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有限元分析培训(第3讲 ANSYS Workbench网格划分)


Finite Element Analysis Training

有限元分析培训

邵世林 喻炜 董大鹏

传统设计过程 设计 制造
重新设计循环

CAD

试验

批量生产

CAE驱动设计过程
概念设计

>
设计
CAD

CAE

制 造

试 验

批量生 产

优化循环

导入或建立几何模型
HyperMesh、ANSA、Patran、SimXpert、 MEDINA、FEMAP等

有限元 一般 分析流程

选择分析求解器
Nastran、ABAQUS、ADINA、Ls-Dyna、Marc、 ANSYS、Samcef、MADYMO、Radioss等

划分有限元网格

设置材料特性及单元特性

施加约束及载荷边界条件

设置分析参数

提交分析

结果后处理

划分 有限元网格

施加约束 及载荷边 界条件

Nastran

ANSYS

Samcef Linear

Radioss Bulk
现OptiStruct

FEPG
(国产)
Samcef Mecano

ABAQUS
非线性分析

MSC

Marc

ADINA

Fluent 流体分析

Star-CD Star-CCM+

XFlow

PowerFlow

LS-DYNA

MSC

显式分析

Dytran

Radioss
Block

MADYMO

第三讲

ANSYS Workbench 网格划分与控制

ANSYS Workbench 学习书目

推荐!

ANSYS Workbench标准作业格式

单作业格式

联 合 作 业 格 式

ANSYS Workbench网格划分一般流程
? 设置目标物理环境,自动生成相关物理环境的网格。 ? 设定网格划分方法 ? 定义网格设置(尺寸、控制和膨胀等)

? 为方便使用创建命名选项 ? 预览网格并进行必要调整
? 生成网格 ? 检查网格质量

一 划分网格前准备工作

HyperMesh

基于网格

ABAQUS / CAE

基于几何&网格

ANSYS Workbench

基于几何

ANSYS 网格划分是采用Divide & Conquer (分解与克服)方法来实现的,几何体各部 分可以使用不同的网格划分方法。但所有网 格的数据时统一写入到共同的中心数据的。

一 划分网格前准备工作



设置目标物理环境

在ANSYS Workbench中,不同分析类型有不同的网格划分要求: 结构分析时,默认(Default)使用高阶单元划分较为粗糙的网格。 CFD分析时,需要平滑过渡的网格,进行边界层的转化,不同CFD求解器要求也不同。 显式动力学分析时,需要均匀尺寸的网格。

物理场网格默认选项
物理场 结构分析
Mechanical

二次单元
Element Midside Nodes

关联中心
Relevance Center

平滑度
Smoothing

过渡
Transition

电磁场分析
Electromagnetic

流体动力学分析 CFD 显式分析
Explicit

是 Kept 是 Kept 否 Dropped 否 Dropped

粗糙 Coarse 中等 Medium 粗超 Coarse 粗超 Coarse

中等 Medium 中等 Medium 中等 Medium 高 High

快 Fast 快 Fast 慢 Slow 慢 Slow



设置目标物理环境

全局尺寸5mm



设置目标物理环境

全局尺寸5mm

三 网格划分方法与参数设置
总体网格控制参数

三 网格划分方法与参数设置

单元降阶设置

总体网格尺寸设置

三 网格划分方法与参数设置

关联中心和相关性的关系

三 网格划分方法与参数设置

o Active Assembly(激活装配体):初始种子放入末抑制部件。 o Full Assembly(全部装配体):初始种子放入所有装配部件,不管抑制部件的数量。 o Part(部件): 初始种子在网格划分时放入指定部件。

O 平滑网格是通过移动周围节点和单元的 节点位置来改进网格质量。

O 过渡控制邻近单元增长比.

设置Span Angle Center来设定基于边的细化 的曲度目标。网格在弯曲区域细分,直到单 独单元跨越这个角。

三 网格划分方法与参数设置

● Curvature(曲度):
默认值为18°。

● Proximity(近似):
默认值每个间隙3个单元(2D和3D),默认精度为0.5,而如果近似不允许就增大到1。

三 网格划分方法与参数设置

Automatic:自动划分网格 Tetrahedrons:四面体网格 Hex Dominant:六面体网格 Sweep:扫掠网格划分法 Multizone:多重区域网格划分法

三 网格划分方法与参数设置

网格划分命令

Automatic:程序自动划分网格 Tetrahedrons:采用四面体单元划分。 Hex Dominant:主要采用六面体单元划分,但是包含少量金字塔 单元和四面体单元 。 Sweep:扫掠划分,可以扫掠的实体划分后具有的是六面体单元,也可能包 含楔形单元,其他实体采用四面体单元划分,扫掠划分要求实体在 某一方向上具有相同的拓扑结构,在【Mesh】 分支上点击右键选 择【Show Sweepable Bodies】可以看到能够采用扫掠划分的体, 此时该体被选中。 Multizone:多重区域网格划分自动对几何体进行分解成映射区域和自由区 域,可以自动判断区域并生成纯六面体网格,对不满足条件的 区域采用更好的非结构网格划分,多重区域网格划分和扫掠网 格划分相似,但更适合于用扫掠方法不能分解的几何体。

三 网格划分方法与参数设置

Automatic

在网格划分的方法中自动划分方法(Automatic)是最简单的划分方法,系统自动进 行网格的划分,但这是一种比较粗糙的方式,在实际运用中如不要求精确的解, 可以采用此种方式自动进行四面体(Patch Conforming)或扫掠网格划分。 如果几何体不规则,程序会自动产生四面体;如果几何体规则的话,就可以产 Body Operation 生六面体网格。

如果几何体不规则 可以通过切割和拓 扑重组成规则的几 何体组合,也可以 产生六面体网格。

三 网格划分方法与参数设置

Tetrahedrons

四面体网格的优点: 任意体都可以用四面体网格进行划分,利用四面体进行网格的划分可以快速、 自动生成,并适用于复杂几何,在关键区域容易使用曲度和近似尺寸功能自动细化 网格,可使用形胀细化实体边界附近的网格(边界层识别)。 四面体网格的缺点: 在近似网格密度情况下,单元和节点数要高于六面体网格,四面体一般不可能 使网格在一个方向排列,由于几何和单元性能的非均质性,不适合于薄实体或环形 体。四面体单元还可能引起刚度过大。

四面体网格划分方法(Tetrahedrons)是最基本的划分方法,ANSYS Workbench中包含 有两种方法,即Patch Conforming法与Patch Independent法。
(1)Patch Conforming :首先由默认的考虑几何所有面和边的Delaunay或Advancing Front表面网格划分器生成表面网格(可能存在一些内在缺陷在最小尺寸限度之下)。 然后基于TGRID Tetra算法由表面网格生成体网格。 (2)Patch Independent :生成体网格并映射到表面产生表面网格。如没有载荷、边 界条件或其他作用,面和它们的边界(边和顶点)不必要考虑。这个方法能容许质量较 差的CAD模型。Patch Independent算法基于ICEM CFD Tetra。

三 网格划分方法与参数设置
印记面

虚拟拓扑

三 网格划分方法与参数设置

局部尺寸设定

单元尺寸(Element Size):定义体、面、边顶点的平均单元边长。 分段数量(Number of Divisions):定义边的单元个数。 影响球(Sphere of Influence):球体内的单元给定平均单元尺寸。

影响球 Sphere of Influence

三 网格划分方法与参数设置

建立局部坐标系

三 网格划分方法与参数设置

网格偏置

三 网格划分方法与参数设置

接触尺寸

接触尺寸(Contact Size)命令提供了一 种在部件间接触面上产生近似尺寸单元 的方式,网格的尺寸近似但不共节点。

三 网格划分方法与参数设置

膨胀层设置

三 网格划分方法与参数设置

膨胀层设置

三 网格划分方法与参数设置

扫略 sweep

?先划分源面再延伸到目标面。 ? 其它面叫做侧面(路径面)。 ? 扫掠方向或路径由侧面定义。 ? 源面和目标面间的单元层是由插值法而建 立并投射到侧面。 ?可扫略体中,侧面(路径面)外表面一定 是全四边形。

? 当扫掠几何包含许多扭曲/弯 曲时, 扫掠划分器会产生扭曲单 元导致网格划分失败 – 依赖于几何拓扑 – 多步创建的几何(如,一系 列的拉伸和旋转) 更可能产生问 题 ?单个3D操作可以避免这种现象 – 使用扫掠操作而不是一系列 的拉伸和旋转 –在一些CAD 程序包中,沿一 个样条曲线拉伸/扫掠比沿分段 曲线能得到更好的拓扑

?凡是几何建模时用单纯拉伸形成的几何体一定能够扫略(Sweep)

三 网格划分方法与参数设置

扫略 sweep

薄扫掠方法: ? 善于处理薄部件的多个源面和目标面 多区方法 ? 提供自由分解方法: 尝试非手动分裂模型几何 ? 支持多个源面和多个目标面方法

三 网格划分方法与参数设置

扫略 sweep

●薄板类零部件可以用壳单元。若用实体单元,一般对于一次单元,需要在厚度方向 划分三层;如果是二次单元,厚度方向划分两层就可以了;如果不是特别关心该零部 件,二次单元划分一层就够了。

三 网格划分方法与参数设置

MultiZone

多区域(MultiZone)的特征是自动分解几何,从而将一个体分解成可扫掠体以用扫 掠方法得到六面体网格。适用于由几个规则几何组成的体。

三 网格划分方法与参数设置

MultiZone

三 网格划分方法与参数设置

MultiZone

三 网格划分方法与参数设置

MultiZone

Hexa Dominant

Hexa Core

三 网格划分方法与参数设置

MultiZone

三 网格划分方法与参数设置

MultiZone

三 网格划分方法与参数设置

中面抽取及面网格

三 网格划分方法与参数设置

中面抽取及面网格

三 网格划分方法与参数设置

中面抽取及面网格

三 网格划分方法与参数设置

中面抽取及面网格

两个壳网格共节点的话,依然要进行【Form New Part】

四 创建命名选项

Named Selection

调整预览颜色

五 预览网格并进行必要调整

五 预览网格并进行必要调整

五 预览网格并进行必要调整
切片预览

①→② 显示左侧网格 ②→① 显示右侧网格

六 网格生成及质量检查

六 网格生成及质量检查
帮助文档

ANSYS Workbench推荐检查标准

六 网格生成及质量检查

六 网格生成及质量检查

七 ANSYS Workbench 小技巧

文件打包

打包选项

七 ANSYS Workbench 小技巧

创建点

七 ANSYS Workbench 小技巧

创建焊点

焊点

● 目前只有UG、ANSYS DM、Spaceclaim创建的焊点能够被ANSYS识别。

七 ANSYS Workbench 小技巧

创建焊点

Sigma: The distance between the beginning of the chain of guide edges and the placement of the first point. Measurement is taken on the chain of the first Guide Edge selected, in arc length. Edge Offset: The approximate distance between the guide edges and the placement of the spots on the set of base faces (not applicable to line body guide edges). Delta: The distance, measured on the guide edges, in arc length between two consecutive points, for the Sequence By Delta option. N: The number of points to be placed, relative to the chain of guide edges, in case of the Sequence By N option. Omega: The distance between the end of the chain of guide edges and the placement of the last spot, for the Sequence By N option. Measurement is taken on the chain of the Guide Edges in arc length.

七 ANSYS Workbench 小技巧

创建焊点

壳网格焊点

线框预览

七 ANSYS Workbench 小技巧

拓扑重构

七 ANSYS Workbench 小技巧

分类显示

七 ANSYS Workbench 小技巧

接触对选择

七 ANSYS Workbench 小技巧

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