机械零件有限元分析第四讲网格划分

第四讲、网格划分

几何模型不参与有限元分析，所有施加在有限元边界上的载荷或约束，必须最终传递到有限元模型上（节点和单元）进行求解。有限元模型---节点，单元----可通过对几何模型进行网格划分来实现1一、网格划分的前提定义单元属性：类型实常数材料21、单元类型不同的问题需要不同特性的单元，单元选择不当影响计算和精度；Ansys中的每个单元有唯一编号。并按类型进行分类。Ansys中有100多种单元类型，如常用的单元类型有：杆、梁、管、2D实体、3D实体、壳定义单元类型的操作：Preprocessor—ElementType—Add/Edit/Delete32、实常数实常数是单元的一些辅助特性，如用面表示的实体单元SOLID82，要设单元厚度（深度）的实常数；SHELL单元的厚度特性；BEAM单元的横截面特性等定义实常数操作：Preprocessor—RealConstants—Add/Edit/Delete4如：BEAM3单元的实常数Ansys中计算截面积与惯性矩的工具：Preprocessor—Sections--******Preview按钮将显示图形的几何形状和主要参数的计算值5如：Preprocessor>Sections>Beam>CommonSections截面上划分有限元网格，Apply后生效63、材料参数定义材料参数的操作：Preprocessor—MaterialProps—MaterialModels注意AddTemperature（不同温度时的材料属性）和Graph按钮7例如：定义非线性材料Structural—Nonlinear—Inelastic--RateIndependent--IsotropicHardeningPlasticity--MisesPlasticity--Multilinear8二、网格划分控制网格划分工具栏Preprocessor—Meshing—MeshTool

给图元定义单元属性单元尺寸控制.同一实体不同的网格划分

Smartsize分网控制

单元形状控制.分网器选择

网格划分优化

执行网格划分

91、设置单元属性

（ElementAttributes栏）设置单元类型、材料属性、实常数、坐标系及单元截面（不同的选项和情况会有不同的设置，如只有定义了BEAM单元或SHELL单元才有单元截面选项）102、Smartsize网格划分控制

Smartsize是ANSYS提供的强大的自动分网工具，它有自己的内部计算机制，使用Smartsize在很多情况下更有利于在网格生成过程中生成形状合理的单元。在自由分网时，建议使用Smartsize控制网格的大小。

11用Smartsize的分网水平值（大小从1到10）来控制网格划分大小。12Smartsize的高级控制Smartsize的高级控制给用户提供人工控制网格质量的可能，如用户可以改变诸如小孔和小角度处的粗化选项。Preprocessor—Meshing—SizeCntrls—Smartsize—AdvOpts弹出AdvancedSmartSizeSettings对话框如下图：1314【FAC】：用于计算默认网格尺寸的比例因子（与Smartsize下的滑动条对应）。当没有使用类似于ESIZE的命令对对象划分网格作出特殊指定时，该值的设置直接影响到单元的大小。取值范围为0.2～5.0。下图显示了此参数的设置效果。

15FAC＝0.2FAC＝5FAC参数的控制效果16【EXPND】：分网胀缩因子。决定了面内部单元尺寸与边缘处的单元尺寸的比例关系。取值范围为0.5～4。下图显示了此参数的设置效果17EXPND＝2EXPND＝0.5EXPND＝2EXPND参数的控制效果

18TRANS--膨胀速度因子，从边界向内部，膨胀的速度有多快，最好于1~4间TRANS=1TRANS=4其他参数为默认值，未见差别！19【ANGL】：对于低阶单元，该值设置了每单元边界中允许的最大跨越角度。ANSYS默认为22.5°（Smartsize的水平值为6时）。【ANGH】：对于高阶单元，该值设置了每单元边界中允许的最大跨越角度。ANSYS默认为30°（Smartsize的水平值为6时）。20FAC=3ANGL=10ANGH=10FAC=3ANGL=30ANGH=30小孔21SMHLC

小孔粗化键,ON–--抑制可能导致非常小的单元边界的单元细化。

SMANC

小角度粗化键,ON---(defaultforalllevels)抑制面中非常接近的小角度单元细化

22注意：一旦拖动了Smartsize的滑块后，高级控制对话框中的值就恢复为默认值，所以高级对话框中修改了参数后应该马上进行网格划分！！233、单元尺寸控制在【SizeControls】选项组里，提供了对于【Global】、【Layer】、【Areas】、【Lines】或【Keypoint】进行单元尺寸设置和网格清除的功能。

244、单元形状控制在Mesh下拉列表框中可以选择网格划分的对像类型，如Volumes、Areas、Lines或Keypoint。当在下拉列表中选择Areas时，Shape选项组的内容将变为Tri（三角形）和Quad（四边形），可以控制用三角形还是四边形单元对面进行划分；当在下拉列表中选择Volumes时，Shape选项组的内容将变为Hex（六面体）和Tet（四面体），可以控制用六面体还是四面体单元对体进行划分。（与所选的单元类型有关）255、网格划分器选择Free或Mapped

应射网格划分时要求边的边界由3或4条线组成。如果边数大于4时，可通过线的联结满足映射要求：Preprocessor—Meshing—Concatenate—Line如果用pickCorner方式可以不限边数，指定4个映射对应点（1对2，3对4），其他段自适应。体的映射网格划分要注意：体模型应为六面体、楔形体或棱柱体（5个面）、四面体.266、网格划分优化27三、实体模型网格划分1、接受/拒绝网格划分功能提示的设置Preprocessor—Meshing—MesherOpts2、关键点网格划分对于质量单元如Mass21，可用于对关键点进行网格划分。Preprocessor—Meshing—Mesh—Keypoints选点；OK。（也可用KMESH命令：KMESH，1，10----对关键点1到10进行网格划分）注意：当MeshTool面板打开时Mesh菜单上看不到Keypoints和Lines！！！！！283、线网格划分可用LINK单元也可用BEAM单元LINK单元较简单，直接Preprocessor—Meshing—Mesh—Lines即可（尺寸设置入前），BEAM单元除以上操作外还要：定义梁截面；控制截面网格划分：梁的截面信息有梁的实常数信息和形状尺寸Preprocessor—Sections--******在定义截面尺寸时同时进行网格粗细的调节，看网格的情况用Meshview按钮。294、面网格划分PLANE和SHELL单元可以对面进行网格划分，操作方法同前5、体网格划分Preprocessor—Meshing—Mesh—Volumes—free（无论单元类型是什么，free方式自动化分为四面体网格）（如果用meshtool，四面体单元只能free，六面体单元只能Map和sweep）30体网格的扫描网格划分法先指定体积网格划分的属性Preprocessor—Meshing—MeshAttributes—PickedVolumes再设置扫描属性（是否自动选面，扫描线上分多少格，和变化率）：Preprocessor—Meshing—Mesh—VolumeSweep—SweepOpts对原面进行预网格划分设置（设置原面上的网格尺度）：Preprocessor—Meshing—SizeCntrls—ManualSize—Layers—PickedLines扫描生成网格：Preprocessor—Meshing—Mesh—VolumeSweep—Sweep（也可用VSWEEP命令，也可用meshtool直接做）316、网格的修改用新的单元尺寸重新定义划分网格1、用“接受与拒绝”（accept/reject）提示对话框放弃生成的网格，然后重新划分2、清除网格，重新定义网格控制并重新划分网格细化局部网格用网格工具面板中的Refineat，设置细化水平（1--5），细化深度（细化的单元层数），细化要求。32对某一节点进行细化

对单元周围进行细化

33对关键点周围进行细化

对线周围进行细化

34四、网格检查不好的单元形状会使分析结果不准。设置形状检查项目：Preprocessor—CheckingCtrls—ToggleChecksAspectRatioTests纵横比检查Shear/TwistAnglDeviationTests---SHELL28拐角处偏角检查ParalledSideTests平行度偏差检查MaximumAngleTests最大扭角检查JacobianRatioTests----Jacobian

比率检查WarpTests---扭曲因子检查35形状检查控制对话框：（设置与检查网格质量）Preprocessor—CheckingCtrls—ShapeChecking可用来关闭所有检查项目（LevelofShapeChecking设为Off；SaveChange设为Yes）用来设置形状限制参数（LevelofShapeChecking设为On；SaveChange设为Yes）用来显示当前参数（LevelofShapeChecking设为Status；SaveChange设为No）同时也用来查看网格质量（LevelofShapeChecking设为Summary；SaveChange设为No）36五、自适应网格ANSYS提供的近似技术，可以自动估计特定分析类型中（如热分析，但结构的应力应变分析中无此项目！）因为网格划分带来的误差，通过这种误差估计，程序可以确定网格是否足够