LATT 命令中的 TYPE 项的值时,要保证给线 定义的单元类型支持用方向节点生成梁网格。当前,这些单 元类型包括 BEAM4、BEAM24、BEAM44、BEAM161、BEAM188 和 BEAM189。 ·用 LATT 命令中的 KB 和 KE 变量指定开始和结束的方 向关键点。如果用 BEAM24、BEAM161、BEAM188 或 BEAM189 单元进行网格划分,要求在设置网格划分属性时至少定义一 个方向关键点。当 ANSYS 生成网格时〔LMESH〕,沿线的每 个单元将有两个端节点和一个方向节点。当用 BEAM4 和 BEAM44 单元划分网格时指定方向关键点是可选择的。 如果给 单元指定了方向关键点,每个梁单元沿网格划分线将有两个

端节点和一个方向节点。如果不给 BEAM4 和 BEAM44 单元指 定方向关键点,每个梁单元将有两个端点,但没有方向节点 (即 ANSYS 将用标准线网格划分生成网格)。 ·如果用梁给圆弧划分网格,若弧跨度超过了 90 度, 梁的方向在 90 度点是扭曲的,如图 7-31:

图 7-31 对弧划分线单元 为防止梁方向的扭曲,将末端方向关键点(KE)设置 成与 KB 相同或将线分裂成 90 度的弧。 ·如果使用 BEAM4、BEAM188 单元或 BEAM189 单元,用 LATT 命令中 SECNUM 变量指定截面的 ID 号。 参见§7.5.2.4 中各种指定方向关键点方法的例子。见 《ANSYS Structural Analysis Guide》中的§15 中关于横 截面的详细叙述。 3、设置沿线生成网格的单元分割数〔LESIZE〕。 4、用 LSESH 命令对线划分网格。

5、对梁划分网格后,常用/ESHAPE,1 命令在图上验证 梁的方向。 6、可用 LLIST,,,,ORIENT 命令对已选线列表,连同 任何指定的方向关键点和截面数据。 如果用 ANSYS GUI 途径生成梁网格,按下列步骤: 1、选择菜单途径 Main Menu>Preprocessor>MeshTool, 出现网格划分工具。 2、在网格划分工具中单元属性区域,从左边的选择菜单 选择线(Lines)并点击设定(Set),出现线属性拾取器。 3、在 ANSYS 图形窗口,拾取想要指定属性(包括方向关 键点)的线,然后在线属性拾取器中点击 OK。出现线属性对 话框。 4、在线属性对话框中,指定 MAT、REAL、TYPE、ESYS 和 SECT 属性,拾取方向关键点(Orientation Keypoint(s)) 选项出现 Yes,拾取 OK,线属性拾取器重复出现。 5、在 ANSYS 图形窗口,拾取方向关键点,然后在线属性 拾取器中拾取 OK。 6、回到网格划分工具,设置任何想要的单元尺寸控制。 然后从网格划分选择菜单中选择线并拾取 MESH 开始线网格 划分操作。出现线网格划分拾取器。 7、在 ANSYS 图形窗口;拾取想划分网格的线并在线网格 划分拾取器中拾取 OK。ANSYS 对梁划分网格。

8、在梁生成网格之后,常在图上验证梁的方向。选择菜 单途径 Utility Menu>PlotCtrls>Style>Size and Shape。 拾取/ESHAPE 选项打开并拾取 OK,出现划分了网格的梁。 9、可对已选择的线列表,连同任何定义的方向关键点和 截面数据。为如此,选择菜单途径 Utility Menu>List>Lines。出现 LLIST 列表形式对话框。选择方向 KP 并拾取 OK。 7.5.2.4 用方向节点划分梁网格的例子 可定义一个或二个方向关键点作为线的属性。 如果定义了 两个,可在模型上为它们指定相同的位置。 图 7-32 为三个例子。每一个例子,开始方向关键点和结 束方向关键点都是定义在相同的位置。例子告诉用户如何在 一个结构的不同方向给定不同的方向关键点去排列选定的 梁截面。

图 7─32 放置方向关键点和单元方向 如果给一条线指定了一个方向关键点,ANSYS 沿线按一定 方向生成梁单元。 如果在线的末端给定的方向关键点, ANSYS 生成前弯梁。

图 7-33 为按固定方向的梁网格划分与前扭梁网格划分的 区别。 ·图(a),只指定了一个开始方向关键点。该关键点 与 Y 轴成 0°,沿 Y 方向为 10 个单位距离。梁为固定方向。 ·图 (b),只指定了一个开始方向关键点。该关键点与 Y 轴成 30°,半径为 10 个单位。梁为固定方向。 ·图(c),指定了开始和结束方向关键点。关键点分 开 90°,引起梁 90° 扭曲。由于按线性插值确定方向节点 的位置,用偏离每一端点一段微小距离的线使节点位于由关 键点生成的向量附近。

图 7─33 固定方向与前扭 ·图(d),方向关键点相差 180°,梁发生翻转。因 为两向量是线性插值的,指定关键点引起梁的不连续。 ·图(e)提供了对图(d)的挽救措施。一条线分成 两段,L1 的结束方向关键点与 L2 的开始方向关键点指定为 同一关键点。梁的 180°的扭曲就达到了。 7.5.2.5 用方向节点对梁划分网格的其它考虑 用方向节点对梁划分网格的其它考虑有: 注意:如果用方向节点生成了梁网格之后键入 CDWRITE 命令,数据库文件会包含每个梁单元的所有节点,包括方向

节点在内。可是,为线指定的方向关键点〔LATT〕不再与线 相联系并且写输出到几何文件中去。线不认为方向关键点是 指定给它的, 而方向关键点不知道它们是方向关键点。 因此, CDWRITE 命令不支持(对梁划分网格)任何与实体模型相联 系的操作。例如,对已划分了网格的线相邻的面划分网格, 画包含方向节点的线,或清除包含方向节点的线与预想的工 作方式不同。对 IGESOUT 命令也有此限制。参见《ANSYS Commands Reference》中 CDWRITE 和 IGESOUT 命令的叙述。 ·2 维梁单元不要求方向,因此本节叙述的梁划分网 格过程不支持二维梁单元。 ·线的任何操作(如拷贝线、移动线等)将破坏关键 点的属性。 ·如果删除了方向关键点,ANSYS 会出现警告信息。 ·如果移动了方向关键点,它仍为方向关键点。但如 果重新定义了一个方向关键点(K,NPT,X,Y,Z),ANSYS 不再认为它是一个方向关键点。 7.5.3 由刻画面生成体网格 除用 VMESH 命令生成体单元外, 还可由一组分开的的外表 面单元(刻画面)生成体网格。例如,在遇到不能对特殊面 划分网格时这种方法显得非常有用。在这种情况下,首先对 可进行网格划分的面划分网格。然后,用直接生成法定义剩 下的面单元。(用直接生成定义的单元将被视为孤立单元,

因为没有与之相联系的实体模型。)最后,利用下列方法从 孤立面单元生成节点和四面体体单元: 命令:FVMESH GUI: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Tet Mesh From -Area Elements 注意:主四面体网格划分〔MOPT,VMESH,MAIN〕是唯一 支持由刻画面生成体网格的四面体网格划分器;替换四面体 网格划分器则不支持〔MOPT,VMESH,ALTERNATE〕。 注意:FVMESH 命令及其相应的菜单途径不支持多体。如 果模型中有多个体,为一个体选择表面单元,同时保证其它 体未选择表面单元。用 FVMESH 命令生成第一个体的网格。 按此步骤一次只选一个体划分网格,直到模型中的所有体都 划分了网格。 7.5.4 用 xMESH 命令的注意事项 用 xMESH 命令的注意事项有: ·有时需要对实体模型用不同维数的多种单元划分网 格。 例如, 带筋的壳有梁单元 (线单元) 和壳单元 (面单元) , 或用表面作用(面)单元覆盖三维实体模型(体单元)的表 面。可按任意顺序使用相应的网格划分操作〔KMESH,LMESH, AMESH 和 VMESH〕。但在划分网格前要设置合适的单元属性 (本章前面所讨论的)。

·无论选取何种体网格划分器 〔MOPT, VMESH, Value〕 , 在不同的硬件平台上对体用四面体单元划分网格〔VMESH, FVMESH〕会生成不同的网格。因此,评估一特殊节点或单元 的结果时要当心。如果在一个平台上生成的图元输入到另一 个不同硬件平台上运行,图元的位置可能会改变。 ·自适应网格划分宏 〔ADAPT〕 是替换的网格划分方法, 会在网格离散错误的基础上自动改进网格。关于这种方法参 见 ANSYS 高级分析技术指南 中的自适应网格划分。 7.5.5 通过扫掠生成体网格 利用体扫掠,可从一边界面(称为源面)网格扫掠贯穿整 个体将已有未划分网格的体生成单元。如果源面网格由四边 形网格组成,体将生成六面体单元。如果面由三角形网格组 成,体将生成楔形单元。如果面由三角形和四边形单元共同 组成,则体将由楔形和六面体单元共同填充。扫掠的网格与 体密切相关。 7.5.5.1 体扫掠的优点 体扫掠有如下优点: ·与其它拖拉一已划分网格的面成为划分网格的体方 法〔VROTAT,VEXT、VOFFST 和 VDRAG 命令〕不同,体扫掠 〔VSWEEP〕试图使用已有未划分网格的体。在下列情况下尤 其有用:

─输入从其它程序建立的实体模型, 想在 ANSYS 中划 分网格。 ─对一不规则体生成六面体网格。 现在仅需将体分裂 为一系列离散的可扫掠区域。 ─用户想生成与已有一种其它拉伸方法生成的网格 不同的网格,或用那些操作时忘记生成网格了。 ─如果在体扫掠之前未对源面划分网格,ANSYS 在激 活体扫掠时会为用户对其进行网格划分。而其他拉伸方法要 求在激活它们时由用户自己对面划分网格。如果不进行网格 划分,由其它延伸方法生成体,但不会生成面和体网格。 7.5.5.2 在扫掠体之前应该做的工作 在激活体扫掠之前按此步骤进行: 1、 确定有多少个体需要由 VSWEEP 扫掠。VSWEEP 可对 一个体、所有选择的体(VSWEEP,ALL)或体的部分进行扫 掠(VSWEEP,CMVL 此处 CMVL 是体部分的名称。) 2、 确定体的拓扑是否能够进行扫掠,如果下列情况成 立则不能进行扫掠: ·体包含多于一个壳;即体内有内腔的情况。(壳是 与体相当的环面─由一系列图元定义了一个连续封闭的边 界)。体列表〔VLIST〕中 SHELL 栏表示体中的壳数。) ·体的拓扑中源面与目标面不是相对的面。 (由定义, 目标面必须与源面相对。)

·体中有一个不穿过源和目标面的孔。 注意:既使满足了这些要求,仍会出现由于体的形状而引 起扫掠生成形状较差的单元。寻求帮助参见§7.5.5.4。 如果体不能扫掠,用 VSWEEP 命令之前将体分割成能够进 行扫掠的子体。 3、确保已定义了合适的二维或三维单元类型〔ET〕。例 如,如果对源面进行预网格划分,并想扫掠包含二次的六面 体单元,应当用二次二维单元对源面划分网格。 4、确定在扫掠操作中如何控制生成单元层的数目,即沿 扫掠方向生成的单元数(见指定体扫掠)。可用下列方法控 制单元数: ·用 ESIZE, SIZE 定义扫掠器的向导单元尺寸。 VSWEEP 使用这个值在内部计算单元层的数目。这是设置该值的首选 方法。 ·用 EXTOPT,ESIZE,val1,val2 命令指定沿体的侧 面线(val1 是分割单元层数,val2 是偏量)分割的单元层 数(如果需要,间距比或偏量)。注意用 EXTOPT 指定的单 元层数和偏量会加在体的所有未划分网格侧面线上。对任何 已预划分了网格的边线或其它相关尺寸定义 (通过 LESIZE) , 由 EXTOPT 定义的值将被忽略。 命令:EXTOPT,ESIZE,Val1,Val2

GUI: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Volume Sweep-Sweep Opts ·在体的一个或多个侧线上, LESIZE 命令为其指定 用 分割单元数。此方法还允许对体扫掠指定一个优先的偏量 〔LESIZE,,,,,SPACE〕;但是位移只加到用 LESIZE 命 令标记的线上。 ·在一个或多个侧面或与侧面或侧边相邻的体内或面 上生成映射网格。 ·在一个或多个侧边上生成梁单元网格〔LMESH〕。 ·打开 smart sizing(通过 SMRT)。VSWEEP 将使用 智能尺寸参数内部计算单元层数。注意由于六面体单元的受 约束的状态和在模型的不同区域智能单元尺寸试图使单元 尺寸过渡,智能单元尺寸不总是能产生最高质量的单元。尽 管用上述 ESIZE,SIZE 方法通常产生更多单元,对六面体网 格生成通常都是高质量的。 如果单元层数不是上述所列方法的一种,VSWEEP 在内部 将使用 DESIZE 参数去计算。

图 7─34 指定体扫掠 5、选择确定体的哪一个边界面作为源面,哪一个面作为 目标面。ANSYS 在源面上使用面单元模式(可以是四边形和 三角形单元),用六面体和楔形单元填充体。(如果在体扫 掠之前未对面预划分网格, ANSYS 自动生成“临时”面单元。 在数据库中并不存贮这些面单元;在确定了体扫掠模式后会 立即丢弃这些临时面单元)。目标面仅是与源面相对的面。 如图 7-34 所示,为体扫掠设置分割单元层数、源面和目标 面的方法。若多于一个体被扫掠任何用户定义的源面和目标 面将被忽略。 如果源面和目标面是由用户定义的,VSWEEP 将自动确定 哪一个边界面应当作为源面或目标面。如果 VSWEEP 不能自 动确定源面/目标面,VSWEEP 将终止。当使用菜单途径时, 可用 EXTOPT,VSWE,AUTO 命令打开自动发现源面和目标面。 6、有选择地对源面、目标面和侧面划分网格 体扫掠操作的结果会因在扫掠之前是否对模型中的任何 面(源面、目标面和边界面)进行了网格划分而不同。 典型情况是在扫掠面之前,由用户自己对源面划分网格。 如果不对源面划分网格,ANSYS 会在用户活体扫掠操作时内 在地对其划分网格。(如第四步中所述)。 在扫掠前确定是否去预划分网格应当考虑以下因素:

·如果不预划分网格,ANSYS 使用单元形状设置 [MSHAPE]确定对源面划分单元的形状(MSHAPE,0,2D 导致 四边形单元;MSHAPE,1,2D 导致三角形单元)。例外是用 一个 VSWEEP 命令对多个体进行扫掠。在这种情况下源面总 是划分为四边形单元。 ·如果用 KSCON 定义对源面划分网格,对源面预划分 网格。 ·如果想让源面用起初单元尺寸划分网格,那么应该 预划分网格。 ·如果与体关联的面或线上出现硬点则扫掠操作会失 败,除非对包含硬点的面或线预划分网格。 如果对源面和目标面对预划分了网格,则它们必须是 匹配的。但是源面和目标面的网格不必是映射网格。 关于体扫掠的更多特性参见§7.5.5.5。 图 7-35(a)是包含两相邻体模型的例子。由于模型 的几何形状,必须将体按不同方向进行扫掠,如图(b)。

图 7-35 对相连体的扫掠 7.5.5.3 激活体扫掠器

激活体扫掠器: 命令:VSWEEP,VNUM,SRCA,TRGA,LSMO GUI: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Volumes-Sweep 如果用 VSWEEP 命令扫掠体,指定下列变量值: ·用 VNUM 变量标记待扫掠体。 ·用 SRCA 变量标记源面。 ·用 TRGA 变量标记目标面。 ·可选用 LSMO 变量指定 ANSYS 在扫掠操作中是否执行 线的光滑化处理。 可参见《ANSYS Commands Reference》中关于 VSWEEP 命 令的叙述。 如果用 ANSYS 菜单途径去调用 VSWEEP,过程依赖于 EXTOPT,VSWE,AUTO。如果 EXTOPT,VSWE,AUTO 是打开的 (缺省),按下列步骤: 1、 选择菜单途径 Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh> -Volumes-Sweep。出 现体扫掠拾取器。 2、 选择待扫掠的体并单击 OK。 如果 EXTOPT,VSWE,AUTO 是关闭的,按下列步骤:

1、 选择菜单途径 Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh> -Volume Sweep-Sweep。出现体扫掠拾取器。 2、 选择待扫掠的体并单击 APPLY。 3、选择源面并单击 APPLY。 4、选择目标面,单击 OK 关闭拾取器。 注意:使用 ANSYS 菜单途径来扫掠体,不能控制出现线 光滑化处理。通过菜单途径扫掠体时,ANSYS 不执行线光滑 化处理。 7.5.5.4 避免体扫掠过程中形状失败的策略 如果体扫掠操作因单元形状差而失败, 可试用下列中的一 个或多个对策。建议用户按下列次序进行尝试。本节至此所 有对图涉及的都是图 7-36。 1、 如果未指定源面和目标面,指定并重新激活体扫掠 器。 2、 交换源面和目标面并重新激活体扫掠器。例如,如 果将 A1 面为源面而 A2 面为目标面,如果体扫掠失败了,将 A2 作为源面而 A1 作为目标面再进行尝试。 3、选择一组完全不同的源面和目标面并重新进行体扫 掠。(有些体可沿多个方向进行扫掠)。例如,如果 A1 面 和 A2 面不成功,用 A5 和 A6 面再试。

4、 使用形状检查作为诊断模型中何处引起扫掠失败的工 具。降低单元形状检查的尺度为警告模式〔SHPP,WARN〕, 于是有严重错误的单元导致警告信息而不是单元失败。然后 重新执行扫掠操作。利用结果的警告信息确认模型中包含差 单元的区域, 清除差单元 〔VCLEAR〕 再将形状检查打开 〔SHPP, ON〕。接着,修改模型中包含差单元的区域。最后,再用一 个扫掠操作对体划分网格。这里有对修改模型的几点建议: ·如果单元形状较差的区域其中一条线有过多或过少 的分割数,用 LESIZE 给该线手工指定不同的分割数。 ·尝试用更小的单元尺寸定义(ESIZE,SIZE)或一个 不同的单元层数。 ·将体分为两个或多个体〔VSBA,VSBW〕,将减少扫 掠方向的长度。 试将出现较差单元形状区域的体拆分。 之后, 对每个体激活 VSWEEP 命令。 ·如果标记为 SHPP,WARN 单元出现在如图(c)所示的 细长的目标面上,试将该区域的侧面沿扫掠方向进行分割。 按下列步骤: a、清除网格〔VCLEAR〕 b、 通过在想要分割的位置增加关键点来对源面的线 和目标面的线进行分割〔LDIV〕见图(e)。 c、按图(e)将源面上新线的线分割拷贝到目标面的 相应新线上。(新线是由步骤 2 生成的线。)可通过网格划

分工具轻松地进行线分割拷贝。选择菜单途径 Main Menu > Preprocessor > MeshTool。在网格划分工具上,按下拷贝 (COPY)按钮打开拾取器。用拾取器将线分割从一条线拷贝 到另一条线,包括距离比率在内。 d、手工对由步骤 2 作用过的边界面划分映射网格。 见图(f)。 e、重新激活体扫掠。 5、如果由 SHPP,WARN 标记的单元在目标面的细长域内 伸展,但前面的对策不起作用,清除网格然后打开线光滑化 处理〔VSWEEP,,,,1〕并激活体扫掠。见图 (d)。(出于速 度的考虑对大模建议不设置这一项。) 图 (c),图 (d)和图 (g)表示三种不同扫掠操作的结果, 并告诉用户如何使用上述对策去影响扫掠网格质量。所有这 三种情况,用户都是由图(a)所示的相同体开始工作的。图 (b)表示在扫掠中所用的源网格。在所有这三种情况中,用 户都是在体扫掠前生成此种源网格。 结果不同是因为在用户在扫掠前采取了另外的措施。 图(c) 为未采取上述任何措施的体扫掠结果。注意到伸长单元出现 在目标面上。图(d)所示为将线光滑化处理打开体扫掠的结 果〔VSWEEP,,,,1〕。此种情况下单元形状比图(c)中的要好; 但不如图(g)中所示的好。图(g)中所示为在扫掠前将源面和

目标面进行了线分割 〔LDIV〕 并对侧面进行了映射网格划分。 注意目标面上的单元形状有很大改善。

图 7─36 避免单元过于伸长的措施 7.5.5.5 体扫掠的其它性质 体扫掠的其它性质包括如下: ·源面和目标面不必是平面或平行面。

·如果源面和目标面的拓扑结构相同,尽管源面与目 标面的形状不同,扫掠操作仍常能成功。但是形状彻底不同 可导致单元形状失败。 ·在体扫掠中,ANSYS 可以生成线性或二次单元。可 将二次面单元扫掠成线性体单元,也可将线性面单元扫掠成 二次体单元。(但是,当 ANSYS 将线性面单元扫掠成二次体 单元时,中间节点并不加到源面的边界上。这对使用不支持 去掉中间节点的二次体单元将产生单元形状失败。) ·如果未指定源面和目标面,任何由 EXTOPT,ESIZE, NDIV,BIAS 定义的值将被忽略因为它们是与方向相关的。 ·如果对源面、目标面和侧面进行了预网格划分,可 在扫掠前使用 EXTOPT,ACLEAR,1 命令,ANSYS 在生成了扫 掠体网格之后自动地将任何选定的源面、目标面或边界面上 的面单元清除。(注意:在 GUI 中,选择菜单途径 Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Volume Sweep-Sweep Opts 打开一个对话框,可在此将清除选项打开或关闭。)必 须在进行面网格清除前选择待清除的面。 ·体扫掠并不要求模型为等截面,但如果是变截面, 只有从扫掠的一端到另一端为线性变化才有最好的结果。 ·在体扫掠中,如果不对源面预划分网格,ANSYS 将 用 AMRTSIZE,KESIZE,ESIZE 或 DSIZE 命令设置(视为合适 的)去对源面划分网格。还注意下列 ESIZE 命令的信息。用

ESIZE,NDIV 来设置确定扫掠中沿体的侧边生成的单元分割 数。然而,这不是首选的方法,因为如果源面没预划分网格, 由 NDIV 指定的单元分割数也将加到所有源面的边上。如果 要指定单元层数,首选方法是用 EXTOPT 命令(如前所述)。 ·如果用户定义了源面和目标面(见下图)VSWEEP 可 以扫掠零半径轴(即源面和目标面相邻)。如果用户不在需 要零半径轴的体上指定源面和目标面,VSWEEP 将不会成功。 而且,由 VSWEEP 使用的单元类型在扫掠四边形网格时必须 支持楔形,在扫掠三角形网格时必须支持金字塔和四面体形 状。

图 7-37 绕零半径轴扫掠 7.5.6 中断网格划分操作 当开始网格划分,会出现 ANSYS 状态窗口。窗口显示当前 网格划分操作的状态信息,还显示网格划分操作完成的百分 比。随着操作的进行状态信息和百分比不断地更新。 在状态窗口下有一 STOP 按钮。 单击 STOP 按钮放弃网格划 分操作,导致放弃未完成的网格。在 STOP 之前完成的面或

体网格将被保留。实体模型和有限元模型将保持网格划分开 始前的样子。 只有在用 GUI 模式工作时才能看到网格划分状态窗口。 (状态窗口在缺省情况下将出现,但可用/UIS,ABORT,OFF 命令将其关闭。)在非 GUI 模式,放弃网格划分操作要由中 断系统功能来触发〔多数系统为 CTRL─C 或 CTRL─P)。 注意: 如果将带有网格划分中断的交互运行过程所发生的 log 文件输入另一个 ANSYS 对话过程,其结果可能会与交互 运行的结果不同,因为在后来的运行过程中不会复制终止任 务。 7.5.7 单元形状检查 不好的单元形状会使分析结果不准,因此,ANSYS 程序进 行单元检查以提醒用户网格划分操作是否生成了形状不好 的单元。然而不幸的是没有通用的判别网格好坏的准则。换 句话说,一种单元形状对某一个分析可能得出不准确的结 果,但对另一个分析可能是完全可以接受的,因此必须明确 ANSYS 程序判别形状不好单元的准则完全是武断的,出现了 数百次的单元警告信息并不意味着单元形状会引起不准确 的结果。(相反,如果没有得到单元形状的任何警告信息, 也不能保证一定能得到精确的分析结果)如同有限元分析的 许多方面一样,单元形状的好坏还是用户自己去判别。

ANSYS5.6 在生成单元时及贮存每个单元之前发现并标记 所有单元形状的警告和错误情况。这与 ANSYS5.3 及以前版 本在求解前检查单元形状的情况相反。 尽管 ANSYS 缺省执行单元形状检查, 仍有许多控制单元形 状检查的选项。多数选项将在下节叙述,可参考《ANSYS Commands Reference》中 SHPP 命令中的叙述。修改单元形 状检查的方法: 命令:SHPP GUI: Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls>Shape Checking Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls>Toggle Checks 以下包括如何: ·完全关闭单元形状检查或只打开警告模式 ·打开和关闭个别形状检测 ·查看形状检测结果 ·查看当前形状参数限制 ·改变形状参数限制 ·恢复单元形状参数数据 ·理解何种情况下 ANSYS 对已有单元重新检验,及为 何这样做是必要的。 ·决定单元形状是否可以接受。

警告: 模型中的形状不好单元的存在可能导致某些计算错 误在 ANSYS 求解中引起系统终止计算任务。因此,在完全关 闭单元形状检查、只运行警告模式的形状检查、关闭个别形 状检查或放松形状参数限制时就会冒在求解中系统终止任 务的危险。 注意: 《The ANSYS,Inc. Theory Reference》 提供了 ANSYS 执行的形状检测的详细信息,并解释了决定测试的缺省警告 和错误限制所用的逻辑。 7.5.7.1 完全关闭单元形状检查或只打开警告模式: 如上所述,ANSYS 缺省执行单元形状检查,当出现形状检 查时,任何新单元—无论它是怎样生成的,都要按已有形状 参数警告和错误限制进行检测。如果单元超过了任何错误限 制,不仅要生成错误信息,还要引起:(a)网格划分失败; 或(b)不是由 AMESH 或 VMESH 命令生成的单元不进行存储。 有些情况下,希望关闭形状检查,或只打警告模式。关闭 单元形状检查〔SHPP,OFF,ALL〕完全使形状检查失效。当 仅打开单元形状检查的警告模式〔SHPP,WARN〕,在进行形 状检查时,超过错误限制的单元只给出警告并不引起网格划 分或单元存储失败。 在 GUI 中,可通过选择菜单途径 Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls> Shape Checking 运行 只有警告模式的形状检查或将其完全关闭。当形状检查控制

对话框出现时,选择“On w/Warning msg”或“ Off”,然 后单击 OK。 下列情况建议用户关闭形状检查或只在警告模式下运行: ·当用〔AMESH〕命令生成面网格,但用户的最终目的 是用此面作为体的表面生成二次四面体网格〔VMESH〕。注 意四面体网格划分器能对雅可比比率不好的面单元校正网 格。因此,如果正在对一个体的表面生成网格然后对体划分 网格的操作,只打开警告模式的单元形状检查对面划分网格 是明智的,打开单元形状检查,然后对体划分网格。 ·当输入网格时〔CDREAD〕,如果待输入模型中有 “坏”单元存在并且单元形状检查是打开的,ANSYS 将会在 坏单元的地方出现孔并写入数据库 (或根本不输入该网格) 。 因而这两者都是不希望看到的。因此在输入网格之前应关闭 单元形状检查或只打开警告模式。输入之后,建议打开形状 检查并重新对单元进行检查〔CHECK,ESEL,WARN 或 CHECK, ESEL,ERR〕。 注意:一旦单元存到数据库中,执行单元形状检查将不能 删除它们。当开始求解时〔SOLVE〕,如果选择了任何超过 错误限制的单元,ANSYS 生成错误信息并停止求解。 ·当用直接生成方法并生成用户知道暂时无效的单元 时。例如,生成有重合节点的楔形单元。用户知道需要合并

重合的节点〔NUMMRG〕以获得有效单元。这种情况下,关闭 单元形状检查是明智的。 完成要做的操作(如本例中合并节点),打开单元形状检 查,然后重新检查单元的完整性〔CHECK〕。 7.5.7.2 打开或关闭个别形状检查。 不完全关闭形状检查, 可以有选择地控制哪些检测打开或 关闭。 用命令方法触发检测开和关。键入命令 SHPP,LAB, VALUE1: ·用 LAB 变量指明是否打开或关闭检测。指定 OFF 为 检测关闭。指定 ON 为检测打开。 ·用 VALUE1 变量指明打开或关闭哪一项检测。 可以指 定 ANGD (SHELL28 拐角处偏角检测) ASPECT , (纵横比检测) , PARAL(对边平行度偏差检测),MAXANG(最大拐角检测), JACRAT(Jacobian 比率检测),或 WARP(扭曲因子检测)。 还可用 ALL 指定找开或关闭所有检测。 例如:SHPP,OFF,WARP 命令关闭所有扭曲因子检测。 通过 GUI 触发检测打开或关闭,选择菜途径 Main Menu>Preprocessor >Checking Ctrls>Toggle Checks,当 触发形状检查对话框出现时,单击想要打开或关闭的个别检 测,然后单击 OK。 7.5.7.3 查看形状检测结果

下列输出,是由 SHPP,SUMMARY 命令得到,提供了对所有 选定单元的形状检查结果。 通过 GUI,查看结果列表选择菜单途径 Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls>Shape Checking,当 触发形状检查对话框出现时,选择功能菜单中的 “Summary”,然后单击 OK SUMMARIZE SHAPE TESTING FOR ALL SELECTED ELEMENTS ----------------------------------------------------------------------------<<<<<< SHAPE TESTING SUMMARY >>>>>> <<<<<< FOR ALL SELECTED ELEMENTS >>>>>> ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| Element count 214 PLANE82 | -----------------------------------------------Test Number tested Warning count Error count Warn+Err % -----------------------------------------------------------------------------------------Aspect Ratio 214 0 0 0.00 % Maximum Angle 214 59 0 27.57 % Jacobian Ratio 214 0 0 0.00 %

Any 214 59 0 27.57 % -----------------------------------------------------------------------------------------7.5.7.4 查看当前形状参数限制 下列输出是 SHPP,STATUS 命令产生,对单元形状参数和 缺省形状参数限制进行了列表。缺省地当一个单元的形状在 这些限制以外,会出现警告或错误信息。见§7.5.7.5 一节 中关于如何改变这些限制。 在 GUI 中,可通过菜单途径 Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls>Shape Checking 查看 状态列表。当形状检查控制对话框出现时,在功能菜单中选 择"Status",然后单击 OK。 注意: 如上所述, 输出表明 ANSYS 中的缺省形状参数限制。 如果修改了任何限制或关闭了任何个别形状检查,输出结果 都会相应地不同。 注意:下面输出的多数情况里,“FACE”也指实体单元的 横截面"Cross-Sectcon of Solid element." 例如,ASPECT RATIO 限制了四面体、六面体(块)、金字塔和楔形体的表 面和截面。 ASPECT RATIO (EXCEPT FLOTRAN OR EMAG) QUAD OR TRIANGLE ELEMENT OR FACE WARNING TOLERANCE ( 1) = 20.00000

ERROR TOLERANCE ( 2) = 1000000. DEVIATION FROM 90 DEGREE CORNER ANGLE SHELL28 SHEAR/TWIST PANEL WARNING TOLERANCE ( 7) = 5.000000 ERROR TOLERANCE ( 8) = 30.00000 DEVIATION FROM PARALLEL OPPOSITE EDGES IN DEGREES (EXCEPT FLOTRAN OR EMAG) QUAD ELEMENT OR FACE WITHOUT MIDSIDE NODES WARNING TOLERANCE (11) = 70.00000 ERROR TOLERANCE (12) = 150.0000 QUAD OR QUAD FACE WITH MIDSIDE NODES WARNING TOLERANCE (13) = 100.0000 ERROR TOLERANCE (14) = 170.0000 MAXIMUM CORNER EMAG) TRIANGLE ELEMENT OR FACE WARNING TOLERANCE (15) = 165.0000 ERROR TOLERANCE (16) = 179.9000 QUAD ELEMENT OR FACE WITHOUT MIDSIDE NODES WARNING TOLERANCE (17) = 155.0000 ERROR TOLERANCE (18) = 179.9000 QUAD ELEMENT OR FACE WITH MIDSIDE NODES ANGLE IN DEGREES (EXCEPT FLOTRAN OR

WARNING TOLERANCE (19) = 165.0000 ERROR TOLERANCE (20) = 179.9000 JACOBIAN RATIO H-METHOD ELEMENT WARNING TOLERANCE (31) = 30.00000 ERROR TOLERANCE (32) = 1000.000 P-METHOD ELEMENT WARNING TOLERANCE (33) = 30.00000 ERROR TOLERANCE (34) = 40.00000 QUAD ELEMENT OR FACE WARPING FACTOR SHELL43, SHELL143, SHELL163, SHELL181 WARNING TOLERANCE (51) = 1.000000 ERROR TOLERANCE (52) = 5.000000 INFIN47, INTER115, SHELL57, SHELL157, SHELL63 WITH NLGEOM OFF AND KYOPT1 NOT = 1

WARNING TOLERANCE (53) = 0.1000000 ERROR TOLERANCE (54) = 1.000000 SHELL41, OR SHELL63 WITH KYOPT1=1 WARNING TOLERANCE (55) = 0.4000000E-04 ERROR TOLERANCE (56) = 0.4000000E-01 SHELL28 WARNING TOLERANCE (57) = 0.1000000

ERROR TOLERANCE (58) = 1.000000 SHELL63 WITH NLGEOM ON AND KYOPT1 NOT = 1

WARNING TOLERANCE (59) = 0.1000000E-04 ERROR TOLERANCE (60) = 0.1000000E-01 3D SOLID ELEMENT FACE WARNING TOLERANCE (67) = 0.2000000 ERROR TOLERANCE (68) = 0.4000000 ELEMENT SHAPE CHECKING IS ON WITH DEFAULT LIMITS

7.5.7.5 改变形状参数限制 如果 ANSYS 程序的缺省形状参数限制不适合用户的目的。 可用命令方法〔SHPP, MODIFY,VALUE1,VALUE2〕或 GUI 方法加以改变。 关于如果使用命令方法,参见《ANSYS Commands Reference》中 SHPP 命令的叙述。 GUI 方法是最简的。 也是首选的改变形状参数限制的方法。 按下列步骤: 1、选择菜单途径 Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls>Shape Checking。出现形状检查控制对话框。 2、改变单元设置功能(Change setting)出现 Yes。 3、单击 OK。出现改变形状检查设置对话框。 4、对任何待改的限制,利用滚动条在所列范围内上下移 动,输入新的限制。

5、当输入新范围完成后,单击 OK。 7.5.7.5.1 改变形状参数限制的例子 ANSYS 程序的形状检查控制提供了灵活性以适应不同分析 所需。例如: ·也许用户不太关心纵横比的检查。可在用户的 start5x.ans 文件中用 SHPP, OFF,ASPECT 命令关闭所有的 纵横比检查。如对用户显过于随意了,可选择指定 SHPP, MODIFY,1,1000。如此大的对纵横比检查警告的松驰限制, 并不完全地关闭此项检查。 ·假设用户用耦合场顺序分析方法执行热应力分析。 计划先用 SHELL57 单元作热分析,然后用 SHELL63 单元(带 有几何非线性)进行结构分析。如果开始用 SHELL57 单元, ANSYS 将用松散的扭曲限制检查单元(即警告公差为 0.1, 错误公差为 1.0,参照§7.5.7.4 中提供的缺省限制完整列 表的输出例子。)与此对比,对带有几何非线性的 SHELL63 单元的缺省扭曲限制则十分严格(警告公差为 0. 00001,错 误公差为 0.01)。因为对热分析 ANSYS 将按松散限制检查单 元。检查不会出现任何单元超过非线性 SHELL63 的限制。但 对结构分析,转换单元类型为 SHELL63〔ETCHG,TTS〕并打 开几何非线性〔NLGEOM,ON〕ANSYS 将重新检查单元形状。 因为第二个分析限制较为严格,对热分析没有问题的单元在 结构分析中可能会产生警告或错误。用户将面临选择:a)

接受不好的结构单元,这将降低分析结果的质量;b)修改 网格开始一个新的热分析。避免这种情况出现的一个途径是 将 NLGEOM 打开用 SHELL63 单元生成初始模型;对热分析转 成 SHELL57 单元;对结构分析再转回 SHELL63 单元。另一个 替代方法是重置 SHELL57 扭曲限制与打开 NLGEOM 的 SHELL63 单元一 样严格。 可用命令 SHPP, MODIFY, 0.0001 53, 和 SHPP,MODIFY,54,0.01 来实现。 7.5.7.6 恢复单元形状参数数据 可用*GET 和*VGET 命令恢复单元形状参数数据。 命令:*GET, Par, ELEM, ENTNUM, SHPAR, IT1NUM *VGET, ParR, ELEM, ENTNUM, SHPAR, IT1NUM,,, KLOOP 注意:不能用 GUI 途径恢复单元形状参数数据 例如:命令*GET,A,ELEM,3,SHPAR,ASPE 返回到单元 3 的计算纵横比并存为参数 A。命令*VGET,A(1),ELEM, 3, SHPAR, ASPE 返回单元 3 的纵横比并存在 A 的第一个位置, 对单元 4、5、6 等可继续进行恢复,直到连续排列位置已填 满。 见《ANSYS Commands Reference》中*GET 和*VGET 命令的 叙述。 7.5.7.7 理解何种情况下 ANSYS 重新检查已有单元

通过定义单元改变单元类型可使先前的单元形状检查失 效。ANSYS 设计成能自动捕捉单元类型的改变并重新对受影 响单元进行检查。 ANSYS 重新对已有单元进行检查的情况有: ·改变单元类型〔ET,Ename 或 ETCHG,CnV〕或其关 键选项之一〔KEYOPT〕。 ·当改变一种单元的单元类型(TYPE)号〔EMODIF〕。 ·当改变 SHELL63 单元的大变形指令 〔NLGEOM, Key〕 。 ·当定义一种单元之后定义壳厚度(R),或改变已有 厚度〔RMODIF〕,或一种壳单元的 REAL 实常数〔EMODIF〕。 注意:单元类型与单元的类型 TYPE 号是不同的。单元类 型是单元的真实名称(例如,BEAM4 或 SHELL63,有时缩短 简化为 4 或 63)。单元类型的 TYPE 号指定给一具体单元类 型的任意号码;当给模型定义属性时,用 TYPE 号代表单元 类型。 7.5.7.8 确定单元形状是否可以接受 下列建议帮助用户确定是否应当关心单元形状警告: ·不要忽略单元形状警告,分析形状不好的单元给分 析结果带来的影响。 ·注意结构应力分析的目的在于确定特定区域的应 力,对形状不好的单元结果受到的影响较其它类型的分析 (偏移或名义应力、模态、热、电磁等)更为严重。

·形状不好的单元对结构动力分析的影响比其它类型 的分析(挠度或名义应力、模态、热场、磁场等)要严重得 多。 ·如果形状不好的单元位于临界区域(如在极限应力 点附近),对分析的影响将更坏。 ·形状不好的高阶单元(带中间节点)一般其分析结 果要比同样形状的线性单元要好。ANSYS 缺省的形状参数限 制对线性单元比高阶单元要严格得多。 ·无论单元是否产生形状警告,通过与其它分析、实 验数据或手工计算的分析结果相比较验证是必要的。如果验 证表明有高质量的结果,那么没有必要担心形状警告。 ·单元是否可以接受的最好定量测定是依据应力或热 梯度区内单元与单元的不连续的差错测定。 《ANSYS Basic (见 Analysis Guide》中的通用后处理器(POST1) 。预计产生 形状警告的单元且与相邻单元相比显示较高的差错测定。) 对已有网格 (ANSYS 生成的网格或由 CAD 程序输入的网格) 进行单元形状检查,用 CHECK 命令(Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Sel Bad Elems)。 关于单元形状检查参见《ANSYS Commands Reference》中 SHPP 命令的叙述。 7.5.8. 网格有效性的检查

有时,CHECK 命令不能检查出网格划分中的潜在问题。程 序中 CHECK 命令是基于一定的形状标准分别检查每个所选单 元的网格并提出警告或错误信息,而 MCHECK 命令则是根据 各个单元的连接方式来检查网格的潜在问题。图 7-38 所示 的是一个有缺陷的网格划分,但是由于网格中所有单元的划 分质量都是可以接受的,这种缺陷不会被 CHECK 命令检查出 来。然而,使用 MCHECK 命令将发现这个网格划分的连接问 题并给出错误警告。 MCHECK 命令对所选单元进行如下一系列网格有效性检查: 1、 方向检查:当两个面单元共线的时候,MCHECK 将检 查每个单元的节点顺序是否与其法向相一致。 2、 体检查:当两个体单元共面时,MCHECK 检查每一个 完整体的符号是否一致。 3、 封闭面检查:MCHECK 检查形成简单连接封闭面的单 元外表面(这会发现网格中的裂缝)。 4、 网格孔洞的检查:如果环绕网格内部空腔的单元面数 量很少,可能说明这里存在一个或几个偶然遗漏的单元,而 不是用户故意形成的孔洞。此时,MCHECK 命令会给出警告。 在这种情况下,环绕空腔的单元数量将与 a)或 b)中的较 小值做比较。a)单个单元面数的三倍,b)模型中单元总面 数的十分之一。

与 CHECK 命令类似,MCHECK 提供了一个选项,利用它可 以不选择所有划分正确的单元,这样可以是划分有问题的单 元突出的显示出来。 使用 Lab=ESEL 就可以不选择划分正确的网格。 检查网格的连接性: 命令: MCHECK,Lab GUI: Main Menu>Preprocessor>Check Mesh>Check Connectivity

图 7-38 有缺陷的网格(单元交叠) 7.6 修改网格 如果用户认为生成的网格不合适, 可用下列方法轻易地改 变网格: ·用新的单元尺寸定义划分网格。

·用接受/拒绝(accept/reject)提示放弃网格,然后 重新划分网格。 ·清除网格,重新定义网格控制并重新划分网格。 ·细化局部网格 ·改进网格(只适于四面体单元网格)。 这些方法在下面详细讨论。 7.6.1 对模型重新划分网格 可通过重新设置单元尺寸控制并开始网格划分对已划分 网格模型重新划分网格〔AMESH 或 VMESH〕。这是最简便的 改变网格的途径。不需要 accept/reject 提示,不必清除已 有网格即可对其进行网格划分。 但是,应用这种方法有一些限制。可用 KESIZE、ESIZE、 SMRTSIZE 和 DESIZE 控制命令改变单元尺寸定义,但不能改 变直接定义到线上〔LESIZE〕的尺寸。如果在网格划分前希 望改变 LESIZE 设置功能,不用这种方法而用网格 accept/reject 提示。 只有通过 GUI 交互执行网格划分时才可用网格重新划分 功能。 如果用命令输入, 必须在网格重新划分前清除网格 (详 见§7.6.3 中的更多信息)。 7.6.2 利用网格 Accept/Reject 提示 如前所述,在网格划分前可在 GUI 中单击 Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesher Opts 激活

accept/reject 提示。(此提示缺省是关闭的。)当激活时, 在每一网格划分操作之后出现提示允许接受或拒绝生成的 网格。如果网格被拒绝了,所有的节点和单元将从已划分网 格的图元中清除。可以重新设置任何网格划分控制并对模型 重新划分网格。 accept/reject 提示适于面和体网格划分。使用提示的好 处是不必手工清除网格〔ACLEAR 和 VCLEAR〕。 7.6.3 清除网格 在重新划分网格时并不是每次都要求清除节点和单元。 但 对于用 LESIZE 命令设置时必须清除网格。要从根本上改变 实体模型也必须清除网格。 从关键点〔KCLEAR〕、线〔LCLEAR〕、面〔ACLEAR〕或体 〔VCLEAR〕上清除网格,在 GUI 中选择 Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Clear>entity type。(关于 清除操作的详细信息,参见本手册中§8.5.1 节。) 7.6.4 细化局部网格 如果用户对网格划分基本满意但希望在某个区域划分更 多的单元,可在选定的节点〔NREFINE〕、单元〔EREFINE〕、 关键点〔KREFINE〕、线〔LREFINE〕或面〔AREFINE〕附近 细化局部网格,这些选定图元附近的单元将被分裂以生成新 的单元。可通过定义控制细化过程:

·细化的程度(换句话说,相对于原来单元尺寸的细 化区域想要的尺寸)。 ·按照所选定图元以外单元的数量确定周围待重新划 分网格的深度。 ·在分裂原来的单元之后的后处理类型(光滑化和修 整,只光滑化,或既不光滑化也不修整)。 ·在用另外的全部四边形网格细化中是否可以引入三 角形网格。 可在 GUI 中得到局部网格细化 Main Menu> Preprocessor> -Meshing-Modify Mesh>-Refine At-entity。也可用使命令 ESEL,ALL 做出全部的细化或单击菜单途径 Main Menu>Preprocessor> -Meshing-Modify Mesh>-Refine At-All。关于细化局部网格详见本手册的§8。 7.6.5 改进网格(只针对四面体单元网格) 四面体网格改进功能可对一给定四面体网格进行改进。 ANSYS 执行这种改进是通过面交换、节点光滑和其它技术来 减少形状不好的四面体单元(尤其是分裂四面体的单元数) 的数量也减少网格中总单元数。它也改变了全部网格的质 量。 7.6.5.1 自动进行四面体网格改进。 在许多情况下, 不必采取任何动作即可获得四面体网格改 进的好处。正如§7.3.8.4 一节中所述,ANSYS 程序自动将

这种改进作为体网格划分器的后处理步骤之一。四面体网格 改进还自动地发生在生成过渡棱锥单元(§7.3.9 中所述) 和细化四面体单元网格时(§8 中有述)。 7.6.5.2 用户进行四面体网格改进 尽管四面体网格改进会自动地进行, 有时用户会碰到对一 给定四面体网格要求另外的改进也是很有益处的情况: ·在体网格划分操作中自动进行四面体改进时 〔VMESH〕,ANSYS 用线性四面体形状尺度去改进,这意味着 ANSYS 将会忽各单元中可能出现的中间节点。但当对一给定 网格按下列方式要求四面体改进时,ANSYS 会将中间节点考 虑进去。因此,对二次(有边中节点)四面体单元网格,在 生成网格之后〔VMESH〕要求另外的四面体改进〔VIMP〕, 将有助于除去或至少是减少单元形状检查中产生警告单元 的数量,并改进整个网格的质量。 ·因为输入的四面体网格没有得到 ANSYS 自动执行的 改进四面体单元网格的好处,因此输入的四面体网格有待用 户去改进其网格。 四面体网格改进是一个迭代的过程。每处理完一次,出现 一个特殊窗口报告这次迭代改进的状况,连同诊断信息。如 果想进一步改进网格,可反复地执行请求,直到获得满意的 网格,或直到已收敛并且不再有明显的改进。 可以要求改进两种类型的四面体单元:

·可对不附属于某一个体的四面体单元请求进行改进 (典型地,此功能对一个输入的附带几何信息的四面体网格 是有用的),用下列方法: 命令:TIMP GUI: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Modify Mesh>Improve Tets> Detached Elems ·可对选定体内的四面体单元请求改进(可用此功能 对在 ANSYS 中生成的体网格〔VMESH〕做进一步的改进。) 用下列方法: 命令:VIMP GUI: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Modify Mesh>Improve Tets> Volumes 7.6.5.3 使用四面体网格改进的限制 下列为使用四面体网格改进的限制: ·网格必须全部由线性单元或全部由二次单元组成。 ·对网格中所有适于四面体网格改进的单元,它们必 须都具有包括单元类型在内的相同属性,(单元类型必须是 四面体的,但四面体单元也可 能是六面体单元的退化形 式)。在四面体网格改进之后,ANSYS 从旧的集将属性重新 分配给新的单元集。 注意:四面体网格改进对混合单元形状是可行的(与单元 类型相反)。例如,如前面提到的,会自动出现改进,在六

面体和四面体界面之间生成过渡的棱锥,但是对混合网格只 对四面体单元进行改进。 ·当加载对于能进行四面体网格改进也是有影响的。 当载荷以下列方式出现时可以进行四面体网格改进: ·当载荷加到体边界的单元表面或节点上时。 ·当载荷只加到实体模型上(并已转到有限元网 格上)。 当载荷以下列方式出现时不能进行四面体网格改 进: ·当载荷加到体内部的单元表面或节点上。 ·当载荷加到实体模型上(并已转到有限元网格 上),但也加到了体内的单元表面或节点上。 注意:在后两种载荷情况,ANSYS 会出现一条警告信息通 知用户想用四面体网格改进到必须除去载荷。 ·如果定义节点或单元组合时,用户将会被询问是否 进行网格改进。如果选择了改进,则必须对受影响的组合进 行更新。 7.6.5.4 四面体单元网格改进的其它性质 四面体网格改进的其它性质包括: ·单元编号和节点编号也进行修改。 ·一般地,如果 ANSYS 遇到了错误或用户放弃操作, 则网格没有改变。但是,在用户放弃操作并在 ANSYS 提示时

确认了存盘,则 ANSYS 将会存储一个部分改进的网格。如果 对多个体请求了改进〔VIMP〕。放弃只针对当前正在进行网 格划分的体;所有已改进的体网格已保存(在多个体中第一 个体改进之后发生错误情况相同)。可详见 TIMP 和 VIMP 命 令的叙述。 7.7 一些提示和注意事项 7.7.1 注意事项 修平的或有过大尖角的区域: 修平的或有很尖内角的面和 体经常造成网格划分失败。

图 7-39 避免尖角 急剧单元尺寸过渡: 如果指定了急剧变化的过渡单元尺寸 可能造成单元质量不好。

图 7-40 避免急剧的单元尺寸过渡 单元过度扭曲: 当使用有中间节点结构的单元对曲边建模 时,应当保证足够的网格密度以使单元的跨度在一个单元长 度上不超过 15°的弧。如果不需要曲边附近详细的应力结 果,可沿曲边和表面生成直边单元〔MSHMID,1〕的粗糙网 格。在曲边单元可能会生成一个反向单元的地方,四面体网 格划分器会自动将其改为直边单元并产生一个警告。

图 7-41 用 MSHMID,1 强制生成直边单元

7.7.2 进一步的提示 ·四面体网格划分失败可能是相当耗时的。一种相对 快捷的方式为可能的四面体网格划分失败作一个预先检查, 用六节点三角形对体的表面划分网格。如果表面三角形网格 不包含尺寸突变的过渡(公认通常是难以判断的),并且未 产生扭曲或纵横比警告,四面体网格划分失败的可能性远比 有这些情况时要小。(要保证在使用分析模型前清除或不激 活三角形单元) ·无论何时都要避免从模型中去掉已划分网格的图 元。但是,如果去掉了已划分网格的图元并产生了不想要的 不匹配的网格,可通过清除网格来恢复图元并对其重新划分 网格。 7.8 使用 CPCYC 和 MSHCOPY 命令 7.8.1 CPCYC 命令 下面的循环扇区模型是一个盘的 1/20(18 度的弧)。对 于在每一个扇区承受相同的载荷,通过耦合“低”扇区边界 和“高”扇区边界相应的自由度可以获得正确的求解。循环 扇区模型典型是指在总体柱坐标系下。移动“低”边界+θ 指向“高”边界通过扇区。循环耦合要求低和高扇区边界的 节点和单元有相同的模式。MSHCOPY 操作可以方便地生成这 样匹配的网格。

图 7-42 耦合之前 7.8.2. CPCYC 结果 CPCYC 操作将耦合低和高边界相应的自由度。将把节点自 由度旋转到柱坐标系下以便于指定扇区的跨角。(这有助于 耦合径向对径向,轴向对轴向和周向对周向的偏移。)

图 7-43 耦合之后 7.8.3. MSHCOPY 例子 下面的循环扇区模型代表了一个盘的 1/20(18 度的弧) 如果载荷是关于切平面对称的,左和右面可作为对称表 面。在这种情况下,将模型沿中心孔切成两半,只包括 9 度 的弧也能得到好的结果。 对更复杂的载荷,或循环扇区模型有非平的切面,对称条 件不正确,可能产生令人误解的结果。在这种情况下有几种 方法获得正确的求解,“低”扇区边界及相应“高”扇区边 界自由度解的关系需要建立起来。(循环扇区模型典型是指 在总体柱坐标系下。移动“低”边界+θ 指向“高”边界通 过扇区。例子参见 CPCYC 或 CYCGEN 命令)。这些方法要求

低和高扇区边界有相同的节点和单元模式。MSHCOPY 操作能 够方便地生成这样匹配的网格。

图 7-44 高和低边界扇区边界的示意图 7.8.4 低扇区边界 第一步对低扇区边界面划分网格。 MESH200 是一个好选择。

图 7-45 低扇区边界的示意图 7.8.5.由 MSHCOPY 和 AMESH 生成的面单元 第二步用 MSHCOPY 复制低扇区边界单元到高扇区边界上。 如果准备进行模态循环对称分析,保证允许 MSHCOPY 生成 CYCSOL 命令要求的“低”和“高”节点组。

图 7-46 所选的低和高扇区边界 7.8.6. 对扇区体划分网格 第三步是对扇区体划分网格。 体单元将会使用扇区边界已 有连接的面单元。

图 7-47 划分网格体的示意图

最后一步是保证面单元不影响求解,用下列方法: 用 MESH200 单元对扇区边界划分网格。它们没有自由度, 不影响求解,或 在生成体网格之后清除所有的面单元,或 在求解之前不选择所有的面单元。 这种方法在求解时会引 起一个未选择单元的警告。这样有可能别人不注意在之后用 同一个模型求解中激活它们。


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