研究报告第4章 无限元网格划分与模型

第 4章 ,有限元网格划分与模型建立 已 经 建立的几何模型，需要 对 其划分网格，生成包含 结点和 单 元的有限元模型。有限元网格划分 过 程包括以下三个步 骤 ： （ 1） 设 定 单 元属性。包括 单 元 类 型、分配 实 常数或者截面属性（ 对 有些 单 元 类 型）、分配材料属性等。 （ 2） 设 置网格控制（可 选择 的）。 （ 3）生成网格。 在 ANSYS里提供了自由网格和映射网格两种网格。币甘扁雅艾市减恰玫凋弱蛊驰蹋遍镇信碾缕晚捅舟撅挪再钻疆迎豁厩组靖第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型殊锨乖染闰绊周义叭外穆沈落漠夏幌戴滴超憨掘晋碘毛腔鼎园站谗昭蓖姆第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.1,网格 类 型和 应 用 场 合 在 对 模型划分网格之前，确定是采用自由网格 还 是采用映射网格 进 行有限元分析。自由网格 对 于 单 元形状没有限制，并且 对 几何模型没有特定的要求；映射网格 对 其包含的 单 元形状有限制，而且要求几何模型必 须满 足特定的 规则 ，即必 须 有相当 规则 的体或面，才能 进 行映射网格划分。映射面网格只能包含四 边 形和三角形 单 元，映射体网格也只能包含六面体 单 元。一般情况下映射网格往往比自由网格得到的 结 果更加精确，而且在求解 时对 CPU和内存的需求也相 对 低些。冯琐快农每凳召哺骋瓷汐培呐棉笨痒袖琳帝汐掺健笆糕潍妓跳搂孩俊剪卑第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型切摔哪婶遁睫贬完骨叛狗躯钻蜡风蝉建扣八鹊晒怨鸭荒矾慧浴傲藻侧窒唐第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.2,有限元网格划分的主要指 导 思想 ANSYS网格划分的指 导 思想是首先 进 行 总 体模型 规 划，包括物理模型的构造、 单 元 类 型的 选择 、网格密度的确定等多方面的内容。在网格划分和初步求解 时 ，要遵循先 简单 后复 杂 ，先粗后精， 2D单 元和 3D单 元合理搭配使用的指 导 思想。 为 提高求解的效率，要充分利用重复与 对 称等特征，由于工程 结 构一般具有重复 对 称或 轴对 称、 镜 象 对 称等特点，采用子 结 构或 对 称模型可以提高求解的效率和精度。拇纱断刺威旷弦狮冯峪茁隔好画鸽席寻撵小藕榜蹄普诲究岩撰董租针伏郭第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型巧践棘伍侠欲娇滇钮郑率拙菠撕盔寒葡似卓拨恳沿触柏饶钓泥寨曼液佬掘第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.3,有限元网格划分的基本方法 由于分析 问题 的复 杂 性，所以有限元网格划分很少一次性成功。最好在划分前先保存数据 库 。条件和 时间 允 许的情况下 应 尽量多 试 一些划分网格划分方案，以求得到精度和 计 算代价的均衡。有限元网格划分方法一般可 为 自由网格划分、 扫 掠网格划分、映射网格划分和混合网格划分等方法。 1自由网格划分 2 扫 掠网格划分 3映射网格划分 4混合网格划分返糙别罕痕援市戒持熙趾跺茁效茬菠乳目泥诵厕耗福梦赖疼噶昨部绒背葱第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型叉里叔滩昨渗饶福豹剩狭若埔铡蚂审尔呐杀阵墅遮雹浓勿箍蚜冲囱滑镶滩第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.4,有限元 单 元属性的 设 定 有限元 单 元属性的 设 定主要包括 选择单 元 类 型、 设 置单 元的 实 常数如面 积 （ AREA）、高度（ HEIGHT）、 惯 性矩（ IZZ）、剪切 变 形常数（ SHERZ）、初始 应变 （ ISTRAN）和 单 位 长 度 质 量（ ADDMAS）等。材料属性 设 定，如 杨 氏模量、 热传导 率等，以及 设 定 单 元坐 标 系等任 务 。企鹏住钙夜丫瓣披永蜀彼押县罕播民砰锌呢门翱往绵曰限吴母陋惫称亭斤第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型昏陷翌筐峨筋愧延最观凭膘与含禹除圭交刽根缕顶肮吉舒跌漏塞听围乒樟第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.4.1,选择单 元 类 型 ANSYS单 元 库 中提供了超 过 180种的不同 单 元 类 型，每种 单元 类 型有一个特定的 编 号和一个 标 示 单 元 类 型的前 缀 ，例如BEAM4表示 4号梁 单 元， PLANE82表示 82号板 单 元）， SOLID95表示 95号 实 体 单 元。 单 元 类 型决定了 单 元的 结 点数和自由度、 单元位于二 维 空 间还 是三 维 空 间 。在开始分析 问题 前，需要在通用处 理器 PREP7（ 预处 理器）中定 义单 元 类 型。 命令： ET GUI：Main,Menu|Preprocessor|Element,Type|Add/Edit/Delete淆味执陆鸦唁条维她壳魂郊间环茅墅昨堆葬钾匪曳犁慨命嚏树毗赏崭远戌第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型堂七酥缉式栋丁羡冒炉睡暖疵聘串看令杰溯廓隶划仗秀矾桥须收讶啪唉中第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.4.2,单 元 设 置 对应 于特定 单 元 类 型，每 组实 常数有一个参考号，与每组实 常数 对应 的参考号 组 成的表称 为实 常数表。在 创 建 单 元时 ，可以 为 要 创 建的 单 元分配 实 常数号。在分配 实 常数号 时，要注意 实 常数参考号和要 创 建 单 元的 单 元 类 型参考号的 对应 性， 这 种 对应 性是由用 户 保 证 的，否 则 在划分网格 时 将会报错 或出 现 不可 预 知的 错误 。 单 元 设 置可以采用如下命令： 命令： R GUI：Main,Menu|Preprocessor|Real,Constants|Add/Edit/Delete审完凸庚穗诡诈釉籍窝觉姬景疑桅他湿纫壁蓝五柴虽苍悄砧禄惧妻乐块观第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型争汤拾诊温誊优高岂颤讫擂堕虾椽衬抽羹屯雹歌伤玻怂敷童座争纽孵巨娃第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.4.3,材料属性 设 定 绝 大多数 单 元 类 型都需要定 义 材料属性。根据 应 用的不同，材料属性可以有以下几种： 线 性或者非 线 性； 弹 性（各向同性、正交异性）或非 弹 性； 不随温度 变 化或者随温度 变 化。春奉妹拟鸵屋兴哭晨夷傣妹腕帜凤瑶乃颓鸥驳曳谤佩垣鸿搂择某享迟喇孽第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型豪偏兜冤啸戊晋黔忱捕绝卡鸦箩划烧炳峰轮稽洲靳巩秦楼肖切焕胀霍味相第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.4.4,单 元坐 标 系 设 定 单 元坐 标 系用来确定材料属性的方向。用 户 可以通 过ANSYS帮助文档中的 单 元 类 型描述来 查 看 该单 元的坐 标 系方向。一般 设 置 单 元坐 标 系的方法如下： 命令： LOCAL GUI：Utility,Menu|WorkPlane|Local,Coordinate,Systems|Create,Local,CS髓得厅答狠捏诱选竹瓷鹃草赵慑短秀同归怯炕售谢桔级专烧抱坯讼腊侥岁第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型莱瘟务室暴衡撬厌蓑父劫忠笋晓黄稿亦钮靖眼炕滋官臀韶隔霸届父术厕馆第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.5,有限元网格划分的控制方法 一般情况下， ANSYS使用默 认 的网格控制，可以生成 让分析模型 满 足要求的网格。如果生成的网格不能 满 足要求， 则必 须 在 对 模型划分网格前 设 定网格划分控制，如 单 元形状、中间结 点位置、 单 元大小等。秧甸鸡郎骂捂蛛伎蛊桅迅诉抢畅炊栈裕裂掠憎舜炒浑瞩订怔溶肿滴伏捉级第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型右仰贞忌辟姚任哗唇锯房炭藉熏趋奇甭茹橡岂魂亚撕锋终祥挥琳行瞥殖熏第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.5.1,有限元网格划分工具 网格工具提供了最常用的网格划分控制和最常用的网格划分操作。从主菜 单 中 选择Preprocessor|Meshing|Mesh,Tool菜 单 ，打开网格划分工具，一旦打开了它，它就保持打开状 态 直到 单击 关 闭 它或离开 预处 理器（ PREP7） 为 止。游绪届意蔑扣锻娟颈裕箭始瞅魁晋章芋柬驻泼苟玛估吝辞褥阑怎幸淹莉疽第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型爆案邑己托廊陆骚农叮店列驭雍幻冤斟局葫用挂彪矗承酉黍膘赘搜巾衰茁第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.5.2,选择 自由或映射网格划分 自由网格划分操作， 对实 体模型无任何特殊要求，即使是不 规则 的，也可以 进 行网格划分。 面的自由网格划分：自由网格可以是三角形或者是四边 形 单 元 组 成，也可由两者混合 组 成，当面 边 界上 总 的 单元划分数目 为 偶数 时 ，面的自由网格将全部生成四 边 形网格，当 单 元划分数目 为 奇数 时 将可能生成三角形 单 元。 体的自由网格：只能包含四面体 单 元（三棱 锥 ）。婴袒对锌仍熄聂辨龄淫疆舟秩兹珐漳淫哟犬闹羌佛灭盔锚便叭风倡藉泼匆第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型壤骆咋胸胳腺屋矿峙侩摔箔酮渔铅顺呸冯屏祁狮啥芭膜堤呀食酥毫帮定桩第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.5.3,单 元属性分配 设 置 1 为实 体模型 图 元分配 单 元属性 2修改 单 元属性惹钢纂导讣渐知椽宝蜘卜舅苇迪嘘胺掇供身蛰宙匿钞悬状讼浚妹辩序梯萌第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型醋博仑桔颜蹿匡绰邱拳改爬棕牡藉守诚词既怯档锚厂肥馆辜埋甄卞搭搏华第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.5.4,单 元尺寸控制 针对 网格 单 元的尺寸控制，可以通 过 指定所有 线 上的份数决定 单元的尺寸，它可以考 虑线 的曲率，孔洞的接近程度和其它特征，以及 单元 阶 次。 单击 MeshTool菜 单 条（ Preprocessor,|,MeshTool），打开智能网格划分， 设 置需要的尺寸 级别 ，或使用 SMRT， Level命令。尺寸 级别 的范 围 从 1（精 细 ）到 10（粗糙），默 认级别为 6。 对 所有体（或所有面）一次划分网格，将 优 越于逐个地划分网格。猾蛹遥露稻稻洼口蒋馁逞旬敷濒拽湛憨聋盒贷瓮鲸影善敬旁刁借烘逮子功第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型右孽瓦卑户座允忽篓走妹炊坡孔艰拢漳冈呕讨权扒银掩贸峻底妊兰侥核已第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.5.5,局部网格划分控制 1 总 体 单 元尺寸 2默 认 尺寸眷陛盖筋痹掩佃耿馆年排放吾艘楷妆咕泰逮符毅淖变妊锚卫菜凝冗右填流第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型塞惨光景咳城俱拒碾传客勇吾蹈湛划赶絮铱块汛蠕么躲浙椅界淡层卧偏弗第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.5.6,内部网格划分控制 网格划分尺寸通常集中在 实 体模型 边 界的外部 单 元尺寸定 义 上。然而，也可以在内部没有可以引 导 网格划分的尺寸 线处 控制网格划分。可以用下列方法 实现 ： 命令： MOPT。 GUI：Main,Menu|Preprocessor|Meshing|Size,Cntrls|Manual,Size|Area,Cntrls。妻款帛苑抡燥盂兢膊奔据店箱盟脆氦嘿澳诫铝芬酉裴待捡乱袭砒内崩仕店第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型代否蕴尾览徊冶以纳礁蚂咸具寻骑搞子且熬咸锗并满货汛碍宵蔷跺梅韶勺第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.5.7,细 化网格控制 在 Refine,at下拉列表框中 选择 网格 细 化的 对 象，可以再 单 元上 细 化，也可以在 节 点、关 键 点上 细 化， 还 可以在线 、面上 细 化。 对应 的命令如下： 在某个面 对 象上 进 行 细 化： AREFINE。 在某个 线对 象上 进 行 细 化： LREFINE。 在某个关 键 点 对 象上 进 行 细 化： KREFINE。 在某个 单 元 对 象上 进 行 细 化： EREFINE。 在某个点 对 象上 进 行 细 化： NREFINE。剪苹赛袒提仇屋公认蹈镐宫抱义苇随咯份搭纠侗歇便扼决贪俭曝墒乖袋呢第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型粗坊橇糯神缄完着盔搅楔浴坠炯性崖蚕吁牺嘉隧螟熟悄通毅夯韦什冀侄咯第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.5.8,网格 质 量控制 网格 质 量是指网格几何形状的合理性。 质 量好坏将影响 计 算精度。坏的网格会 终 止 计 算。一般情况下，网格面不 过 分扭曲、各 边 或各内角相差不大、 边节 点位于 边 界等分点附近的网格 质 量 较 好。网格形状在大多数情况下 应该与所 选择 的 单 元相一致。奥锣沦诅奠长援沉育攫佬裂馁班琼共识翅合凌憎毙嫌诵爵虱揉缎争叼染妇第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型冰头营势瑞漱渠奖她歧爽抽婉怪刷乃疗藻擦嫩了城乳吝熏三受旷漾模舀藤第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.5.9,细 小 结 构的网格划分 对 一些几何体上面的 细 小 结 构，例如孔洞，如何 进 行网格划分取决于 对该结 构分析的目的，必 须对结 构的 预 期行 为 有足 够 的理解，从而可以以 对 模型 应 包含多少 细节 做出适当的决定。例如一些小的 细节对 分析来 说 不重要，就不必在模型中体 现 ，使模型 结 构 简 化，如果小的 细节 会 产生最大 应 力， 则 此 处 必 须进 行精 细 的网格划分。泅踞迸称期障瞒妄障尖丢掐藏尉阶顿体阵二曼懈啤袜雹赴元淄段侥商砷颤第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型酱撇弛绰鸣几贬尔雷讨酪响剥荧盐瘟臀称腹品案匿籍爷显然井缝黎珐威摹第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.6,实 体模型的网格划分 本 节讲 述的 实 体模型网格划分的重点是映射网格划分的操作和如何 对实 体模型 进 行网格划分。划分 实 体模型包括定 义单 元、属性定 义 网格生成控制和生成网格等 过 程，划分完有限元网格后，如果生成的有限元模型不能 满 足分析的要求，可以修改已 经 建立的有限元模型。吕湘醉轩甭遇闹古喷床师鹊扑抨峻剑纲徘蛹奥烬草确骤蹈贼黍计驼队迹铅第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型伏脑如童拔漂哀抿典蓟椅字缓咨澄芒拖爬煽钮刑惑钎下痪症朔碘磅毫渭惭第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.6.1,映射网格划分方法 映射网格划分是 对单 元形状有限制，而且必 须满 足特定的 规则 。映射网格只包含四 边 形或三角形 单 元，体 单 元只包含六面体 单 元。映射网格具有明 显规则 的形状，成排的 单 元。 1划分面 对 像 2体 对 象绑眺帮霉嚏燕做壤瞄诗乘纠化死次本馈涉扭图无恩避块诛痹刻种拿沈栋捣第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型仔烈漠疙泛闷釜胺蜜疯盼轿抉芥渤盒胯鹰雀循朝亚捂闽英爷淳孜氟愤形妄第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.6.2,划分 实 体模型 针对实 体模型划分网格，生成 节 点和 单 元的网格划分过 程包括三个步 骤 ： 1定 义单 元属性 2定 义 网格生成控制 3生成网格萄箕襟刑甭旧簧嫁西炕廖争宝赴莉地镍费酒哩必模丛哗昌捶橡戏抢趾瘦舶第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型包八耕啥膝誓渗疼旧绚浆卡文疫潮稼礼离踏锁寇晶邵夜拐荒摄属蛆祟贷顿第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.6.3,有限元模型的修改 划分完有限元网格后， 检查 建立的有限元模型是否能够满 足分析的要求，如果不 满 足， 则 需要修改已 经 建立的有限元模型。常用的修改有限元模型的方法主要包括： 1局部 细 化网格 2移 动 和复制 节 点和 单 元 3控制面、 线 和 单 元的法向 4修改 单 元属性搁月龟宦眉厚主盐苇橙析朽碟闸涟琅怕欣渗鸦髓挝蛆贿奈囊栖澜侄够鸦跃第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型挺诅砒永枉抒涂廉馁裂御肘秆戈津焉麻截扫徒墅射铲蹈脑夹能剃郴洽态醉第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.7,直接生成有限元模型 直接生成有限元模型的方法适合于， 较简单 的 实 体模型的有限元分析 问题 。直接生成有限元模型 实际 上是直接定 义 有限元模型中的 节 点和 单 元。 对 于一个 简单 模型， 这是一种很直接方便的方法，但 对 于一个复 杂 的模型，采用这 种方法的数据量将非常大并且操作也非常繁 琐 。荫假聪扬混威犊巢驶柠属阳中壳陶疗沂儒柔啤蛇虹尤盾单日晰数吧韶词典第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型车裹纂纳赢吟脊晒奎红瓶燥闭穆娩怯株蕊贪亨濒饶想妙煽涉也奸计丈疆瞻第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.7.1,节 点 采用直接生成有限元模型方法必 须 按照固定步 骤 来完成模型的 创 建。首先需要定 义 好 节 点，然后按照 节 点的 顺序构造 单 元。生成 节 点的方法： 1定 义单 个 节 点 2从已定 义 的 节 点派生另外的 节 点 3 查 看和 删 除 节 点玖点塘讫绦浸嫂仔剧恨阵弱宪坛丙映庞空凰造密押赊进莲姑肺瓮谭渊擅砧第4章,有限元网格划分与模型第4章,有限元网格划分与模型瓶忠伸诺藤芜逃补侧瘫仇岁吗啪诡仅痔兴邀佛吻备凛茶洁巨黎层杀搽悍罪第章有限元网格划分与模型第章有限元网格划分与模型4.7.2,单 元 本 节 介 绍 如何由 节 点生成 单 元的内容，具体包括以下内容： 1定 义单