高级建模及网格划分技术

1、高级建模技术1基本输入技术 2模型输入方法Objective1-1.说明ANSYS中可用的模型输入方法CAD 中的模型为下一步网格划分和求解而输入ANSYS的模型一般准则：如果有相关接口，则应首选它来输入入模型，否则，使用IGES输入方法Connectionfor CADDSProgramConnection forUnigraphicsProgramConnectionfor Pro/EProgramConnectionforSAT FileConnectionfor ParasolidFileIGESFile3ANSYS的CAD接口产品为CAD的文件格式到ANSYS的传输提供一个界面.保存

2、原始模型的特性（不需要先输出再输入）在有些情况下，可以从CAD程序中直接进入ANSYS.使用接口输入，需要下面的licenses:Parasolids: Connection for Parasolids , ANSYS Pro/E: Pro/E, Connection for Pro/E, ANSYSUnigraphics: Unigraphics, Connection for Unigraphics, ANSYSSAT: Connection for SAT, ANSYS2022/8/264Procedure1. .2. .3. . 读取模型步骤读入模型:Utility Menu: Fi

3、le Import 选择适当接口5Procedure1. .2. .3. . 读入IGES模型的基本步骤读入IGES模型:Utility Menu: File Import IGES .1.选择 OK.6读入IGES模型的基本步骤(续)2.选择 IGES 文件.3.选择 OK.7IGES输入以IGES格式保存的文件为下一步网格划分和求解而输入ANSYS的模型IGESFile当使用IGES输入文件时，Default defeature 选项允许使用下面将要说明的三种工具。Alte no Defeature选项允许进行标准的布尔操作和建模操作，但没有修复工具。Utility Menu: File

4、Import IGES8IGES输入选项和工具Objective1-2.说明ANSYS中可用的IGES选项和工具.拓扑修复工具显示并列示分开的边界，对边界和间隙进行marge操作，删除多余的线和面几何修复工具创建丢失的线和面，修复模型.几何简化工具检查并显示短小的线或环，将分开的线或面连来，填充面或孔.，去掉突起可用的修复工具:1.拓扑修复工具2.几何修复工具3.几何简化工具9IGES输入选项和工具（续）ANSYS输入IGES文件选项，自动Merge间隙，删除小面，建立实体Marge间隙，建立实体模型，删除小面7Sep, 201010Procedure1. .2. .3. . IGES输入过程

5、输入IGES模型的菜单路径:Utility Menu: File Import IGES.2. 单击OKObjective1-3.输入IGES模型.1.选择一种输入选项.11IGES输入过程(续）3.选择将要输入的IGES文件.4.单击OK.12IGES输入检修技术提示:如果输入不成功，关闭MERGE和Solid选项，重新输入.ANSYS装饰技术可以过滤掉坏图元.输入完成后，仔细检查模型，从中删掉不想要的图元.在完成输入后，如果发现一些小面被丢失，则关掉small选项，重新输入模型.可能需要花费更多的时间和占用更多的内存.Sep, 201013IGES输入检修技术（续）如果发生下面的任一情况:

6、1.merging花费的时间太长2.输入过程使用太多的内存3.在模型中存在丢失部分则以模型的最大尺寸为基础调整间隙容差，重新输入.检查输出窗口，估计最大的模型尺寸确定模型的实际最大尺寸实际距离与估计距离的比率是间隙容差的合理近似值.在重新输入之前，在键入窗口中输入下述信息来设置间隙容差:ioptn, gtol, Sep, 201014高级网格划分2022/8/2615单元尺寸2022/8/2616网格划分工具打开网格划分工具:Main Menu: Preprocessor MeshToolProcedure1. .2. .3. . 网格划分工具是网格控制的一种快捷方式单元属性控制智能网格划分控

7、制尺寸控制指定单元形状自由网格划分或映射网格划分执行网格划分清除网格局部细划123456781234567817单元尺寸Objective2-1.缺省单元尺寸当第一次进入ANSYS进行自由和映射网格划分时，程序自动设置为缺省单元尺寸。缺省单元尺寸以下列量为基础：线上面的最小单元数和最大单元数每个单元的顶角最小和最大的边界长度缺省单元尺寸的控制可以改变:Main Menu: Preprocessor -Meshing-Size Cntrls -ManualSize- -Global- Other18单元尺寸（续）Objective2-2.使用智能网格划分智能网格创建自由网格划分的初始单元尺寸在进

8、行自动网格划分时，智能网格给网格划分器创造合理的单元形状提供一个好的选择在进行自由网格划分时，建议采用智能网格为了得到更好的网格，应将所有的面或体放在一起划分网格。19单元尺寸（续）激活智能网格:Main Menu: Preprocessor MeshToolProcedure1. .2. .3. . 打开智能网格，然后移动滚动条到所期望的值，级别越高说明网格越粗（见下一张幻灯片）关于智能网格的一个注意点打开智能网格并不影响映射网格的划分，映射网格仍然使用缺省尺寸。20单元尺寸（续）对同一模型，采用不同的智能网格级别进行网格划分时所得到的网格21单元尺寸（续）Objective2-3.人工调整

9、网格控制由于结构形状的多样性，在许多情况下，由缺省单元尺寸或智能尺寸使产生的网格并不合适包括应力集中和奇异点的模型在这些情况下，进行网格划分时必须做更多的处理。可以通过指定下述的单元尺寸来进行更多的挖制 总体单元尺寸，根据面的边界（线）上所用单元的边长或每条线 上划分的单元数进行控制 指定关键点附近的单元尺寸 指定线上的单元划分数22单元尺寸（续）改变总体单元尺寸Main Menu: Preprocessor MeshTool Global Set buttonProcedure1. .2. .3. . 1.指定线上的单元边长或者每条线上划分的单元数，或者此二项都被指定，则程序采用SIZE2.

10、单击OK23单元尺寸（续）改变指定关键点上附近的单元尺寸:Main Menu: Preprocessor MeshTool Keypts Set button拾取菜单将指示你拾取关键点.Procedure1. .2. .3. . 1.指定单元边长2.单击OK24单元尺寸（续）改变指定线上的单元数目Main Menu: Preprocessor MeshTool Lines Set button拾取菜单指示你拾取线Procedure1. .2. .3. . 1.指定单元边长，单元划分数或单元边界所对应的角度.2.单击OK25单元尺寸（续）Objective2-4.比较缺省单元尺寸和智能尺寸两种尺

11、寸定义的层次关系单元尺寸指定的层次与采用缺省单元尺寸还是采用智能尺寸有关缺省单元尺寸的优先顺序对线划分的指定被最先考虑关键点附近的单元尺寸作为第二级考虑对象总体单元尺寸作为第三级考虑对象缺省单元尺寸被最后考虑 智能单元尺寸的优先顺序对线的指定被最先考虑关键点附近的单元尺寸作为第二级考虑对象，当考虑到曲率和小的几何尺寸特征时可以忽略它总体单元尺寸作为第三级考虑对象,当考虑到曲率和小的几何尺寸特征时可以忽略它智能单元尺寸设置被最后考虑26层状网格划分层状网格划分（只适用于2D情况）生成线性过渡的自由网格在平行于线的方向上单元尺寸相当均匀在垂直于线的方向上，单元尺寸和 数目急剧变化当分析时要求表面高

12、精度，层状网格是最有用的。（例如，模拟CFD的边界层效应和电磁分析中的集肤效应）打开层状网格划分器：Main Menu: Preprocessor MeshTool Layer Set button指定：线上的单元尺寸，线上两端单元的比率和内部网格层 的厚度。Procedure1. .2. .3. . 27改变网格Objective2-5.讨论改变网格的选项如果你觉得生成的网格不好，可以通过下面的方法改变网格:采用新的指定重新划分网格.直接重划分使用Accept/reject提示清除网格，然后再重新划分局部细划.28改变网格（续）我们可以通过重新设置单元尺寸控制和初始化网格划分操作来给一个已经

13、划分网格的模型重新划分网格。这是改变网格最简单的操作。不需要Accept/reject提示，在重新划分网格之前不需要清除已有的网格。注意：除了直接在线上的指定之外此特征允许你改任何其它的尺寸指定，也就是说，此特征只在对面或体划分网格时有效.给模型重新划分网格29改变网格（续）使用网格的Accept/reject提示打开网格的Accept/reject提示:Main Menu: Preprocessor -Meshing- Mesher OptionsProcedure1. .2. .3. . 1.单击方框，将设置改为Yes2.单击OK，则在完成网格划分后，程序会提示你接受或者拒绝此网格。30改

14、变网格（续）ANSYS网格细划功能允许在现有的网格上，对单元尺寸进行局部细划，而不需要清除现存的网格。对网格进行局部细划31改变网格（续）在某些特定的结点，单元，关键点或线周围进行局部网格细划（得到更多的单元）:Main Menu: Preprocessor MeshToolProcedure1. .2. .3. . 1.选择细划位置类型（即拾取的结点、单元、关键点、线、面周围或所有的单元上）2.单击Refine32改变网格（续）3.拾取细划位置，然后在拾取菜单上单击OK4.选择细划级别：（从15为从最小到最大）5.如果想调整细划深度或控制其它的细划选项，则选择Yes.6.单击OK4563网格

15、细划前网格细划后Sep, 201033四边形网格细划例题四边形网格细划局部放大效果（没有三角形）343D网格细划例子原始网格期望细划的区域353D网格细划例子（续）36映射网格2022/8/2637映射网格Objective2-6.说明映射网格中所使用的形状类型我们可以指示程序全部使用四边形面单元和六边形体单元来生成映射网格映射网格要求面或体的形状是规则的，也就是说它们必须遵循一定的规则38给面划分映射网格Objective2-7.说 明给面划分映射网格时，必须满足的三个条件给面划分映射网格时，下面的条件必须被满足: 此面必须由3或4条线围成 在对边上必须有相等的单元划分数如果此面由3条线围成

16、，则三条边上的单元划分数必须相等则必须是偶 数如果一个面由多于4条的线围成，则它不能直接采用映射网格进行划分，然而，为了将总的线数减少到4，其中的某些线可以被加起来（add一种建模操作）或连接起来（concatenated一种进行网格划分时采用的操作）。代替进行连接操作（concatenation），可以用拾取一个面的3个或4个角点来进行面映射网格划分，这种简化的映射网格划分方法将两个关键点之间的多条线内部连接起来。39为了划分映射网格定义线上的划分数Objective2-8.描述ANSYS怎样处理线的划分.为了得到映射网格，必须在面的对边上指定相等的线的划分数（或者定义线的划分数对应于某种传

17、递方式）不需要在所有的线上指定划分数，只要是采用映射网格划分，程序会将线的划分数由一条边传递到对边，传递所有相邻的要划分网格的面程序会尽可能的根据总体尺寸或关键点尺寸的定义产生一个相匹配的线的划分数20 divisions transferred by mapped mesh(Element size assigned to L1)(Global element size)40加线或连接线Objective2-9.将线加起来或连接起来 如果一个面的边界多于4条线，为了减少总的线数，可以将它们中的一些加(add)起来或连接(concatenate)起来将线加起来 无论什么时候总可以采用相加的操作

18、（那就是说，当几条线是相切的，并且附在相同的面上时）。一般来说，相加优于连接。 当线不相切时，也可以使用相加的操作，但在线的弯折处不一定有节点生成将线连接起来:两条线被连接后，原始线仍然存在，创建的新线仅仅是为了划分网格连接后生成的线对任何实体建模操作都是无效的。41加线或连接线（续）将线加起来：Main Menu: Preprocessor -Modeling- Operate -Booleans- Add LinesProcedure1. .2. .3. . 2.单击OK.1.拾取将要被加起来的线3.指定现存线以后的状态.4.单击OK42加线或连接线（续）进入连接线的菜单路径：Main M

19、enu: Preprocessor -Meshing-Concatenate LinesProcedure1. .2. .3. . 2.单击OK1.拾取将要连接起来的线43加线或连接线（续）例题一个由六条线围成的面L1 and L2 are added.New Line L#L4 and L5 are concatenated.产生四条线围成的面，适于网格划分New concatenated line.44加线或连接线（续）关于指定划分数的注意点只能在原始线上指定划分数，不能在通过连接操作生成的新线上指定划分数45简易的面映射网格划分方法Objective2-10.全部使用四边形单元给模型自动

20、划分网格简易的面映射网格方法是获得映射网格的最简单方法此操作使用指定的关键点作为角结点，程序在内部将关键点之间的多条线连接起来程序将会使用四边形单元自动给此面划分网格（不需要指定单元形状）46简易的面映射网格划分方（续）进入简易映射网格的菜单路径：Main Menu: Preprocessor MeshTool Procedure1. .2. .3. . 6.拾取将要进行映射网格划分的面7.选择OK8.拾取3或4个角关键点9.选择OK1.选择“area”2.选择“quad”3.选择“mapped”4.选取“pick corners”5.选择“mesh”47简易的面映射网格划分方（续）例题由六条

21、线所围成的面此题在前面的加线和连接线例题中曾出现过，注意上图中拾取的几个关键点之间有多条线。在拾取完面之后，可以任意顺序拾取关键点1，3，4和6，则程序将自动进行映射网格的划分，在执行网格划分之前不需要预先将线连接起来。线的连接过程将在程序内部完成，并且在网格划分完成之后被删除48体的映射网格划分Objective2-11.说明给体划分映射网格时必须满足的四个条件。为了给一个体划分六边形单元，则必须满足四个条件它必须是砖形（六面体），楔形体（五面体）或四面体形。在对面和侧边上所定义的单元划分数必须相等如果体是棱柱形或四面体形，在三角形面上的单元划分数必须是偶数相对棱边上划分的单元数必须相等49

22、体的映射网格划分（续）给体进行映射网格划分的例子50加面和连接面Objective2-12.加面和连接面为了进行映射网格划分，我们可以通过连接面来减少围成体的边界面的数目给体进行映射网格划分时，连接面也要求连接线，如上图所示，程序会自动进行此操作但只有当相邻的两个四边形面被连接时才会自动进行，在所有其它情况下在完成面的连接后必须人为的作线的连接。在有些情况下，也可以将面加起来而不用面连接的方法（当面是平的并且共面时）这样，使用加的操作比使用连接操作更好。在完成加的操作后，仍需进行边界线的连接操作51加面和连接面（续）进行加面操作的菜单路径：Main Menu: Preprocessor -Mo

23、deling- Operate -Booleans- Add AreasProcedure1. .2. .3. . 2.单击OK1.拾取将要相加的面52加面和连接面（续）进入面的连接操作的菜单路径：Main Menu: Preprocessor -Meshing- Concatenate AreasProcedure1. .2. .3. . 2.选择OK1.拾取将要连接的面.53删除连接生成的图元进入删除连接所生成的图元的菜单路径Main Menu: Preprocessor -Meshing- Concatenate -Del Concats- Areas (or Lines)删除连接所生成

24、的图元是最后一个步骤，即不再需要它作其它的任何操作.一旦单击“Del concats-area(或line)”，在模型中所有连接所生成的面（或线）将被删除.在进行此操作前确保先存数据库文件.Procedure1. .2. .3. . Sep, 201054选择连接所生成的图元Procedure1. .2. .3. . 选择连接所生成的图元的菜单路径:Utility Menu: Select Areas ConcatenatedLines ConcatenatedSep, 201055进行面的相加或连接操作时的注意事项应该在所有的建模操作完成后再进行连接操作.连接应该是给模型划分网格前的最后一步

25、操作，因为从连接操作中得到的图元不能用于以后的任何实体建模操作，用户可以通过删除连接产生的线或面来“undo”（删除）连接操作.在建模操作中，如果觉得连接操作有太多限制，通常可以采用其它的方法获得映射网格（例如网格拖拉）在有些情况下，应考虑用工作平面去分面或体，一个面或体能被分成一系列适用于映射网格划分的图元.56网格划分选项2022/8/2657六面体四面体网格某些区域已经被六边形单元进行映射网格划分，同时另一些较复杂的区域需要用四面体单元进行网格划分决定在哪儿采用过渡金字塔形单元是合适的.为了生成金字塔单元，重新排列组合四面体单元.将金字塔单元放入网格中.Objective2-13.说明六

26、面体四面体的网格划分58六面体四面体过度图解20-Node Hex(i.e., SOLID95)13-Node Pyramid Degenerate Hex(i.e., SOLID95)10-Node Tet Degenerate Hex(i.e., SOLID95)Mapped MeshTransition LayerTet Mesh二阶单元 二阶单元59六面体四面体过度图解（续）8-Node Hex(i.e., SOLID45)9-Node Pyramid Degenerate Hex(i.e., SOLID95)10-Node Tet Degenerate Hex(i.e., SOLID

27、95)Mapped MeshTransition LayerTet Mesh线性单元二阶单元60六面体四面体的过渡过程1.首先用砖形单元给体划分网格或用四边形单元给共享面划分网格。Mesh volume with bricksOr, mesh area with quads12Procedure1. .2. .3. . 61六面体四面体的过渡过程（续）2.激活支持金字塔或四面体形状的单元类型。62六面体四面体的过渡过程（续）3.设置单元形状为四面体形状的单元(使用 MeshTool or MSHAPE,1 or Preprocessor Mesher Opts. OK)634.给第二个体划分网格，则在边界上自动生成金字塔单元.12六面体四面体的过渡过程（续）64六面体四面体过渡单元优点程序自动生成过