ANSYS建模与划分网格指南

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 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 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 + 0.02y2. 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Nth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 /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。 单元形状 自由网格划分 映射网格划分 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 四边形 是 是 是 三角形 是 是 是 六面体 否 是 否 四面体 是 否 否 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 如何影响网格的 键入MSHAPE 命令且不定义开关 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 不必指定单元形状，但必须指定划分网格的单元类型. ANSYS 利用缺省的单元形状对模型进行网格划分。它使用你定义的单元类型进行网格划分 既不指定单元形状也不指定单元类型划分网格 ANSYS 使用缺省的单元形状对模型进行网格划分。它使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> -Meshing- Size 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 !　Adjust line divisions based on DESIZE LPLOT 图7-9预览缺省的网格 · · · DESIZE,5,,30,15 ! Change default element sizes LESIZE,ALL,,,,,1 ! Adjust　line divisions based on DESIZE, force adjustments LPLOT 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>Size ·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，将SOLID95单元转化为SOLID92单元的好处有： ·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 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 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 ELEM2的值 结构实体 SOLID95 or 95 SOLID92 or 92 热实体 SOLID90 or 90 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、