《ansys建模和网格划分》第七章 对实体模型进行网格划分

第七章对实体模型进行网格划分7.1如何对实体模型进行网格划分生成节点和单元的网格划分过程包括三个步骤：·定义单元属性（在§7.2中论述）·定义网格生成控制（可选择的）。ANSYS程序提供了大量的网格生成控制，可按需选择。见§7.3和§§7.4对网格控制的论述）。·生成网格（在§7.5中论述）。第二步定义网格生成控制不是必须的，因为缺省的网格生成控制对多数模型生成都是合适的。如果没有指定网格生成控制，程序会在DESIZE命令使用缺省设置生成自由网格。可用Smartsize项替代产生质量更好的自由网格（见本章中的§7.3.5）7.1.1自由网格还是映射网格？在对模型进行网格划分之前，甚至在建立模型之前，对于确定采用自由网格还是映射网格进行分析更为合适是十分重要的。自由网格对于单元形状无限制，并且没有特定的准则。与自由网格相比，映射网格对包含的单元形状有限制，而且必须满足特定的规则。映射面网格只包含四边形或三角形单元，而映射体网格只包含六面体单元。而且，映射网格典型具有规则形状，明显成排的单元。如果想要这种网格类型，必须将模型生成具有一系列相当规则的体或面才能接受映射网格划分。图7─1自由网格和映射网格可用MSHKEY命令或相应的GUI途径（后面有述）选择自由网格或映射网格。注意所用网格控制将随自由网格或映射网格划分而不同。后面将详细说明自由网格和映射网格划分。7.2定义单元属性在生成节点和单元网格之前，必须定义合适的单元属性。即必须设定：·单元类型（如：BEAM3，SHELL61等）。·定义实常数（给定诸如厚度或截面积等单元的几何特性）。·定义材料特性（如杨氏模量、热传导率等）。·单元坐标系·截面号（只对BEAM44，BEAM188和BEAM189单元有效─见§7.5.2）注意：在对梁划分网格时，还需给定方向关键点作为线的属性。§7.5.2对梁网格划分有详细叙述。7.2.1生成单元属性表为定义单元属性，首先必须建立一些单元属性表。典型地包括单元类型（ET命令或菜单途径MainMenuPreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete）、实常数组（R命令或菜单途径MainMenuPreprocessorRealConstants）、材料特性（MP和TB命令，菜单途径MainMenuPreprocessorMaterialPropsmaterialoption）。利用诸如LOCAL、CLOCAL等命令也可以组集坐标系表。（菜单途径UtilityMenuWorkPlaneLocalCoordinateSystemsCreateLocalCSoption）。这个表用来给单元分配单元坐标系。（并非所有的单元类型都可用这种方式分配单元坐标系。参见本手册中§3.5的信息。对于单元的叙述，参见《ANSYSElementsReference》。）对于用BEAM188或BEAM189单元对梁进行网格划分，可用SECTYPE和SECDATA命令建立截面表。（MainMenuPreprocessorSections）注意：方向关键点是线的属性而不是单元的属性。不能生成方向关键点表，详见§§7.2.2。上述单元属性表可见图7－2中的示例。（对生成单元属性表的更多信息参见《ANSYSBasicAnalysisGuide》中的§1。）图7─2单元属性表。查看表的内容可用ETLIST（单元类型表）、RLIST（实常数表）、MPLIST（材料特性表）命令（或选择相应的菜单途径UtilityMenuListPropertiespropertytype）。可用CSLIST（或菜单途径UtilityMenuListOtherLocalCoordSys）命令查看坐标系表。可用SLIST（MainMenuPreprocessorSectionsListSections）命令查看截面表。7.2.2在划分网格之前分配单元属性一旦建立了属性表，通过指向表中合适的条目即可对模型的不同部分分配单元属性。指针就是参考号码集，包括材料号（MAT），实常数集号（REAL），单元类型号（TYPE），坐标系号（ESYS），及用BEAM188或BEAM189单元对梁进行网格划分的截面号（SECNUM）。可以直接给所选定的实体模型图元分配单元属性，或定义缺省的属性集，在后来的生成单元的网格划分操作中使用。注意：如前面提到的，在对梁划分网格时给线分配方向关键点作为其属性，但并不能建立方向关键点表。因此，分配方向关键点为其属性时，必须是直接分配给所选线；不能定义缺省的方向关键点集以备后面网格划分操作所使用。详见7.5.2中关于分配方向关键点的内容。7.2.2.1直接给实体模型图元分配属性给实体模型图元分配单元属性允许对模型的每个区域预置单元属性，从而可以避免在网格划分过程中重置单元属性。（清除实体模型的节点和单元不会删除直接分配给图元的属性。）利用下列命令和GUI途径可直接给实体模型图元分配属性。·给关键点分配属性：命令：KATTGUI:MainMenuPreprocessor-Attributes-DefineAllKeypointsMainMenuPreprocessor-Attributes-DefinePickedKPs·给线分配属性：命令：LATTGUI:MainMenuPreprocessor-Attributes-DefineAllLinesMainMenuPreprocessor-Attributes-DefinePickedLines·给面分配属性：命令：AATTGUI:MainMenuPreprocessor-Attributes-DefineAllAreasMainMenuPreprocessor-Attributes-DefinePickedAreas·给体分配属性：命令：VATTGUI:MainMenuPreprocessor-Attributes-DefineAllVolumesMainMenuPreprocessor-Attributes-DefinePickedVolumes7.2.2.2分配缺省属性仅通过指向属性表的不同条目即可分配缺省的属性集。在生成模型时（即开始划分网格时），程序将从表中给实体模型和单元分配属性。直接分配给实际模型图元（上述）的属性将取代缺省的属性。而且，当清除实体模型图元的节点和单元时，任何通过缺省属性分配的属性也将被删除。分配缺省的属性集：命令：TYPE,REAL,MAT,ESYS,SECNUMGUI:MainMenuPreprocessor-Attributes-DefineDefaultAttribsMainMenuPreprocessor-Modeling-CreateElementsElemAttributes7.2.2.3自动选择维数正确的单元类型有些情况下，ANSYS程序能对网格划分或拖拉操作选择正确的单元类型，当选择为明显正确时，用户不必人为地转换单元类型。特殊地，当未给实体模型图元分配单元类型〔xATT〕并且缺省的单元类型〔TYPE〕对于要执行的操作维数不对时，但已定义单元属性表中只有一个维数正确的单元，那么ANSYS程序会自动地利用此种单元类型执行这个操作。网格划分和拖拉操作受此影响的命令有KMESH、LMESH、AMESH、VMESH、FVMESH、VOFFST、VEXT、VDRAG、VROTAT和VSWEEP。7.2.2.4在节点上定义可变厚度可对壳和梁单元的节点处定义厚度。用下列方法定义可变厚度：命令：RTHICKGUI：MainMenuPreprocessorRealConstantsThicknessFunc壳单元能够对复杂的厚度分布进行造型。例如SHELL63单元允许在它的四个角点上分配不同的厚度。在给定的角点之间假定每个单元厚度是光滑变化的。对一组单元定义一个复杂的厚度变化可能是一个挑战。最坏的情况，每一个单元都有其自己唯一的实常数厚度集。对这些情况，用RTHICK命令可以简化模型的定义。操作步骤由下列输入列表给出并有下面的图形，显示了10×10的矩形用0.5×0.5的正方形SHELL63单元填充。/TITLE,RTHICKExample/PREP7ET,1,63RECT,,10,,10ESHAPE,2ESIZE,,20AMESH,1EPLO图7-3最初的单元厚度可按下列公式定义：thickness=0.5+0.2x+0.02y2.为达到这种变化，可以生成一个数组反映节点号的厚度。（换句话说，数组的Nth值就是节点N处希望的厚度。）MXNODE=NDINQR(0,14)*DIM,THICK,,MXNODE*DO,NODE,1,MXNODE*IF,NDINQR(NODE,1),EQ,1,THENTHICK(node)=0.5+0.2*NX(NODE)+0.02*NY(NODE)**2*ELSETHICK(NODE)=0*ENDIF*ENDDONODE=$MXNODE=最后，用RTHICK函数分配数组的厚度给单元。RTHICK,THICK(1),1,2,3,4/ESHAPE,1.0$/USER,1$/DIST,1,7/VIEW,1,-0.75,-0.28,0.6$/ANG,1,-1/FOC,1,5.3,5.3,0.27$EPLO图7-4带有厚度的壳单元示意图7.3网格划分控制ANSYS程序使用的缺省网格控制也许可以使用户的分析模型生成足够的网格。在此种情况下，不必指定任何网格划分控制。可是，如果使用网格划分控制，则必须在对模型划分网格前设定网格划分控制。网格划分控制能建立用在实体模型划分网格的因素，如单元形状、中间节点位置、单元大小等。此步骤是整个分析中最重要的因素之一，因为此阶段对模型生成的决定将对分析的准确性和经济性有决定性的影响。（在设置网格划分控制时应当考虑的因素详见本手册的规划分析方案。）7.3.1ANSYS网格划分工具ANSYS网格划分工具（MainMenuPreprocessorMeshTool）提供了最常用的网格划分控制和最常用的网格划分操作。网格划分工具是一个交互的“工具箱”，不仅由于它包含了大量的功能（或工具），还因为一旦打开它，它就保持打开的状态直到关闭它或离开前处理PREP7。尽管网格划分工具的所有功能也能通过另外的ANSYS命令和菜单得到，但利用网格划分工具是十分有效的捷径。通过网格划分工具可得的功能包括：·控制SmartSizing水平·设置单元尺寸控制·指定单元形状·指定网格划分类型（自由或映射）·对实体模型图元划分网格·清除网格·细化网格这个向导包含了所有的功能，关于网格划分工具的详细情况，利用上述途径打开它并点击它的帮助按钮。7.3.2单元形状如果打算划分网格的单元类型可以采用不止一种形状，那么应当设置单元形状为最小的那一种。例如，在同一个划分网格的区域的多个面单元可以是三角形或四边形的。单元可是六面体（块）或四面体形状，但建议在同一个模型中不要混用这两种形状的单元。（例外是使用过渡的金字塔形单元，本手册生成§7.3.9中有论述。）7.3.2.1.注意单元形状的退化本章假定用户熟悉单元形状退化的概念。例如，PLANE82单元，它是有八个节点（I、J、K、L、M、N、O、P）的二维结构实体单元。缺省地，PLANE82单元有四边形形状。可是，通过定义相同节点号的K、L、O可形成三角形单元。因此，PLANE82单元可以退化为三角形。如图PLANE82所示该单元的缺省形式和退化形式。图7-5单元形状退化的例子。尽管它有助于用户理解这个概念，当在划分网格前指定单元形状时，不必考虑单元形状是缺省形式还是某一单元的退化形式。相反，可以考虑想要的单元形状本身最简单的形式（四边形，三角形，六面体或四面体）。7.3.2.2指定单元形状用下列方法指定单元形状：命令：MSHAPE,KEY,DimensionGUI:MainMenuPreproce