Ansys基础培训2-3-网格划分-MeshTool工具-64

1、主要内容本章目的是讨论单元网格属性及ANSYS中各种建立网格的方法，ANSYS中不用实体模型求解，而是用有限元模型求解。定义单元属性实常数和截面特性材料特性网格工具MeshTool分配单元属性网格密度控制生成和改变网格网格划分方式自由网格、映射网格，扫掠网格网格拖拉过渡单元前处理求解设定属性（单元类型，材料属性，实常数，截面属性）建立几何模型亦可直接建立有限元模型。（直接建立单元和节点）网格划分（离散）设定求解控制求解查看某一时刻结果（通用后处理器）查看某变量随时间变化的结果（时间后处理器）对于多载荷步分析网格工具MeshTool分配单元属性网格密度控制生成和改变网格网格划分方式自由网格、映射

2、网格，扫掠网格网格拖拉过渡单元网格密度有限单元法的基本原则是：单元数（网格密度）越多，所得的解越逼近真实值。然而，随单元数目增加，求解时间和所需计算机资源急剧增加。有限元分析的目标，决定下边的滑键应该如何移动。ANSYS 提供了多种控制网格密度的工具，既可以总体控制也可以局部控制：总体控制智能网格划分总体单元尺寸缺省尺寸局部控制关键点控制线尺寸面尺寸智能网格划分通过指定所有线上的份数决定单元尺寸，可以考虑线的曲率，孔的逼近程度和其他特征，以及单元阶次。智能网格的缺省设置是关闭，在自由网格划分时，建议采用智能网格划分，它对映射网格没有影响（自由网格与映射网格将在后面讨论）。使用 SmartSiz

3、e 不同等级分别进行四面体网格划分的例子，如图所示。高级的 SmartSize 控制，如网格扩展和过度系数用 SMRT 命令 或Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls SmartSize Adv Opts可以用 MeshTool或smrt,off命令关闭智能网格总体单元尺寸允许为整个模型指定最大单元边长（或每条线的份数）：ESIZE,SIZE或 Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool; then select “Size Controls”, “Global” ,and Set或 Main Menu Prep

4、rocessor Meshing Size Cntrls ManualSize Global Size可单独使用或与智能网格划分联合使用。单独用 ESIZE (关闭SmartSizing ) ，将采用相同的单元尺寸对体（或面）进行网格划分。在智能网格划分打开时，ESIZE 充当引导，但为适应线的曲率或几何近似，指定的尺寸可能无效。缺省尺寸如果不指定任何控制，ANSYS 将用缺省尺寸，它将根据单元阶次指定线的最小和最大份数，高宽比等确定。 可以用 DESIZE 或Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls ManualSize Global Other关

5、键点尺寸在关键点处控制单元尺寸：Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool; then select “Size Controls, “Keypt”, and Set或使用KESIZEc命令或 Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls ManualSize Keypoints为了更好的控制网格，不同关键点可以用不同的KESIZEs。对应力集中区域非常有用。智能网格划分时，为适应线的曲率或几何近似，指定的尺寸可能无效。线尺寸在线上控制尺寸：Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool

6、; then select “Size Controls”, “Lines”, and Set或使用 LESIZE 命令或Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls ManualSize Lines不同的线可以有不同的 LESIZE。指定尺寸可以是“hard” 或 “soft”。“Hard” 即使在智能网格划分打开时也将被网格划分采用。“Soft” 在智能网格划分打开时可能无效。可以指定边长比例 最后一个分割和第一个分割的比率，使网格数偏向中间或一边。Yes for “soft”No for “hard”面尺寸在面的内部控制单元尺寸：Main Menu

7、 Preprocessor Meshing MeshTool; then select “Size Controls”, “Areas”, and Set或使用 AESIZE 命令或 Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls ManualSize Areas不同的面可以有不同的 AESIZE。边界线仅在未指定 LESIZE 或 KESIZE时，采用指定尺寸。智能网格划分打开时，为适应线的曲率或几何近似，指定的尺寸可能无效。网格工具MeshTool分配单元属性网格密度控制生成和改变网格网格划分方式自由网格、映射网格，扫掠网格网格拖拉过渡单元生成网格 这

8、是网格划分的最后一步。先存储数据库。然后在MeshTool工具中按 Mesh按钮。在拾取器上按下Pick All I表示拾取全部实体如果划分的网格不满意，可以通过以下步骤重新划分网格：1.清除网格。Clear操作是mesh的逆操作: 该操作删除节点和单元在MeshTool上按 Clear 按钮或用命令 CLEAR, ACLEAR, 等。(如果使用 MeshTool，可以跳过这一步：程序在执行第三步时，提示是否清除网格）。2.指定新的或不同的网格控制。3.重新划分网格。另一个网格划分选项，是在指定的区域细化网格。对所有面单元和四面体单元有效。最简单的方法是使用 MeshTool 先存储数据库。选

9、择要细化的区域 节点，单元，关键点，线或面 按 Refine 按钮。拾取要细化的实体 (如果选择 “All Elems”则不需要此操作)。最后选择细化的尺寸级别，级别 1最细。演示：恢复 ribgeom.db。用 SMRT,6划分网格 (并非很好的网格)。用 SMRT,3 重新划分网格(好的网格)。将 ESIZE 设为 0.2 后重新划分网格，由于智能网格划分考虑了ESIZE，即使 SMRT 设为 3，网格也变得很粗糙，届时，注意单元尺寸并不相同 (因为 SMRT为打开状态)。关闭 SMRT 重新划分网格。单元尺寸现在完全相同。用SMRT,3 or ESIZE,0.1.生成的网格较好演示：继续

10、上一个演示 (ribgeom 已采用 ESIZE = 0.2划分网格)选择在线上细化，按 Refine按钮拾取顶部线，选择缺省值 “minimal refinement” 网格工具MeshTool分配单元属性网格密度控制生成和改变网格网格划分方式自由网格、映射网格，扫掠网格网格拖拉过渡单元有三种主要的网格划分方法：自由网格无单元形状限制。网格不遵循任何模式。适用于复杂模式的面和体。映射网格面单元限制为四边形，体单元限制为六面体 (方块)。通常有规则的形状，单元明显成行。仅适用于规则的面和体，如矩形和方块。扫掠网格体在扫描方向的拓扑结构必须一致。例如 ：穿孔的块体源面和目标面必须是单个面，而不允

11、许是连接面自由网格易于生成，不用将复杂形状的体分解为规则形状的体。体单元包含四面体单元，致使单元数量较多。仅高阶（10-节点) 四面体单元较好，因此自由度数目可能很多。 映射网格通常包含较少的单元数量。低阶单元也可能得到满意的结果，因此自由度数目较少。面和体必须形状规则，划分网格必须满足一定的规则。尤其对形状复杂的体，映射网格很难实现。扫掠网格易于生成块体单元、棱柱体单元组合的体网格。对体进行四面体网格划分时，选项不是“可扫掠的”，则自动生成过渡的金字塔形网格。对几何形状要求较高，对非拉伸体和非旋转体不能用扫掠网格划分生成自由网格自由网格是面和体划分的缺省设置。生成自由网格比较容易：导出 Me

12、shTool ，将划分方式设置为自由划分。推荐用智能网格激活后指定一个尺寸级别进行自由网格划分，存储数据库。然后按 Mesh 按钮划分网格。按拾取框中的 Pick All I选择所有实体（推荐使用）。或使用命令 VMESH,ALL 或 AMESH,ALL生成映射网格由于面和体必须满足一定的要求，生成映射网格不如生成自由网格容易。面必须包含 3 或 4 条线（三角形或四边形）。体必须包含 4 、5 或 6 个面（四面体，三棱柱或六面体）。对边的单元分割必须匹配。对三角形或四面体单元分割数必须为偶数。对四边形或六面体，允许采用不等的分割数，如下边的例子所示，但分割数必须满足一定的关系式（见下页）。

13、因此，映射网格划分包含以下步骤：保证规则的形状，即面有 3 或 4 条边，体有 4、5 或 6 个面。指定形状和尺寸控制。生成网格。保证规则的形状在许多情况下，模型的几何形状有多于 4 条边的面，有多于 6 个面的体，为了把它们转换成规则的形状，可以作如下操作：把面（或体）切割成小的简单的形状。连接两条或多条线（或面）以减少总的边数。切割可以通过布尔运算实现。可以用工作平面，面或线作为切割工具。有时生成一条新的线或面，比移动或旋转工作平面的方向容易的多。连接建立一条新线，就是通过连接两条或多条线以减少构成面的线数。使用 LCCAT 命令或 Main Menu Preprocessor Mesh

14、ing Concatenate Lines,然后拾取线。连接面使用 ACCAT 命令或 Main Menu Preprocessor Meshing Concatenate Areas连接这两条线使得面由四条线围成通过在面上简单地指定三个或四个角点也可以暗示一个连接，此时， ANSYS内部生成连接。在MeshTool 上选择 Quad shape 和 Map 。将 3/4 sided 变成 Pick corners。按 Mesh 按钮，拾取面，然后拾取 3 或 4 个角点形成一个规则的形状连接时注意：它仅仅是一个网格划分操作，因而应该是所有实体建模之后网格划分之前的最后一步，因为连接操作得到的

15、实体不能在后续的实体建模操作中使用。连接面（为在体上划分映射网格）：在对相邻的两个四边形面作连接时，其中的线会自动连接。形状控制选择单元形状非常简单，在 MeshTool 中，面网格划分选择 Quad ，体网格划分选择 Hex ，然后点击 Map。如果指定线分割数，切记：对边分割数必须匹配，只需指定一边的分割数，映射网格划分自动把分割数传送到对边。如果模型中有连接线，只能在原始（输入）线上指定分割数，不能在合成线上指定分割数。Meshing Areas: Meshing Volumes: 生成映射网格只要保证规则形状并指定了合适的份数，生成网格将非常简单，只需按MeshTool 中的 Mesh

16、 按钮，然后按拾取器中的 Pick All 或选择所需的实体即可。问题：为了划分映射网格，如何切割这个模型？答案：这样做不值得!演示：恢复 ribfull.db。导出 MeshTool 将顶部和右边线分为 6 份。利用 “Pick corners.”划分映射网格，注意左边和底边只各划分为 2 份（由 DESIZE决定)。现在指定 ESIZE,4 (每条边 4 等分），重新划分网格。最后，清除线分割，按 ESIZE,0.1 (尺寸)，重新划分网格扫掠网格划分是另一种体网格划分方式，它是通过扫掠面上的网格对体划分网格的过程。与网格拖拉相似，只是在这种情况下，体必须是存在的 (如，输入的几何体）。优

17、点：易于生成块体单元、棱柱体单元组合的体网格。对体进行四面体网格划分时，选项不是“可扫掠的”，则自动生成过渡的金字塔形网格。必要条件:体在扫描方向的拓扑结构必须一致。 例如 ：穿孔的穿孔的块体（即使孔是锥形的）。Source surface(1 area)Target surface(1 area)Valid for sweep meshingNot valid for sweep meshing过程定义并激活一个三维六面体实体单元类型，如结构单元 SOLID45 或 SOLID95。进入 MeshTool 选择 Hex/Wedge 和 Sweep。选择如何识别源面和目标面：“Auto Sou

18、rce/Target” 意味着 ANSYS 将由体拓扑法自动选择。“Pick Source/Target” 意思是要选择它们。按 SWEEP 按钮按拾取器提示完成操作。 (或使用 VSWEEP 命令。)四面体网格选项在不能采用扫掠划分的体中生成四面体网格是一个非常有用的扫掠选项。使用此选项：确信单元类型支持退化的金字塔形和四面体单元如：结构单元 SOLID95, 186, VISCO89热单元 SOLID90多物理场单元 SOLID62, 117, 122选择 Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Volume Sweep Sweep Opts 并激活tet-

19、mesh 选项. (或使用命令 EXTOPT,VSWE.)注意对一个复杂形体进行映射网格划分，需要做多次切割，连接一些面或线，若采用扫掠划分只需做几次切割不需要做连接操作。 可以用标准的网格控制确定源面的网格，一般不提倡用智能网格划分，因为它是用于自由网格的。演示：恢复 ribvol.db。清除所有面或体上的网格，画出体。进入 MeshTool 激活扫掠网格。扫掠划分体网格。把一个面拖拉成一个体时，可以连同面上网格一起拖拉得到网格化的体，称为网格拖拉。优点；易于生成块体单元（六面体）或块体单元与棱柱体单元组合的单元。必要条件：体的形状必须允许拖拉。Extrude过程1.定义两种单元类型 一种面

20、单元一种体单元面单元：选择 MESH200 二次单元，MESH200 是一种只用来划分网格（不求解），没有与之相关的自由度或材料特性的单元。体单元：应与 MESH200 单元匹配，例如，若选择的 MESH200 单元有中间节点，那三维实体单元也应该有中间节点。用ET 命令或Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete2.用 MESH200 单元对要拖拉的面划分网格。使用需要的映射划分或自由划分的网格密度。Main Menu Preprocessor Meshing MeshToolPreprocessor MeshTool3.选定单元拖

21、拉的选项。执行EXTOPT 命令或 Main Menu Preprocessor Modeling Operate Extrude Elem Ext Opts典型选项是：激活类型属性 (应为三维实体)。拖拉方向单元份数（即厚度方向的单元数）必须大于零；否则只拖拉面不拖拉网格。4.拖拉面。若有连接线先删除，如果存在连接，ANSYS 不允许进行拖拉操作。Main Menu Preprocessor Meshing Concatenate Del Concats Lines然后利用任一种方式拖拉面。演示：恢复 ribgeom.db。进入单元类型对话框删除 PLANE82 单元，用 MESH200 4

22、-节点单元代替它。添加第二类单元 SOLID45 。进入 MeshTool 设置 ESIZE,0.1。选择四面体自由网格划分对面划分网格。设置拖拉选项： TYPE=2，单元份数 = 4。旋转视角为 ISO。沿法向拖拉面，移动量 = 0.4。保存数据库到 ribvol.db文件。对体划分网格的两种选择：自由网格划分，完全生成四面体网格，这很容易实现，但在某些情况下并不令人满意。映射网格划分，完全生成六面体网格，这一方法令人满意，但通常很难实现。过渡单元 提供了第三种选择，它集“两家之长”，将四面体和六面体网格很好的结合起来，并保持网格的完整性。这个选择是在六面体和四面体单元之间的过度区，生成金字塔形单元。必须有六面体网格，（至少在交界面上有四边形网格）。先生成四面体单元，然后通过组合重新组织过渡区的四面体单元形成金字塔形单元。仅适用于既支持金字塔形又支持四面体形状的单元类型。结构单元 SOLID95, 186, VISCO89热单元 SOLID90多物理场单元 SOLID62, 117, 122即使在过渡区结果也会很好。向二次四面体过渡，单元表面都是协调的。SOLID95过渡网格对二次到二次和线性到二次的过渡都是有用的。8-节点六面体9-节点四面体10-节点四面体六面体网格过渡层四面体网格二次到二次线性到二次10-节点四面体13-节点金字塔形20