ansys有限元软件网格划分精讲（内容丰富）

工业装备虚虚拟仿真技技术硕士研究生生学位课程程讲义（2008））网格划分ANSYS中不用实体体模型求解解，而是用用有限元模模型求解。。前处理求解后处理设定属性（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）施加载荷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）对于多载荷步分析定义单元属属性单元类型实常数和截截面特性材料特性网格工具MeshTool分配单元属属性网格密度控控制生成和改变变网格网格划分方方式自由网格、、映射网格格，扫掠网网格网格拖拉过渡单元网格划分是是用节点、、单元填充充实体模型型，建立有有限元模型型的过程。。请记住，有有限元求解解时需要有有限元模型型，而不是是实体模型型。实体模模型不参与与有限元求求解。实体模型FEA模型网格化建立有限元元模型网格划分有有三个步骤骤：定义单元属属性指定网格控控制生成网格单元属性是是网格划分分前必须指指定的有限限元模型的的特性，包包括：单元类型（（TYPE）实常数（REAL）（某些些单元）截面属性（（SECTYPE）（某些梁、、壳单元））材料属性（（MAT）前处理求解后处理设定属性（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）施加载荷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）对于多载荷步分析建立有限元元模型单元类型是是一个重要要选项，它它决定如下下单元特性性：自由度(DOF)设置。例如，热单单元类型有有一个自由由度：TEMP，，而一个结构构单元可能能有六个自自由度：UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ.单元形状––六面面体，四面面体，四边边形，三角角形等。维数--2-D(只有X-Y平面),或3-D。假设的位移移形函数––线性性及二次函函数。ANSYS有一个超过过200多种单元供供用户选择择，稍后将将介绍如何何选取单元元类型，现现在请看如如何定义单单元类型。。建立有限元元模型–定义单元属属性单元类型ANSYS提供了许多多不同种类类的单元。。经常采用用的单元有有：线单元壳二维实体三维实体建立有限元元模型–定义单元属属性单元种类线单元：梁单元用于模模拟，薄壁壁管，各种种截面构件件，角钢，，细长薄壁壁构件（只只考虑膜应应力和弯曲曲应力）。。杆单元用于模模拟螺杆，，预应力螺螺栓和桁架架。弹簧单元用于模模拟弹簧，，螺杆或细细长构件，，或用等效效刚度替代代复杂结构构。建立有限元元模型–定义单元属属性单元种类壳单元：用来模拟平平面或曲面面。如板材材、飞机的的蒙皮等厚度和大小小取决于实实际应用，，一般，壳壳单元用于于主尺寸不不小于10倍厚度度的结构。建立有限元元模型–定义单元属属性单元种类二维实体单单元：用于模拟实实体的截面面。必须在整体体直角坐标标系X-Y平面内建立模型型。所有荷载作作用在X-Y平面内，其其响应（位位移）也在在X-Y平面内。单元特性可可能是下边边的一种：：平面应力平面应变轴对称轴对称简谐谐广义平面应应变YXZ建立有限元元模型–定义单元属属性单元种类YXZ平面应力假设Z轴方向应力力等于零。。用于Z方向尺寸远远小于X、Y方向尺寸的的模型。Z方向应变不不等于零。。可选择不同同厚度(Z方向)。用于分析诸诸如只受面面内荷载的的平板，承承受压力或或离心力的的薄板等结结构。建立有限元元模型–定义单元属属性单元种类YXZ平面应变沿Z方向应变等等于零。用于Z方向尺寸远远大于X、Y方向尺寸的的模型。Z方向应力不不等于零。。用于等截面面细长结构构，例如梁梁。轧制过过程，坝体体建立有限元元模型–定义单元属属性单元种类轴对称假定三维模模型及其荷荷载是由二二维模型绕绕Y轴旋转360°生成的。对称轴必须须与整体坐坐标Y轴重合。不允许有负负的X坐标。Y方向是轴向向，X方向是径向向，Z与Z-轴同向。用于压力容容器，直管管道，轴等等建立有限限元模型型–定义单元元属性单元种类类三维实体体单元：：用于几何何属性，，材料属属性，荷荷载或分分析要求求考虑细细节，而而无法采采用更简简单的单单元进行行建模的的结构。。也用于从从三维CAD系统转化化而来的的几何模模型，而而这些几几何模型型转化成成二维模模型或壳壳体会花花费大量量的时间间和精力力。建立有限限元模型型–定义单元元属性单元种类类Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete[Add]添加新单单元类型型选择想要要的类型型并按OK[Options]指定附加加单元选选项。或使用ET命令：et,1,solid92建立有限限元模型型–定义单元元属性定义单元类类型实常数用于于描述那些些用单元几几何形状不不能完全确确定的几何何参数。例例如：梁单元是由由连接两个个节点的线线定义的，，这只定义义了梁长度度，要指明明梁的横截截面属性，，如面积，，惯性矩就就要用实常常数。壳单元是由由四边形和和三角形来来定义的，，这只定义义了壳的表表面，要指指明壳的厚厚度，必须须用实常数数。多数数三三维维实实常常数数单单元元不不需需要要实实常常数数，，因因为为单单元元几几何何模模型型已已经经由由节节点点完完全全确确定定了了。。建立立有有限限元元模模型型–定义义单单元元属属性性实常常数数定义义实实常常数数:MainMenu>Preprocessor>RealConstants[Add]增加加一一种种新新的的实实常常数数设设置置。。如果果定定义义了了多多个个单单元元类类型型，，首首先先选选择择实实常常数数的的单单元元类类型型。。然后后输输入入实实常常数数值值。。或用用R系列列命命令令不同同的的单单元元类类型型需需要要不不同同的的实实常常数数，，而而有有些些单单元元类类型型不不需需要要实实常常数数。。可可以以通通过过在在线线帮帮助助查查看看单单元元手手册册。。建立有限限元模型型–定义单元元属性实常数MainMenu>Preprocessor>Sections能够导入入截面能够建立立梁，壳壳和Pretension截面。或者使用用SECxxx系列命令令。定义单元元类型需需要不同同的截面面特性，，详细内内容见单单元参考考手册.建立有限限元模型型–定义单元元属性定义截面面特性每一个个分析析都需需要输输入一一些材材料特特性：：例如：：结构构单元元所需需的杨杨氏模模量热单元元所需需的热热传导导系数数KXX等。建立有有限元元模型型–定义单单元属属性材料特特性指定材材料属属性这种方方法，，采用用GUI方式直直接指指定想想要的的材料料属性性，以以取代代选择择材料料名称称。指定材材料属属性：：MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels双击合合适的的属性性选项项来定定义材材料属属性。。建立有有限元元模型型–定义单单元属属性材料特特性使用树树形结结构选选中定定义好好的材材料类类型。。然后输输入各各个材材料的的特征征值。。或使用用MP命令mp,ex,1,30e6mp,prxy,1,.3建立有有限元元模型型–定义单单元属属性材料特特性添加温温度相相关的的材料料属性性绘出出材材料料属属性性—温度度曲曲线线建立立有有限限元元模模型型–定义义单单元元属属性性材料料特特性性复制制材材料料模模型型到到另另一一个个材材料料表表删除除材材料料类类型型建立立有有限限元元模模型型–定义义单单元元属属性性材料料特特性性材料料GUI收藏藏选选项项保存存一一些些经经常常用用的的材材料料属属性性。。允许许按按照照当当前前选选择择的的模模型型数数据据库库来来定定义义模模板板。。不保保存存指指定定的的材材料料和和相相关关的的数数据据。。只只保保存存你你喜喜欢欢的的模模板板来来注注册册ANSYS文件件，，以以便便后后面面的的分分析析。建立立有有限限元元模模型型–定义义单单元元属属性性材料料特特性性对材材料料属属性性，，GUI在同同一一时时刻刻只只能能显显示示一一种种材材料料。。多多种种材材料料属属性性需需要要通通过过列列表表来来显显示示:UtilityMenu>List>Properties>AllMaterials或使使用用MPLIST命令令建立立有有限限元元模模型型–定义义单单元元属属性性材料料特特性性多种种单单元元属属性性许多多FEA模型型有有多多种种单单元元属属性性。。例例如如，，下下图图所所示示的的筒筒仓仓有有两两种种单单元元类类型型，，三三种种实实常常数数和和两两种种材材料料。。材料料1=混混凝凝土土材料料2=钢钢实常常数数1=3/8””厚厚度度实常常数数2=梁梁单单元元特特性性实常常数数3=1/8””厚厚度度类型型1=壳壳单单元元类型型2=梁梁单单元元建立立有有限限元元模模型型–定义义单单元元属属性性网格格工工具具MeshTool分配配单单元元属属性性网格格密密度度控控制制生成成和和改改变变网网格格网格格划划分分方方式式自由由网网格格、、映映射射网网格格，，扫扫掠掠网网格格网格格拖拖拉拉过渡渡单单元元建立立有有限限元元模模型型–指定定网网格格控控制制模型中有多种种单元类型，，实常数和材材料，必须确确保给每个单单元指定合适适的特性，有有以下三种途途径：在网格划分前前给实体模型型指定特性。。在网格划分前前总体设置MAT,TYPE,和REAL。在网格划分后后修改单元属属性。如果没有指定定属性，ANSYS将MAT=1,TYPE=1,及REAL=1作为模型中所所有单元的缺缺省设置。注注意，采用当当前激活的TYPE,REAL,和MAT进行网格操作作。经验：在同一一部分，将单单元类型编号号、实常数编编号、材料编编号以及截面面编号设置相相同的数字。。建立有限元模模型–指定网格控制制为实体模型指指定属性1.定义全部所需需的单元类型型，材料和实实常数。然后使用网格格工具的“单元属性”菜单选项(MainMenu>Preprocessor>MeshTool)：选择实体类型型后按SET按钮。拾取要指定属属性的实体。。在后后续续对对话话框框中中设设置置合合适适的的属属性性。。或选选择择需需要要的的实实体体，，用用VATT,AATT,LATT,或KATT命令令。。3.划分分实实体体网网格格时时，，属属性性将将自自动动转转换换到到单单元元上上。。建立立有有限限元元模模型型–指定网格格控制使用总体体设置1.定义全部部单元类类型，材材料，实实常数。。2.然后用网网格工具具的“ElementAttributes”菜单(MainMenu>Preprocessor>MeshTool):选择Global然后按SET按钮。在“MeshingAttributes”对话框中中激活需需要的属属性组合合，这些些被称为为激活的的TYPE,REAL,和MAT设置。或使用TYPE,REAL,和MAT命令。3.仅对上述述设置属属性的实实体划分分网格。。建立有限限元模型型–指定网格格控制修改单元元属性1.定义所有有需要的的单元类类型，材材料和实实常数。。2.激活需要要的TYPE,REAL,及MAT设置的组组合：MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshAttributes>DefaultAttribs或使用TYPE,REAL,和MAT命令3.只修改使使用上述述设置的的单元的的属性：：使用EMODIF,PICK或选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Elements>ModifyAttrib拾取需要要的单元元。4.在后续对话框框中将属性设设置为“Alltocurrent”。建立有限元模模型–指定网格控制制请记住以下几几点：可以激活属性性编号，校核核单元属性：：UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering或使用/PNUM,attr,ON,可以是TYPE,MAT,或REAL在实体模型上上直接指定属属性，不再按按缺省属性。。在实体模型上上指定属性，，可以避免在在网格划分操操作中重新设设置属性。由由于ANSYS的网格划分，，在一次性对对实体进行网网格划分时更更为有效，因因而这种方法法更优越。清除实体网格格上的网格不不会清除指定定的单元属性性。建立有限元模模型–指定网格控制制网格工具MeshTool分配单元属性性网格密度控制制生成和改变网网格网格划分方式式自由网格、映映射网格，扫扫掠网格网格拖拉过渡单元建立有限元模模型–指定网格控制制网格密度有限单元法的的基本原则是是：单元数（（网格密度））越多，所得得的解越逼近近真实值。然而，随单元元数目增加，，求解时间和和所需计算机机资源急剧增增加。有限元分析的的目标，决定定下边的滑键键应该如何移移动。建立有限元模模型–指定网格控制制ANSYS提供了多种控控制网格密度度的工具，既既可以总体控控制也可以局局部控制：总体控制智能网格划分分总体单元尺寸寸缺省尺寸局部控制关键点控制线尺寸面尺寸建立有限元模模型–指定网格控制制智能网格划分分通过指定所有有线上的份数数决定单元尺尺寸，可以考考虑线的曲率率，孔的逼近近程度和其他他特征，以及及单元阶次。。智能网格的缺缺省设置是关关闭，在自由由网格划分时时，建议采用用智能网格划划分，它对映映射网格没有有影响（自由由网格与映射射网格将在后后面讨论）。。建立有限元模模型–指定网格控制制使用SmartSize不同等级分别别进行四面体体网格划分的的例子，如图图所示。高级的SmartSize控制，如网格格扩展和过度度系数用SMRT命令或MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>SmartSize>AdvOpts可以用MeshTool或smrt,off命令关闭智能能网格建立有限元模模型–指定网格控制制总体单元尺寸寸允许为整个模模型指定最大大单元边长（（或每条线的的份数）：ESIZE,SIZE或MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool;thenselect“SizeControls”,“Global”,and[Set]或MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Global>Size可单独使用用或与智能能网格划分分联合使用用。单独用ESIZE(关闭SmartSizing)，将采用相同同的单元尺尺寸对体（（或面）进进行网格划划分。在智能网格格划分打开开时，ESIZE充当引导，，但为适应应线的曲率率或几何近近似，指定定的尺寸可可能无效。。建立有限元元模型–指定网格控控制缺省尺寸如果不指定定任何控制制，ANSYS将用缺省尺尺寸，它将将根据单元元阶次指定定线的最小小和最大份份数，高宽宽比等确定定。可以用DESIZE或MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Global>Other建立立有有限限元元模模型型–指定定网网格格控控制制关键键点点尺尺寸寸在关关键键点点处处控控制制单单元元尺尺寸寸：：MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool;thenselect“SizeControls,“Keypt”,and[Set]或使使用用KESIZEc命令令或MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Keypoints为了了更更好好的的控控制制网网格格，，不不同同关关键键点点可可以以用用不不同同的的KESIZEs。。对应应力力集集中中区区域域非非常常有有用用。。智能能网网格格划划分分时时，，为为适适应应线线的的曲曲率率或或几几何何近近似似，，指指定定的的尺尺寸寸可可能能无无效效。。建立立有有限限元元模模型型–指定定网网格格控控制制线尺尺寸寸在线线上上控控制制尺尺寸寸：：MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool;thenselect“SizeControls”,“Lines”,and[Set]或使使用用LESIZE命令令或MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Lines不同同的的线线可可以以有有不不同同的的LESIZE。。指定定尺尺寸寸可可以以是是“hard”或“soft”。“Hard”即使使在在智智能能网网格格划划分分打打开开时时也也将将被被网网格格划划分分采采用用。。“Soft”在智智能能网网格格划划分分打打开开时时可可能能无无效效。可以以指指定定边边长长比比例例—最后后一一个个分分割割和和第第一一个个分分割割的的比比率率，，使使网网格格数数偏偏向向中中间间或或一一边边。。Yesfor““soft””Nofor““hard””建立有有限元元模型型–指定网网格控控制面尺寸寸在面的的内部部控制制单元元尺寸寸：MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool;thenselect“SizeControls”,“Areas”,and[Set]或使用用AESIZE命令或MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Areas不同的的面可可以有有不同同的AESIZE。。边界线线仅在在未指指定LESIZE或KESIZE时，采采用指指定尺尺寸。。智能网网格划划分打打开时时，为为适应应线的的曲率率或几几何近近似，，指定定的尺尺寸可可能无无效。。建立有有限元元模型型–指定网网格控控制网格工工具MeshTool分配单单元属属性网格密密度控控制生成和和改变变网格格网格划划分方方式自由网网格、、映射射网格格，扫扫掠网网格网格拖拖拉过渡单单元建立有有限元元模型型–指定网网格控控制生成网网格这是网网格划划分的的最后后一步步。先存储储数据据库。。然后在在MeshTool工具中中按[Mesh]按钮。。在拾取取器上上按下下[PickAll]I表示拾拾取全全部实实体建立有有限元元模型型–生成和和改变变网格格如果划划分的的网格格不满满意，，可以以通过过以下下步骤骤重新新划分分网格格：1.清除网网格。。Clear操作是是mesh的逆操操作:该该操作作删除除节点点和单单元在MeshTool上按[Clear]按钮或或用命命令CLEAR,ACLEAR,等。(如果使使用MeshTool，，可以跳跳过这这一步步：程程序在在执行行第三三步时时，提提示是是否清清除网网格））。2.指定新新的或或不同同的网网格控控制。。3.重新划划分网网格。。建立有有限元元模型型–生成和和改变变网格格另一个个网格格划分分选项项，是是在指指定的的区域域细化化网格格。对所有有面单单元和和四面面体单单元有有效。。最简单单的方方法是是使用用MeshTool先存储储数据据库。。选择要要细化化的区区域—节点，，单元元，关关键点点，线线或面面—按Refine按钮。。拾取要要细化化的实实体(如果选选择“AllElems”则不需需要此此操作作)。。最后选选择细细化的的尺寸寸级别别，级级别1最细。建立有有限元元模型型–生成和和改变变网格格网格工工具MeshTool分配单单元属属性网格密密度控控制生成和和改变变网格格网格划划分方方式自由网网格、、映射射网格格，扫扫掠网网格网格拖拖拉过渡单单元建立有有限元元模型型–网格划划分方方式有三种种主要要的网网格划划分方方法：：自由网网格无单元元形状状限制制。网格不不遵循循任何何模式式。适用于于复杂杂模式式的面面和体体。映射网网格面单元元限制制为四四边形形，体体单元元限制制为六六面体体(方块)。通常有有规则则的形形状，，单元元明显显成行行。仅适用用于规规则的的面和和体，，如矩矩形和和方块块。扫掠网网格体在扫扫描方方向的的拓扑扑结构构必须须一致致。例例如：：穿穿孔的的块体体源面和和目标标面必必须是是单个个面，，而不不允许许是连连接面面建立有有限元元模型型–网格划划分方方式自由网网格易于生生成，，不用用将复复杂形形状的的体分分解为为规则则形状状的体体。体单元元包含含四面面体单单元，，致使使单元元数量量较多多。仅高高阶阶（（10-节点点)四面面体体单单元元较较好好，，因因此此自自由由度度数数目目可可能能很很多多。。映射射网网格格通常常包包含含较较少少的的单单元元数数量量。。低阶阶单单元元也也可可能能得得到到满满意意的的结结果果，，因因此此自自由由度度数数目目较较少少。。面和和体体必必须须形形状状规规则则，，划划分分网网格格必必须须满满足足一一定定的的规规则则。。尤其其对对形形状状复复杂杂的的体体，，映映射射网网格格很很难难实实现现。。扫掠掠网网格格易于于生生成成块块体体单单元元、、棱棱柱柱体体单单元元组组合合的的体体网网格格。。对体体进进行行四四面面体体网网格格划划分分时时，，选选项项不不是是“可扫扫掠掠的的”，则自动动生成过过渡的金金字塔形形网格。。对几何形形状要求求较高，，对非拉拉伸体和和非旋转转体不能能用扫掠掠网格划划分建立有限限元模型型–网格划分分方式生成自由由网格自由网格格是面和和体划分分的缺省省设置。。生成自由由网格比比较容易易：导出MeshTool，，将划分方式式设置为自自由划分。。推荐用智能能网格激活活后指定一一个尺寸级级别进行自自由网格划划分，存储储数据库。。然后按Mesh按钮划分网网格。按拾取框中中的[PickAll]I选择所有实实体（推荐荐使用）。。或使用命令令VMESH,ALL或AMESH,ALL建立有限元元模型–网格划分方方式生成映射网网格由于于面面和和体体必必须须满满足足一一定定的的要要求求，，生生成成映映射射网网格格不不如如生生成成自自由由网网格格容容易易。。面必必须须包包含含3或或4条条线线（（三三角角形形或或四四边边形形））。。体必必须须包包含含4、、5或或6个个面面（（四四面面体体，，三三棱棱柱柱或或六六面面体体））。。对边边的的单单元元分分割割必必须须匹匹配配。。对三三角角形形或或四四面面体体单单元元分分割割数数必必须须为为偶偶数数。。建立立有有限限元元模模型型–网格格划划分分方方式式对四四边边形形或或六六面面体体，，允允许许采采用用不不等等的的分分割割数数，，如如下下边边的的例例子子所所示示，，但但分分割割数数必必须须满满足足一一定定的的关关系系式式（（见见下下页页））。。建立立有有限限元元模模型型–网格格划划分分方方式式建立立有有限限元元模模型型–网格格划划分分方方式式因此此，，映映射射网网格格划划分分包包含含以以下下步步骤骤：：保证证规规则则的的形形状状，，即即面面有有3或或4条条边边，，体体有有4、、5或或6个个面面。。指定定形形状状和和尺尺寸寸控控制制。。生成成网网格格。。建立立有有限限元元模模型型–网格格划划分分方方式式保证证规规则则的的形形状状在许许多多情情况况下下，，模模型型的的几几何何形形状状有有多多于于4条条边边的的面面，，有有多多于于6个个面面的的体体，，为为了了把把它它们们转转换换成成规规则则的的形形状状，，可可以以作作如如下下操操作作：：把面面（（或或体体））切切割割成成小小的的简简单单的的形形状状。。连接接两两条条或或多多条条线线（（或或面面））以以减减少少总总的的边边数数。。建立立有有限限元元模模型型–网格格划划分分方方式式切割割可可以以通通过过布布尔尔运运算算实实现现。。可以以用用工工作作平平面面，，面面或或线线作作为为切切割割工工具具。。有时时生生成成一一条条新新的的线线或或面面，，比比移移动动或或旋旋转转工工作作平平面面的的方方向向容容易易的的多多。。建立立有有限限元元模模型型–网格格划划分分方方式式连接接建建立立一一条条新新线线，，就就是是通通过过连连接接两两条条或或多多条条线线以以减减少少构构成成面面的的线线数数。。使用用LCCAT命令令或或MainMenu>Preprocessor>Meshing>Concatenate>Lines,然后后拾拾取取线线。。连接接面面使使用用ACCAT命令令或或MainMenu>Preprocessor>Meshing>Concatenate>Areas连接这两条线使得面由四条线围成建立立有有限限元元模模型型–网格格划划分分方方式式通过过在在面面上上简简单单地地指指定定三三个个或或四四个个角角点点也也可可以以暗暗示示一一个个连连接接，，此此时时，，ANSYS内部生成连接接。在MeshTool上选择Quadshape和Map。将3/4sided变成Pickcorners。按Mesh按钮，，拾取取面，，然后后拾取取3或或4个个角点点形成成一个个规则则的形形状建立有有限元元模型型–网格划划分方方式连接时时注意意：它仅仅仅是一一个网网格划划分操操作，，因而而应该该是所所有实实体建建模之之后网网格划划分之之前的的最后后一步步，因因为连连接操操作得得到的的实体体不能能在后后续的的实体体建模模操作作中使使用。。连接面面（为为在体体上划划分映映射网网格））：在在对相相邻的的两个个四边边形面面作连连接时时，其其中的的线会会自动动连接接。建立有有限元元模型型–网格划划分方方式形状控控制选择单单元形形状非非常简简单，，在MeshTool中，面面网