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由CAD到ANSYS再到FLAC3D建模过程-揭密详细步骤

由 CAD 到 ANSYS 再到 FLAC3D 建模过程-揭密详细步骤 2008-05-28 17:38:54| 分类: 默认分类 | 标签:无 |字号 订阅 1.首先把纸上的建模图形, autocad 中建立由点线弧线组成的模型, 在 注意线和线加在一起, 2.使用 autocad to ansys 转换软件,将 autocad 的图形转换为 ansys 命令流后。保存为文 本文件.txt。 3.在 ansys 中建模 ①导入命令流:read ②建立面:通过 create-area-by key points ,依次选择四个角点,建立面。 ③分离线和面:operate(操作)-divide(分开)-area by line-参数全选 pick alls。 ④划分线:使用 mesh tool 工具,将模型的每条边线进行划分,划分过程中要注意线与线 的对应关系。一般划分的断数为偶数,如 6、8、10 等。 ⑤拷贝点并连线:使用 copy(拷贝)命令,将四个角点中的一个沿 Z 方向上拷贝生成一个新 的点。拷贝的距离视个人计算情况来确定,一般二维选择 1 个单位。使用 create-lines- by key points 将⑤中的两点连起来,建立线,并划分成 1 个单元。 ⑥拉伸面成体:operate(操作)-extrude(拉伸)-area along lines-area 参数全选, lines 选择⑤生成的线。 ⑦设置不同体、不同材料属性参数。调用 vatt.txt 文件来设定。vatt.txt 文件内容如下: *do,i,1,154 vsel,s,,,i vatt,i,, *enddo alls ⑧设置单元类型,在命令行键入“et,1,45” 。 ⑨划分体单元,利用 mesh tool 工具选择 volumes 体项中的 hex 项中的 mesh 或 swap 项。 由里到外,按顺序进行划分,先用 mesh 进行划分,mesh 划分不了的用 swap 进行划分。 ⑩建立导入到 FLAC 的文件:先在菜单中选择 list-nodes 按缺省设置进行保存。生成节点 文件 nodes.txt。 然后在 processor-create-element-write element dat.file,保存到上面 nlist 目录 下。导出 ansys 中 elemnt 和 node 的属性参数,存入 txt, 4.运行 node.exe。查看节点数。 5.运行 ansystoflac.exe。输入节点数,单元数生成。 6.在 flac 中 call――ansystoflac.dat 文件,即可。 关于ansys建模后使用flac3d计算。 1.ansys建模:ansys7.1 单元类型 soild 45 建模后,用 list 命令显示结点信 息,并 save as 文件名为 nlist.lis. 2.单元信息的输出用 processor----create--element----write to file 单元信息输 出文件名为 element.dat 3.然后运行 node.exe 生成 node.dat 4.运行 ansys to flac3d,按提示输入结点数,单元数,生成文件 outforflac.dat 5.通过 f'lac3d 中 call 命令读入 outforfl3c3d 即可。 或者运行 cjiao2000 版主的 程序,后出现如下界面,调入节点文件 nlist.lis 和单元文件 element.dat。单击转换,将生成的文字拷贝并保存成文本文件。然后在 FLAC 中调用保存的 文本文件即可。

Christian 的 原创.Ansys 划分网格 第二章 划分网格

学习要点 分配单元属性 网格划分的控制 有限元网格模型生成 编号控制 本章小结

2.1 有限元网格概论 生成节点和单元的网格划分过程包括以下 3 个步骤: ① 定义单元属性

② 定义网格生成控制(非必须),ANSYS 程序提供了大量的网格生成控 制,用户可按需要选择。 ③ 2.2 设定单元属性 在生成节点和单元网格之前,必须定义合适的单元属性,包括如下几项: ① ② ③ ④ ⑤ 单元类型(例如。BEAM3,SHELL61 等)。 实常数(例如厚度和横截面积)。 材料性质(例如杨氏弹性模量、热传导系数等)。 单元坐标系。 截面号(只对 BEAM44,BEAM188,BEAM189 单元有效)。 生成网格。

注意:对于梁结构网格的划分,用户有时候需要指定方向关键点。 2.2.1 生成单元属性表 为了定义单元属性,首先必须建立一些单元属性表。典型的包括单元类型、实常数、 材料性质。 利用 LACAL、CLOCAL 等命令可以创建坐标系表。这个表用来给单元分配单元坐标系。 注意:并非所有的单元类型都可用这种方式来分配单元坐标系。

对于用 BEAM44、 BEAM188、 BEAM189 单元划分的梁网格, 可利用命令 SECTYPE 和 SECDATA 创建截面号表格。 注意:方向关键点是线的属性而不是单元属性,用户不能创建方向关键点表格。 用户可以用 命令 ETLIST 来显示单元类型, 命令 RLIST 来显示实常数, 用 用命令 MPLIST 来显示材料属性。另外,用户还可以用命令 CSLIST 来显示坐标系,用命令 SLIST 来显示截 面号。 2.2.2 在划分网格之前分配单元属性 一旦建立了单元属性表,用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)、实常数号(TEAL)、单元类型号(TYPE)、 坐标系号(ESYS),以及使用 BEAM188 和 BEAM189 单元时的截面号(SECNUM)。可以直接给 所选的实体模型图元分配单元属性,或者定义默认的属性在生成单元的网格划分中使用。 注意:如前面所提到的,在给梁划分网格时,给线分配的方面关键点是线的属性而不 是单元属性, 所以必须是直接分配给所选线, 而不能定义默认的方向关键点以备后面划分网 格时直接使用。 1 直接给实体模型图元分配单元属性 给实体模型分配单元属性时,允许对模型的每个区域预置单元属性,从而避免在网格 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。 利用下列命令和对应的 GUI 路径可以直接给实体模型分配单元属性。 2 分配默认属性 用户可以通过指向属性表的不同条目来分配默认的属性,在开始划分网格时,ANSYS 程序会自动将默认属性分配给模型。 直接分配给模型的单元属性将取代上述默认属性, 而且, 当清除实体模型图元的节点和单元时,其默认的单元属性也将被删除。 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, 当选择明显正 确时,用户不必认为转换单元类型。 特殊的, 当未将单元类型 (xATT) 直接分配给实体模型时, 或者默认的单元属性 (TYPE) 对于要执行的操作维数不对时, 而且已定义的单元属性表中只有已个维数正确的单元, ANSYS 程序会自动利用该种单元类型执行这个操作。 受此影响的网格划分和拖拉操作命令有:KMESH、LMESH、AMESH、VMESH 等。 4 在节点处定义不同的厚度 用户可以利用下列方式对壳单元在节点处定义不同的厚度(RTHICK)。 壳单元可以模拟复杂的厚度分布。以 SHELL63 为例,允许给每个单元的 4 个角点指定 不同的厚度, 单元内部的厚度假定是在四个角点厚度之间光滑变化。 给一群单元指定复杂的

厚度变化是有一定难度的, 特别是没一个单元都需要单独指定其角点厚度的时候, 在这种情 况下,利用命令 RTHICK 能大大简化模型定义。 2.3 网格划分的控制 网格划分控制能建立用在实体模型划分网格时的因素,例如单元形状、中间节点位置、 单元大小等。 此步骤时整个分析种最重要的步骤之一, 因为此阶段得到的有限员网格将对分 析的准确性和经济性起决定作用。 2.3.1 ANSYS 网格划分工具(MESH TOOL) ANSYS 网格划分工具提供了最常用的网格划分控制和网格划分操作的便捷途径。 其功能 主要包括: ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 2.3.2 单元形状 ANSYS 程序允许在同一个划分区域出现多种单元形状, 例如同一区域的面单元可以是四 边形也可以是三角形,但建议尽量不要在同一个模型中混用六面体或四面体单元。 下面简单介绍一下单元形状的退化。如图 2-4 所示,用户在划分网格时,应该尽量避 免使用退化单元。 如果正在使用 MSHAPE 命令,维数(2D 或 3D)的值表明待划分的网格模型的维数,KEY 值(0 或 1)表示划分网格的形状: 有些情况下,MSHAPE 命令及合适的网格划分命令(AMESH、YMESH 或相应的 GUI 路径) 确定。例如?? 2.3.3 选择网格划分类型 除了指定单元形状外, 还需要指定对模型进行网格划分的类型 (自由划分或映射划分) 。 单元形状(MSHAPE)和网格划分类型(MSHKEY)的设置共同影响网格的生成,表 2-1 列出了 ANSYS 程序支持的单元形状和网格划分类型。 表 2-1 ANSYS 支持的单元形状和网格划分类型 单元形状 自由划分 映射划分 既可以映射有可 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。 细化网格。

四边形 三角形 六面体 四面体

YES YES NO YES

YES YES YES NO

以自由 YES YES NO NO

2.3.4 控制单元边中点的位置 当使用二次单元划分网格时,可以控制中间节点的位置。有以下两种选择: ① 置。 ② 设置所有单元的中间节点且单元边是直的,此选项允许沿曲线进行 粗糙的网格划分,但是模型的弯曲并不与之相配。 可用如下方法控制中间节点的位置: 命令:MSHMID GUI:MAIN>PREPROCESSOR>MESHING>MESHER OPTS。 2.3.5 划分自由网格时的单元尺寸控制(SmartSizing) 默认的,DESIZE 命令方法控制单元大小在自由网格划分中的使用,但一般推荐使用 SmartSizing,为打开 SmartSizing,只要在 SMARTSIZE 命令中指定单元大小即可。 ANSYS 中有两种 SmartSizing 控制:基本控制和高级控制。 1 基本控制 利用基本控制,可以简单指定网格划分的粗细程度,从 1(细网格)到 10(粗网格), 程序会自动设置一系列独立的控制值用来生成想要的网格大小,方法如下: 命令:SMRTSIZE,SIZLVL。 GUI:Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>SmartSize>Basic 2 高级控制 ANSYS 还允许用户使用高级方法专门设置人工控制网格质量,方法如下: 命令:SMRTSIZE 和 ESIZE 2.3.6 映射网格划分中单元的默认尺寸 DESIZE 命令常用来控制映射网格划分的单元尺寸,同时也用在自由网格划分的默认设 置,但是,对于自由网格划分,建议使用 SmartSizing(SMRTSIZE)。 边界区域单元在中间节点沿着边界线或面的弯曲方向,这是默认设

对于较大的模型,通过 DESIZE 命令查看默认的网格尺寸是明智的,可通过显示线的分 割来观察将要划分的网格情况。查看网格划分的步骤如下 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 建立实体模型 选择单元类型 选择容许的单元形状(MSHAPE) 选择网格划分类型(自由或映射)(MSHKEY) 输入 LESIZE,ALL(通过 DESIZE 规定调整线的分割数)。 显示线(LPLOT)。

如果觉得网格太粗糙,可用通过改变单元尺寸或者线上的单元分数来加密网格,方法 如下。 选择 GUI 路径 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Layers>Picked Lines 将弹出“Elements Size on Picked Lines”菜单,单击屏幕上的相应线段,单击 OK 按钮, 将弹出“Elements Size in Picked Lines”对话框, 如图 2-8 所示。 在“SIZE Element edge length”后面输入具体数值(他表示单元尺寸),或者是在“NDIV No of element division”后面输入正整数(它表示所选择的线段上的单元份数),然后单击 OK 按钮,即 可重新划分网格。 2.3.7 局部网格划分控制 在许多情况下,对结构的物理性质来说,用默认单元尺寸生成的网格不合适,例如有 应力集中或者奇异的模型。在这个情况下,需要将网格局部细化,有如下 3 种方法: 1 通过表面的边界的单元尺寸控制总体的单元尺寸,或者控制每条线划分的单元数。 命令:ESIZE 2 控制关键点附件的单元尺寸: 命令:KESIZE 3 控制给定线上的单元数: 命令:LESIZE 以上叙述的所有定义尺寸的方法都可以一起使用,但应遵循一定的优先级别,具体说 明如下: l 用 DESIZE 定义单元尺寸时, 对任何给定线, 沿线定义的单元尺寸优先级是: 用 LESIZE 指定的为最高级,KESIZE 次之,ESIZE 再次之,DESIZE 最低级。

l 用 SMRTSIZE 定义单元尺寸时,优先级是:LESIZE 为最高级,KESIZE 次之, AMRTSIZE 为最低级。 2.3.8 内部网格划分控制 前面关于网格尺寸的讨论集中在实体模型边界的外部单元尺寸的定义(LESIZE、ESIZE 等),然而,也可以在面的内部(即非边界处)没有可以引导网格划分的尺寸线处控制网格 划分,方法如下: 命令:MOPT 1 控制网格的扩展 MOPT 命令种的 Lab=EXPND 选项可以用来引导在一个面的边界处将网格划分得较细,而 内部则较粗,如图 2-10 所示。 图 2-10 中,左边网格是由 ESIZE 命令 (GUI 路径:Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>Global>Size) 对面进行设定生成得,右边网格是利用 MOPT 命令得扩展功能(Lab=EXPND)生成的, 其区别显而易见。 2 控制网格的过渡 如图 2-10(b)种的网格还可以进一步改善,MOPT 命令中的 Lab=TRANS 项可以用来控 制网格从细到粗的过渡,如图 2-11 所示。 3 控制 ANSYS 的网格划分器 可用 MOPT 命令控制表面网格划分器 (三角形和四边形) 四面体网格划分器, ANSYS 和 使 执行网格划分操作(AMESH、VMESH)。 命令:MOPT GUI:Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesher Opts。 弹出 Mesher Options 对话框,如图 2-12 所示。在该对话框,AMESH 后面的下拉列表 对应三角形表面网格划分,包括 Program chooses(默认)、main、Alternate 和 Alternate2 四个选项:QMESH 下拉列表对应四边形表面网格划分,包括“main 和 Alternate 3 项,其中 main 又称为 Q-Morph(quad-morphing)网格划分器,它多数情况下能得到高质量的单元,如 图 2-13 所示,另外 Q-Morph 网格划分器要求面的边界线的分割总数是偶数,否则将产生三 角形单元; VMESH 对应四面体网格划分, 包括“Program choose(默认)”、 Alternate 和 main3 项。 4 控制四面体单元的改进 ANSYS 程序允许对四面体单元作进一步改进,方法如下: 命令:MOPT,TIMP,Value

GUI:Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesher Opts。 弹出”Mesher Options”对话框,如图 2-12 所示。在该对话框中,TIMP 后面的下拉 列表中显示四面体单元改进的程度,从 1 到 6,1 表示提供最小的改进,5 表示对线性四面 体单元提供最大的改进,6 表示对二次四面体单元提供最大的改进。 2.3.9 生成过渡棱锥单元 ANSYS 程序在下列情况下会生成过渡的棱锥单元: l 用户准备对体用四面体单元划分网格,待划分的体直接与已用六面体单元 划分网格的体相连。 l 网格划分。 用户准备用四面体单元划分网格,而目标体上至少由一个面已经用四边形

当对体用四面体单元进行网格划分时,为生成过渡棱锥单元,应先满足如下条件: 设定单元属性时,需确定给体分配的单元类型可以退化为棱锥形状,这种单元包括 SOLID62,VISCO89,SOLID95,SOLID96,SOLID97,SOLID117,HF120,SOLID122,FLUID142 和 SOLID186,ANSYS 对除此以外的任何单元都不支持过渡的棱锥单元。 设置网格划分时,激活过渡单元表面使三维单元退化。 激活过渡单元(默认的方法如下): 命令:MOPT,PYRA,ON GUI: Main>Preprocessor>Meshing>Mesher Opts 生成退化三维单元的方法如下: 命令:MSHAPE,1,3D GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesher Opts 2.3.10 将退化的四面体单元转化为非退化的形式 在模型中生成过渡的棱锥单元之后, 可将模型中的 20 节点退化四面体单元转化成相应 的 10 节点非退化单元,方法如下: 命令:TCHG,ELENM1,ELEM2,ETYPE2 GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Modify Mesh>Change Tets 不论是使用命令方法还是 GUI 路径,用户都将按表 2-2 转换合并的单元。 表 2-2 物理特 ELEM1 ELEM2

性 结构 热学 静力学 SOLID95 或 95 SOLID90 或 90 SOLID122 或 122 SOLID92 或 92 SOLID87 或 87 SOLID123 或 123

执行单元转化的好处在于节省内存空间,加快求解速度。 2.3.11 执行层网格划分 ANSYS 程序的层网格划分功能(当前只能对 2 维面)能生成线性梯度的自由网格: ① ② 沿线只有均匀的单元尺寸(或适当的变化)。 垂直于线的方向,单元尺寸和数量有急剧过渡。

这样的网格适于模拟 CFD 边界层的影响以及电磁表面层的影响等。 用户可以通过 ANSYS GUI,也可以通过命令对选定的线设置层网格划分控制。如果用 GUI 路径, 则选择 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Tool, 显示网格划分工具控制器, 单击 Layer 相邻的设置按钮打开选择线的对话框,接下来是“Area Layer Mesh Controls on Picked Lines”对话框,可在其上指定单元尺寸(SIZE)、线分割数(NDIV)、线间距比率 (SPACE)、内部网格的厚度(LAYER1)和外部网格的厚度(LAYER2)。 注意:LAYER1 的单元是均匀尺寸的,等于在线上给定的单元尺寸;LAYER2 的单元尺寸 会从 LAYER1 的尺寸缓慢增加到总体单元的尺寸;另外,LAYER1 的厚度可以用数值指定也可 以利用尺寸系数 (表示网格层数) 表示, 如果是数值, 则应该大于或等于给定线的单元尺寸; 如果是尺寸稀疏,则应该大于 1,如图 2-15 所示是层网格的实例。 如果想删除选定线上的层网格划分控制,选择网格划分工具控制器上包含 LAYER 的清 除按钮即可。 用户也可以用 LESIZE 命令定义层网格划分控制和其他单元特性,在此不再细说。 用下列方法可查看层网格划分尺寸规格: 命令:LLIST GUI: Utility Menu>List>Lines 2.4 自由网格划分和映射网格划分控制 前面主要讲述可用的网格划分控制,现在集中讨论适合于自由网格划分和映射网格划 分的控制。 2.4.1 自由网格划分 自由网格划分,对实体模型无特殊要求。任何几何模型,尽管是不规则的,也可以进 行自由网格划分。所用单元形状依赖于对面还是对体进行网格划分。对面时,自由网格可以 是四边形,也可以是三角形,或两者混合;对体时,自由网格一般是四面体单元,棱锥单元 作为过渡单元也可以加入到四面体网格中。

如果选择的单元类型严格的限定为三角形或四面体(例如 PLANE2 和 SOLID92),程序 划分网格时只用这种单元。但是,如果选择的单元类型允许多于一种形状(例如 PLANE82 和 SOLID95),可通过下列方法指定用哪一种(或几种)形状。: 命令:MSHAPE GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesher Opts 另外还必须指定对模型用自由网格划分: 命令:MSHKEY,0 GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesher Opts 对于支持多于一种形状的单元,默认的会生成混合形状(通常四边形单元占多数)。 可用“MSHAPE,1,2D 和 MSHKEY,0”来要求全部生成三角形网格。 注意:可能会遇到全部网格都必须为四边形网格的情况。当面边界上总的线分割数为 偶数时,面的自由网格划分会全部生成四边形网格,并且四边形单元质量还比较好,通过打 开 SmartSizing 项并让它来决定合适的单元数, 可以增加面边界的缝总数为偶数的几率 (而 不是通过 LESIZE 命令人工设置任何边界划分的单元数)。应保证四边形分裂项关闭 “MOPT,SPLIT,OFF”,以使 ANSYS 不将形状较差的四边形单元分裂成三角形。 使体生成一种自由网格,应当选择只允许一种四面体形状的单元类型,或利用支持多 种形状的单元类型并设置四面体一种形状功能“MSHAPE,1,3D 和 MSHKEY,0”。 自由网格划分操作生成的单元尺寸依赖于 DESIZE3E,ESIZE,KESIZE 和 LESIZE 的当前设 置。如果 SmartSizing 打开,单元尺寸将由 AMRTSIZE 及 ESIZE,DESIZE 和 LESIZE 决定。对 自由网格划分推荐使用 SmartSizing。 另外,ANSYS 程序有一种成为扇形网格划分的特殊自由网格划分,适于设计 TARGE170 单元对三边面进行网格划分的特殊接触分析。 当三个边中有两个边只有一个单元分割数, 且 另外一边有任意单元分割数时,其结果成为扇形网格,如图 2-16 所示。 记住,使用扇形网格必须满足下列 3 个条件: ①必须对三边面进行网格划分,其中两边必须只分一个网格,第三边分任何数目。 ②必须使用 TARGE170 单元进行网格划分。 ③必须使用自由网格划分。 2.4.2 映射网格划分 映射网格划分要求面或体有一定的形状规则,它可以指定程序全部用四边形面单元、 三角形单元或者六面体单元生成网格模型。 映射网格划分生成的单元尺寸依赖于 DESIZE 及 ESIZE,KESIZE,LESIZE 和 AESIZE 的设 置(或相应 GUI 路径:Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>option)。

注意:SmartSizing(SMRTSIZE)不能用于映射网格划分,另外,硬点不支持映射网格划 分。 1 面映射网格划分 面映射网格包括全部是四边形单元或者全部是三角形单元,面映射网格须满足以下条 件: ①该面必须是三条边或者四条边(有无连接均可)。 ②如果是四条边,对边必须划分为相同数目的单元,或者是划分一过渡型网格。如果 是三条边,则线分割总数必须为偶数且每条边的分割数相同。 ③网格划分必须设置为映射网格。 如图 2-17 所示为一面映射网格的实例。 如果一个面多于四条边,则不能直接用映射网格划分,但可以使某些线合并,或者连 接时总线数减少到 4 条之后再用映射网格划分,如图 2-18 所示,方法如下: 连接线。 命令:LCCAT GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Mapped>Concatenate>Lines 合并线。 命令:LCOMB GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Lines 需指出的是,线、面或体上的关键点将生成节点,因此,一条连接线至少有线上已定 义的与关键点数同样多的分割数,而且,指定的总体单元尺寸(ESIZE)是针对原始线而不 是针对连接线,如图 2-19 所示。用户不能直接给连接线指定线分割数,但可以对合并线 (LCOMB)指定分割数,所以通常来说,合并线比连接线有一些优势。 命令 AMAP(GUI:Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Mapped>By Corners) 提供了获得映射网格划分的最便捷途径, 它使用所指定的关键点作为角点并连接关键点之间 的所有线,面自动全部用三角形或四边形单元进行网格划分。 对于前面连接的例子,现利用 AMAP 方法进行网格划分。注意到在已选定的几个关键点 之间有多条线,在选定面之后,已按任意顺序拾取关键点 1、3、4 和 6,得到映射网格,如 图 2-20 所示。 另一种生成映射网格的途径是指面的对边的分割数,以生成过渡映射四边形网格,如 图 2-21 所示。需指出的是,指定的线分割数必须与图 2-22 和图 2-23 的模型相对应。 除了过渡映射四边形网格之外,还可以生成过渡映射三角形网格。为生成过渡映射三 角形网格 ,必须使用支持三角形的单元类型,且须设定为映射划分 (MSHKEY,1),并指定

形状为容许三角形(MSHAPE,1,2D)。实际上,过渡映射三角形网格的划分是在过渡映射四 边形网格划分的基础上自动将四边形网格分割成三角形,如图 2-24 所示,所以,各边的线 分割数目依然必须满足图 2-22 和图 2-23 的模型。 2 体映射网格划分 要将体全部划分为六面体单元,必须满足以下条件: ①该体的外形应为块状(6 个面)、楔形或棱柱(5 个面)、四面体(4 个面)。 ②在边上必须划分相同的单元数,或分割符合过渡网格形式适合六面体网格划分。 ③如果是棱柱或者四面体,三角形面上的单元分割数必须是偶数,如图 2-25 所示。 与面网格划分的连接线一样,当需要减少围成体的面数以进行映射网格划分时,可以 对面进行加(AADD)或者连接(ACCAT)。如果连接面有边界线,线也必须连接在一起,必 须线连接面,再连接线,举例如下(命令流格式): 说明:一般来说,AADD(面为平面或者共面时)的连接效果优于 ACCAT。 如上所述,在连接面(ACCAT)之后一般需要连接线(LCCAT),但是,如果相连接的 两个面都是由 4 条线组成(无连接线)的,则连接线操作会自动进行,如果 2-26 所示,另 外须注意,删除连接面并不会自动删除相关的连接线。 命令:ACCAT. GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Concatenates>Areas Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Mapped 将面相加的方法如下: 命令:AADD GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operates>Booleans>Add>Areas 注意: ACCAT 命令不支持用 IGES 功能输入的模型, 但是, 可用 ARMERGE 命令合并由 CAD 文件输入模型的两个或更多面。而且,当以此方法使用 ARMERGE 命令时,在合并线之间删除 了关键点的位置而不会有节点。 与生成过渡映射面网格类似, ANSYS 程序允许生成过渡映射体网格。 过渡映射体网格的 划分只适合六面体(有无连接面均可),如图 2-27 所示。 2.5 给实体模型划分有限元网格 构造好几何模型、定义了单元属性和网格划分控制之后,即可生成有限元网格了,通 常建议用户在划分网格之前线保存模型,方法如下: 命令:SAVE

GUI: Utility Menu>File>Save as Jobname.db 2.5.1 用 xMESH 命令生成网格 为对模型进行网格划分,必须使用适合待划分网格图元类型的网格划分操作,对关键 点、线、面和体分别使用下列命令和 GUI 菜单路径进行网格划分: 1 在关键点处生成点单元(如 MSAA21)。 命令:KMESH GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Keypoints 2 在线上生成线单元(如 LINK31) 命令:LMESH GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Lines 3 在面上生成面单元(如 PLANE82) 命令:AMESH,AMAP GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Mapped>3 or 4 sided Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Target Surf Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Mapped>By Corners 4 在体上生成体单元(如 SOLID90) 命令:VMESH GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Mapped>4 to 6 sided Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free 5 在分界线或者分解面处生成单位厚度的界面单元(如 INTER192) 命令:IMESH GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Interface Mesh>2D Interface Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Interface Mesh>3D Interface 另外还需要说明的是,使用 xMESH 命令有如下几点注意事项:

有时需要对实体模型用不同维数的多种单元划分网格。例如,带筋的壳有梁单元(线 单元)和壳单元(面单元),另外还有用表面作用单元(面单元)覆盖于三维实体单元(体 单元) 这种情况可按照任意顺序使用相应的网格划分操作 。 (KMESH,LMESH,AMESH 和 VMESH) , 只需在划分网格之前设置合适的单元属性。 无论选取何种网格划分器(MOPT,VMESH,Value),在不同的硬件平台上对统一模型进 行划分可能会得到不同的网格结果,这是正常。 2.5.2 生成带方向节点的梁单元网格 可定义方向关键点作为线的属性对梁进行网格划分,方向关键点与待划分的线是独立 的,在这些关键点位置处,ANSYS 会沿着梁单元自动生成方向节点。支持这种方向节点的单 元有:BEAM4,BEAM24,BEAM44,BEAM161,BEAM188 和 BEAM189。定义方向关键点的方法如下: 命令:LATT GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>All Lines Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Picked Lines 如果一条线由两个关键点(KP1 和 KP2)组成且两个方向关键点(KB 和 KE)已定义为 线的属性,方向矢量在线的开始处从 KP1 延伸到 KB,在线的末端从 KP2 延伸到 KE。ANSYS 通过上面给定两个方向矢量的插入方向来计算方向节点。如图 2-28,图 2-29,图 2-30, 图 2-31。 下面简单介绍定义带方向节点梁单元的 GUI 菜单路径: ①选择菜单路径 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Piked Lines, 弹出 Line Attributes 对话框,如图 2-32 所示,在其中选择相应材料号(MAT)、实常数 号(REAL)、单元类型号(TYPE)和梁截面号(SECT),然后在 Pick Orientation Keypoints 后面单击使其显示为 Yes,单击 OK 按钮。在继续弹出的选择关键点的对话框中,选择适当 的关键点作为方向关键点。 注意:第一个选中的关键点将作为 KB,第二个将作为 KE,如果只选择了一个 ,那么 KE=KB。这之后就可以按普通的梁那样划分梁单元,在此不详述。 ②如果想屏幕显示带方向点的梁单元,选择菜单路径 Utility Menu>PlotCtrls>Style>Size and Shape,弹出 Size and Shape 对话框,如图 2-33 所示, 在 ESHAPE 后面单击 On,然后单击 OK 按钮,屏幕即会显示如图 2-31 所示的梁单元。 2.5.3 在分界线或者分界面处生成单元厚度的界面单元 为了真实模拟模型的接缝,有时候必须划分界面单元,用户可以用线性的或者非线性 的 2D 或者 3D 分界面单元在结构单元之间的接缝层划分网格。 2-34 是一个接缝模型的实 图 例,下面针对该模型简单介绍一下如何划分界面网格。 1 定义相应的材料属性和单元属性。 2 利用 AMESH 或者 VMESH(或者相应的 GUI 路径)给包含源面(如图 2-34 所示)的实体 划分单元。

3 利用 IMESH,LINE;或者 IMESH,AREA;或者 VDRAG 命令(或者相应的 GUI 路径)给接 缝处(即分界层)划分单元。 4 利用 AMESH 或者 VMESH(或者相应的 GUI 路径)给包含目标面(如图 2-34 所示)的 实体划分单元。 2.6 延伸和扫掠生成有限元模型 下面介绍一些相对上述方法而言更为简便的划分网格模式,即拖拉、旋转和扫掠生成 有限员网格模型。其中延伸方法主要用于利用二维模型和二维单元生成三维模型和三维单 元,如果不指定单元,那么就只会生成三维几何模型,有时候它可以成为布尔操作的替代方 法 ,而且通常更为简便,详见 2.6.1 节。扫掠方法是利用二维单元在已有的三维几何模型 上生成三维单元, 详见 2.6.2 节, 该方法对于从 CAD 中输入的实体模型通常特别游泳。 显然, 延伸方法与扫掠方法最大的区别在于:前者能在二维几何模型的基础上生成新的三维模型, 同时划分好网格,而后者必须是在完整的几何模型基础上来划分网格。 2.6.1 延伸生成网格 先用下面方法指定延伸(Extrude)的单元属性,如果不指定的话,后面的延伸操作都 只会产生相应的几何模型而不会划分网格。另外,值得注意的是:如果想生成网格模型,则 在源面(或者线)上必须划分相应的面网格(或者线网格): 命令:EXTOPT GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Elem Ext Opts. 弹出“Element Extrusion Options”对话框,如图 2-35 所示,指定想要生成的单元 类型(TYPE)、材料好(MAT)、实常数(REAL)、单元坐标系(ESYS)、单元数(VAL1)、 单元比率(VAL2),以及指定是否要删除源面(ACLEAR)。 用以下命令可以执行具体的延伸操作: 1 面沿指定轴线旋转生成体。 命令:VROTATE。 GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Areas>About Axis 2 面沿指定方向延伸生成体。 命令:VEXT GUI: Main Menu>Preprocesso>Modeling>Operate>Extrude>Areas>By XYZ Offset 3 面沿其法线生成体。 命令:VOFFST GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Areas>Along Normal

另外需要提醒用户的是,当使用 VEXT 或者相应 GUI 的时候,弹出“Extrude Areas by XYZ Offset”对话框,如图 2-36 所示,其中 DX.、DY、DZ 表示延长的方向和长度,而 RX、 RY、RZ 表示延长时的放大倍数,示例如图 2-37 所示。 4 面沿指定路径延长生成体 命令:VDRAG GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Areas>Along Lines 5 线沿指定轴线旋转生成面。 命令:AROTATE GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Lines>About Axis 6 线沿指定路径延伸生成面。 命令:ADRAG GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Lines>Along Lines 7 关键点沿指定轴线旋转生成线 命令:LROTATE GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Keypoints>About Axis 8 关键点沿指定路径延伸生成线。 命令:LDRAG GUI:,Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Keypoints>Along Lines 如果不在 EXTOPT 中指定单元属性,那么上述方法只会生成相应的几何模型,有时候可 以将它们作为布尔操作的替代方法, 如图 2-38 所示, 可以将空心球截面绕直径旋转一定角 度直接生成。 2.6.2 扫掠生成网格 在激活体扫掠(VSWEEP)之前按以下步骤进行: 1 确定体的拓扑模型能够进行扫掠, 如果是下列情况之一则不能扫掠: 体的一个或多个 侧面包含多于一个环;体包含多于一个壳;体的拓扑源面于目标面不是相对的。 2 确定已定义合适的二维和三维单元类型,例如,如果对源面进行预网格划分,并想扫 掠成包含二次六面体的单元,应当先用二次二维面单元对源面划分网格。 3 确定在扫掠操作中如何控制生成单元层数, 即沿扫掠方向生成的单元数。 可知如下方 法控制:

命令:EXTOPT,ESIZE,Val1,Val2. GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Volumes Sweep>Sweep Opts 弹出 Sweep Options 对话框,如图 2-39 所示。框中各项的意义依次是:是否清除源 面的面网格, 在无法扫掠处是否用四面体单元划分网格, 程序自动选择源面和目标面还是用 户手动选择, 在扫掠方向生成多少单元数, 在扫掠方向生成的单元尺寸比率。 其中关于源面、 目标面、扫掠方向和生成单元数的含义如图 2-40 所示。 4 确定体的源面和目标面。 ANSYS 在源面上使用的是面单元模式 (三角形或者四边形) , 用六面体或者楔形单元填充体。目标面是仅与源面相对的面。 5 有选择的对源面、目标面和边界面划分网格。 体扫掠操作的结果会因在扫掠前是否对模型的任何面(源面、目标面和边界面)划分 网格而不同。典型情况是用户在扫掠之前对源面划分网格,如果不划分,则 ANSYS 程序会自 动生成临时面单元,在确定了体扫掠模式之后就会自动清除。 在扫掠前确定是否预划分网格应当考虑以下因素: ①如果想让源面用四边形或者三角形映射网格划分,那么应当预划分网格。 ②如果想让源面用初始单元尺寸划分网格,那么应当预划分。 ③如果不预划分网格,ANSYS 通常用自由网格划分。 ④如果不预划分网格, ANSYS 使用有 MSHAPE 设置的单元形状来确定对源面的网格划分。 “MSHAPE,0,2D”生成四边形单元,“MSHAPE,1,2D”生成三角形单元。 ⑤如果与体关联的面或者线上出现硬点则扫掠操作失败,除非对包含硬点的面或者线 预划分网格。 ⑥如果源面和目标面都进行预划分网格,那么面网格必须相匹配。不过,源面和目标 面并不要求一定都划分成映射网格。 ⑦在扫掠之前,体的所有侧面(可以有连接线)必须是映射网格划分或者四边形网格 划分,如果侧面为划分网格,则必须有一条线在源面上,还有一条在目标面上。 ⑧有时候,尽管源面和目标面的拓扑结构不同,但扫掠操作依然可以成功,只需要采 用适当的方法既可。如图 2-41 所示,将模型分解成两个模型,分别从不同方向扫掠就可生 成合适的网格。 用户可以如下方法激活体扫掠: 命令:VSWEEP,VNUM,SRCA,TRGA,LSMO GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Volume Sweep>Sweep 如果用 VSWEEP 命令扫掠体,须指定变量值:待扫掠体(VNUM)、源面(SRCA)、目标 面(TRGA),另外可选用 LSMO 变量指定 ANSYS 在扫掠体中是否执行线的光滑处理。

如果采用 GUI 菜单路径,则按下列步骤执行: ①选择菜单路径 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Volume Sweep>Sweep,弹出 体扫掠选择框。 ②选择待扫掠的体并单击 Apply 按钮。 ③选择源面并单击 Apply 按钮。 ④选择目标面,单击 OK 按钮。 图 2-42 是一个体扫掠网格的实例,其中图(a)和图(c)表示没有预网格直接执行 体扫掠的结果,图(b)和图(d)表示在源面上划分映射预网格然后执行体扫掠的结果,如 果用户觉得这两种网格结果都不满意,可以考虑图(e)、图(f)、图(g)形式,步骤如 下: ①清除网格(VCLEAR)。 ②通过在想要分割的位置创建关键点来对源面的线和目标面的线进行分割(LDIV), 如图(e)所示。 ③按图(e)将源面上增线的线分割复制到目标面的相应新增线上(新增线是步骤 2 产 生的)。该步骤可以通过网格划分工具实现,菜单路径为:Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool。 ④手工对步骤(2)修改过的边界面划分映射网格,如图(f)所示。 ⑤重新激活和执行体扫掠,结果如图(g)所示。 2.7 修正有限员模型 本节主要叙述一些常用的修改有限员模型的方法,主要包括: l l l l 局部细化网格。 移动和复制节点和单元。 控制面、线和单元的法向。 修改单元属性。

2.7.1 局部细化网格 通常碰到下面两种情况时,用户需要考虑对局部区域进行细化: 用户已经将一个模型划分了网格,但想在模型的指定区域内得到更好的网格。 用户已经完成分析,同时根据结果想在感兴趣的区域得到更精确的解。

注意: 对于由四面体组成的体网格, ANSYS 程序语序用户在指定的节点、 单元、 关键点、 线或者面的周围进行局部细化网格,但非四面体单元(例如六面体、楔形、棱锥等)不能进 行局部细化网格。 下面具体介绍利用命令或者相应 GUI 菜单路径来进行网格细化并设置细化控制。 1、 细化网格。 命令:NREFINE GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Modify Mesh>Refine At>Nodes 2、围绕单元细化网格。 命令:EREFINE GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Modify Mesh>Refine At>Elements Main Menu>Preprocessor>Meshing>Modify Mesh>Refine At>All 3、围绕关键点细化网格。 命令:KREFINE GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Modify Mesh>Refine At>Keypoints 4、围绕线细化。 命令:LREFINE GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Modify Mesh>Refine At>Lines 5、围绕面细化。 命令:AREFINE GUI: Main Menu>Proprocessor>Meshing>Modify Mesh>Refine At>Areas 图 2-43、图 2-44、图 2-45 和图 2-46 提供了一些网格细化的范例。 从图 2-46 中可以看出,控制网格细化时常用的 3 个变量为:LEVEL、DEPTH 和 POST。 下面对这 3 个变量分别进行介绍,在此之前,先介绍在何处定义这 3 个变量。 下面以用菜单路径围绕节点细化网格为例。 GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Modify Mesh>Refine At>Nodes 弹出拾取节点对话框,在模型上拾取相应节点,弹出“Refine Mesh at Nodes”对话 框,如图 2-47 所示,在 LEVEL 后面的下拉列表中选择合适的数值作为 LEVEL 值,单击 Advanced options 后面的复选框使其显示为 Yes,然后单击 OK 按钮,弹出“Refine mesh at

nodes advanced option”对话框,如图 2-48 所示,在 DEPTH 后面输入相应数值,在 POST 后面选择相应选项,其余默认,然后单击 OK 按钮即可执行网格细化操作。 下面对这 3 个变量分别进行解释。LEVEL 变量用来指定网格细化的程度,它必须是从 1 到 5 的整数。1 表示最小程度的细化,其细化区域单元边界的长度大约为原单元边界长度的 1/2;5 表示最大程度的细化,其细化区域单元边界的长度大约为原单元边界长度的 1/9,其 余值的细化程度如表 2-3 表示。 表 2-3 细化程度 LEVEL 值 1 2 3 4 5 细化后单元跟原单元边长的比值 1/2 1/3 1/4 1/8 1/9

DEPTH 变量表示网格细化的范围,默认 DEPTH=0,表示只细化选择点(或者单元、线、 面等)处一层网格,当然,DEPTH=0 时也可能细化一层之外的网格,那只是因为网格过渡 的要求所致。 POST 变量表示是否对网格细化区域进行光滑和清理处理。光滑处理表示调整细化区域 的节点位置以改善单元形状, 清理处理表示 ANSYS 程序对细化区域或者直接与细化区域相连 的单元执行清理命令,通常可以改善单元质量。默认情况是进行光滑和清理处理。 另外,图 2-48 中的 RETAIN 变量通常设置为 On(默认形式),它可以防止四边形网格 裂变成三角形。 2.7.2 移动和复制节点和单元 当一个已经划分了网格的实体模型图元被复制时,用户可以选择是否连同单元和节点 一起复制。 以复制面为例, 在选择菜单路径 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Copy>Areas 之后,将弹出“Copy Areas(复制面)”对话框,如图 2-49 所示,可以在 NOELEM 后面的下 拉列表中选择是否复制单元和节点。 1、 移动和复制面。 命令:AGEN GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Copy>Areas Main Menu>Preprocessor>Move/Modify>Areas>Areas 2、移动和复制体。 命令:VGEN GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Copy>Volumes Main Menu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Volumes

3、对称映像生成面。 命令:ARSYM GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Reflect>Areas 4、对成映像生成体。 命令:VSYMM GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Reflect>Volumes 5、转换面的坐标系。 命令:ATRAN GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Transfer Coord>Areas 6、转换体的坐标系。 命令:VTRAN GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Transfer Coord>Volumes 2.7.3 控制面、线和单元的法向 如果模型中包含壳单元,并且加的是面载荷,那么用户就需要了解单元面以便能对载 荷定义正确的方向。 通常, 壳的表面载荷将加在单元的某一个面上, 并根据右手法则 (I、J、 K、L 节点序号方向,如图 2-50 所示)确定正向。。如果用户是用实体模型面进行网格划 分的方法生成壳单元,那么单元的正方向将与面的正方向相一致。 以下几种方法可进行图形检查: l Normals), 壳执行/NORMAL 命令(GUI: Utility Menu>PlotCtrls>Style>Shell

接着再执行 EPLOT 命令(GUI: Utility Menu>Plot>Elements)。该方法可以对壳单元的 正法线方向进行一次快速的图形检查。 l 利用命令/GRAPHICS,POWER(GUI: Utility Menu>PlotCtrls>Style>Hidden-Line Options,如图 2-51 所示)打开 PowerGraphics 选项 (通常该选项是默认打开),PowerGraphics 将用不同颜色来显示壳单元的底面和顶面。 l 用假定正确的表面载荷加到模型上,然后在执行 EPLOT 命令之前先打开显 示表面载荷符号的选项 【/PSF,Item,Comp,2】 (相应 GUI: Utility Menu>PlotCtrls>Symbols) 以检验它们方向的正确性。 有时候用户需要修改或者控制面、线和单元的法向,ANSYS 程序提供了如下方法: 1、重新设定壳单元的法向。

命令:ENORM GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Elements>Shell Normals 2、重新设定面的法向。 命令:ANORM GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Areas>Area Normals 3、将壳单元的法向反向。 命令:ENSYM GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Reverse Normals>of Shell Elems 4、将线的法向反向。 命令:LREVERSE GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Reverse Normals>of Lines 5、将面的法向反向。 命令:AREVERSE GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Reverse Normals>of Areas 2.7.4 修改单元属性 通常,要修改单元属性时,用户可以直接删除单元,重新设定单元属性后再执行网格 划分操作,这个方法最直观,但通常也最费时、最不方便。下面提供另外一种不必删除网格 的简便方法: 命令:EMODIFY GUI: Main Menu>Preprocessor.>Modeling>Move/Modify>Elements>Modify Attrib 弹出拾取单元对话框,用鼠标在模型上拾取相应单元之后即弹出“Modify Elem Attributes”对话框,如图 2-52 所示,在 STLOC 后面的下拉列表选择适当选项(例如,单 元类型、材料号、实常数等),然后在 I1 后面填入新的序号(表示修改后的单元类型号、 材料号或者实常数等)。 2.8 直接通过节点和单元生成有限员模型 如前所述, ANSYS 程序已经提供了许多方便的命令用于通过几何模型生成有限元网格模 型,以及对节点和单元的复制、移动等操作,但同时,ANSYS 还提供了直接通过节点和单元 生成有限元模型的方法,有时候,这种直接方法更便捷、更有效。

由直接生成法生成的模型严格按节点和单元的顺序定义,单元必须在相应节点全部生 成之后才能定义。 2.8.1 节点 本节叙述的只要内容包括: l l l l l l 定义节点 从已有的节点生成另外的节点 查看和删除节点。 移动节点 旋转节点的坐标系 读写包含节点数据的文本文件

用户可以按表 2-4、表 2-5、表 2-6、表 2-7、表 2-8 和表 2-9 中提供的方法执 行上述操作。 表 2-4 定义节点 用法 在激活的坐标系 里定义单个节点 在关键点上生成 节点 Nodes>On Keypoint 命令 N GUI 菜单路径 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create> Nodes>In Active CS or>On Working Plane Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>

NKPT

表 2-5 从已有的节点生成另外的节点 用法 在两节 点连线上生 成节点 由一种 模式的节点 生成另外的 节点 由一种 模式的节点 生成缩放的 命令 FILL GUI 菜单路径 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>Fill between Nds Main Menu>Preprocessor>Modeling>Copy>Nodes>Copy

NGEN

NSCALE

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Copy>Nodes>Scale&Copy

节点

or>Scale&Move Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Scale>Nodes>Scale&Copy or>Scale Move Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>Quadratic Fill Main Menu>Preprocessor>Modeling>Reflect>Nodes Main Menu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Transfer Coord>Nodes Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>At Curvature Ctr

在三节 点的二次线 上生成节点 生成镜 像映射节点 将一种 模式的节点 ER 转换坐标系 在曲线 的曲率中心 定义节点

QUAD

NSYM TRANSF

CENTER

表 2-6 查看和删除节点 用法 列表显示节点 屏幕显示节点 删除节点 命令 NLIST NPLOT NDELE GUI 菜单路径 Utility Menu>List>Nodes Utility Menu>Plot>Nodes Main Menu>Preprocessor>Modeling>Delete>Nodes

表 2-7 移动节点 用法 通过编辑节 点坐标来移动节 点 移动节点到 坐标面的交点 命令 NMODIF GUI 菜单路径 Main Menu>Modeling>Preprocessor>Create>Nodes>Rotate Nodes CS>By Angles Main Menu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Nodes>To intersect

MOVE

表 2-8 旋转节点的坐标系 用法 旋转到当前 激活的坐标系 命令 NROTAT GUI 菜单路径 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>Rotate Node CS>To Active CS

通过方向余 弦来旋转节点坐 标系

NANG

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Rotate Nodes CS>To Active CS Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>Rotate Nodes CS>By Vectors Main Menu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Rotate Node CS>By Vectors Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>In Active CS or>On Working Plane Main Menu>Modeling>Preprocessor>Create>Nodes>Rotate Node CS>By Angles Main Menu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Rotate Node CS>By Angles or>Set of Nodes or>Single Node

通过角度来 旋转节点坐标系

N;NMODIF

表 2-9 读写包含节点数据的文本文件 用法 从文件中读 取一部分节点 从文件中读 取节点 将节点写入 文件 命令 NRRANG GUI 菜单路径 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>Read Node File Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>Read Node File Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>Write Node File

NREAD

NWRITE

2.8.2 单元 本节叙述的主要内容包括: l l l 组集单元表 指定单元表中的项 查看单元列表

l l l l l

定义单元 查看和删除单元 从已有单元生成另外的单元 利用特殊方法生成单元 读写包含单元数据的文本文件

注意:定义单元的前提时:用户已经定义了该单元所需的最少节点并且已指定合适的 单元属性。 用户可以按照表 2-20、表 2-11、表 2-12、表 2-13、表 2-14、表 2-15、表 2- 16 和表 2-17 中提供的方法来执行上述操作。

表 2-10 组集单元表 用法 定义单元类型 命令 ET GUI 菜单路径 Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete Main Menu>Preprocessor>Real Constants Main Menu>Preprocessor>Material Models>analysis type

定义实常数

R

定义线性材料属性

MP;MPDATA;MPTEMP

表 2-11 指定单元属性 用法 指定单元类 型 指定实常数 指定材料号 指定单元坐 标系 REAL MAT ESYS 命令 TYPE GUI 菜单路径 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Elem Attributes Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements >Elem Attributes Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements >Elem Attributes Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements >Elem Attributes

表 2-12 查看单元列表 用法 列表显示单元类型 命令 ETLIST GUI 菜单路径 Utility Menu>List>Properties>Element Types Utility Menu>List>Properties>All Real Constants or>Specified Real Constants Utility Menu>List>Properties>All Materials or>All Matls, All Temps or>All Matls, Specified Temp or>Specified Matl, All Temps Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models Utility Menu>List>Properties>Data Tables Utility Menu>List>Other>Local Coord Sys

列表显示实常数的设置

RLIST

列表显示线性材料属性

MPLIST

列表显示数据表

TBLIST

列表显示坐标系

CSLIST

表 2-13 定义单元 用法 定义单元 命令 E GUI 路径菜单 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Auto Numbered>Thru Nodes Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>User Numbered>Thru Nodes 表 2-14 查看和删除单元 用法 列表显示单元 命令 ELIST GUI 路径菜单 Utility Menu>List>Elements Utility Menu>List>Picked Entities>Elements

屏幕显示单元 删除单元

EPLOT EDELE

Utility>Plot>Elements Main Menu>Preprocessor>Modeling>Delete>Elements

表 2-15 从已有单元生成另外的单元 用法 从已有模 式的单元生成另 外的单元 手工控制 编号从已有模式 的单元生成另外 的单元 镜像映射 生成单元 手工控制 编号镜像映射生 成单元 命令 EGEN GUI 路径菜单 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Copy>Elements>Auto Numbered Menu>Preprocessor>Modeling>Copy>Elements>Us er Numbered

ENGEN

ESYM ENSYM

Menu>Preprocessor>Modeling>Reflect>Elements >Auto Numbered Menu>Preprocessor>Modeling>Reflect>Elements >User Numbered Menu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Reve rse Normals>of Shell Elements

表 2-16 利用特殊方法生成单元 用法 令 在已有 E Main 单元的外表 SURF Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Surf/Contact>optio 面生成表面 n 单元 (SURF151 和 SURF152) 用表面 L Main 单元覆盖于 FSURF Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Surf/Contact>Surfa 平面单元的 ce Effect>Attach to Fluid>Line to Fluid 边界上,并 分配额外节 点作为最近 的流体单元 节点 (SURF151) 用表面 A Main 单元覆盖于 FSURF Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Surf/Contact>Surfa 实体单元的 ce Effect>Attach to Fluid>Area to Fluid 表面上,并 分配额外的 节点作为最 近的流体单 元的节点 命 GUI 菜单路径

(SURF152) 用表面 N Main 单元覆盖于 DSURF Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Surf/Contact> 已有单元的 Surface Effect> Attach to Fluid>Node to Fluid 表面,并分 配额外的节 点作为最近 的流体单元 的节点 (SURF151 和 SURF152) 在重合 E Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Auto 位置处产生 INTF Numbered 两节点单元 产生接 G Main 触单元 CGEN Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Surf/Contact>Node to Surf 读写包含单元数据的文本文件 用法 从单元文 件中读取部分单 元 从文件中 读取单元 将单元写 入文件 命令 ERRANG GUI 菜单路径 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Read Elem File Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Read Elem File Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Write Elem File

EREAD

EWRITE

2.9 编写控制 本节主要叙述用于编号控制(包含关键点、线、面、体、单元、节点、单元类型、实 常数、材料号、耦合自由度、约束方向、坐标系等)命令和 GUI 菜单路径。这种编号控制 对于将模型的各个独立部分组合起来是相当有用和必要的。 注意:布尔运算输出图元的编号并非完全可以预估,在不同的计算机系统中,执行同 样的布尔运算,生成图元的编号可能会不同。 2.9.1 合并重复项 如果两个独立的图元在相同或者非常接近的位置,可用下列方法将它们合并成一个图 元: 命令:NUMMRG GUI: Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items

弹出“Merge Coincident or Equivalently Defined Items”对话框,如图 2-53 所 示。在 Label 后面选择合适的项(例如关键点、线、面、体、单元、节点、单元类型、实常 数、材料号等);TOLER 后面的输入值表示条件公差(相对公差),GTOLER 后面的输入值表 示总体公差(绝对公差),通常采用默认值(即不输入具体数值),图 2-54 和图 2-55 给出了两个合并的实例; ACTION 变量表示是直接合并选择项还是先提示用户然后再合并 (默 认是直接合并);SWITCH 变量表示是保留合并图元中较高的编号还是较低的编号(默认是 较低的编号)。 2.9.2 编号压缩 在构造模型时,由于删除、清除、合并或者其他操作可能在编号中产生许多空号,可 采用如下方法清除空号并且保证编号的连续性: 命令:NUMCMP GUI: Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Compress Numbers 弹出“Compress Numbers”对话框,如图 2-56 所示,在 Label 后面的下拉里表中选 择适当的项(例如关键点、线、面、体、单元、节点、单元类型、实常数、材料号等)即可 执行编号压缩操作。 2.9.3 设定起始编号 在生成新的编号项时,用户可能想使新生成的系列项的起始编号大于已有图元的最大 编号。 这样做可以保证新生成图元的连续编号不会占用已有编号序列中的空号。 这样做的另 一个理由是, 可以使生成的模型的某个区域在编号上与其他区域保持独立, 从而避免将这些 区域连接到一块时有编号冲突。设定起始编号的方法如下: 命令:NUMSTR GUI: Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Set Start Number 弹出“Starting Number Specifications”对话框,如图 2-57 所示,在节点、单元、 关键点、线、面后面指定相应的起始编号即可。 如果想恢复默认的起始编号,可用如下方法: 命令:NUMSTR,DEFA GUI: Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Reset Start Number 弹出“Reset Starting Number Specification”对话框,如图 2-58 所示,单击 OK 按钮即可。 2.9.4 编号偏差 在连接模型中的两个独立区域时,为避免编号冲突,可对当前已选取的编号加已个偏 差值来重新编号,方法如下: 命令:NUMOFF

GUI: Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Add Num Offset 弹出“Add an Offset to Item Numbers”对话框,如图 2-59 所示,在 Label 后面选 择想要执行编号偏差的项(例如关键点、线、面、体、单元、节点、单元类型、实常数、材 料号等),在 VALUE 后面输入具体数值即可。 2.10 本章小结 有限元网格是进行有限元分析的基础, 单元质量的好坏通常直接决定求解结果的好坏。 对于同一个模型, 不同的网格划分将会导致不同的结果, 有时候甚至会导致完全错误的结果。 所以,用户一定要从一开始就重视网格的划分,对于初学者而言,大致可以从如下 3 个方面 来选择合适的网格: 1. 2. 3. 最终分析。 尽可能避免有尖角的网格和急剧的单元尺寸过渡。 对于有应力集中区域(例如几何模型尖角处等)局部细化网格。 用不同的网格密度来划分模型,对比其求解结果,选择合适的网格密度做

ANSYS 网格划分介绍 2010-04-13 14:51:59| 分类: 默认分类 | 标签:无 |字号 订阅 众所周知,对于有限元分析来说,网格划分是其中 最关键的一个步骤,网格划分的好坏直 接影响到解算的精度和速度。在 ANSYS 中,大家知道,网格划分有三个步骤:定义单元属性 (包括实常数)、在几何模型 上定义网格属性、划分网格。在这里,我们仅对网格划分这 个步骤所涉及到的一些问题,尤其是与复杂模型相关的一些问题作简要阐述。 一、 自由网格划分 自由网格划分是自动化程度最高的网格划分技术之一,它在面上(平面、曲面)可以 自动生成三角形或四边形网格,在体上自动生成四面体网格。通常情况下,可利 用 ANSYS 的智能尺寸控制技术(SMARTSIZE 命令)来自动控制网格的大小和疏密分布,也可进行人工 设置网格的大小(AESIZE、LESIZE、 KESIZE、ESIZE 等系列命令)并控制疏密分布以及选 择分网算法等(MOPT 命令)。对于复杂几何模型而言,这种分网方法省时省力,但缺点是 单元数 量通常会很大,计算效率降低。同时,由于这种方法对于三维复杂模型只能生成四 面体单元,为了获得较好的计算精度,建议采用二次四面体单元(92 号单元)。 如果选用 的是六面体单元,则此方法自动将六面体单元退化为阶次一致的四面体单元,因此,最好不 要选用线性的六面体单元(没有中间节点,比如 45 号单元), 因为该单元退化后为线性的 四面体单元,具有过刚的刚度,计算精度较差;如果选用二次的六面体单元(比如 95 号单 元),由于其是退化形式,节点数与其六面体 原型单元一致,只是有多个节点在同一位置 而已,因此,可以利用 TCHG 命令将模型中的退化形式的四面体单元变化为非退化的四面体 单元,减少每个单元的节点 数量,提高求解效率。在有些情况下,必须要用六面体单元的 退化形式来进行自由网格划分,比如,在进行混合网格划分(后面详述)时,只有用六面体 单元才能形 成金字塔过渡单元。对于计算流体力学和考虑集肤效应的电磁场分析而言,自 由网格划分中的层网格功能(由 LESIZE 命令的 LAYER1 和 LAYER2 域控 制)是非常有用的。 二、 映射网格划分 映射网格划分是对规整模型的一种规整网格划分方法,其原始概念是:对于面,只能 是四边形面,网格划分数需在对边上保持一致,形成的单元全部为四边形;对于 体,只能

是六面体,对应线和面的网格划分数保持一致;形成的单元全部为六面体。在 ANSYS 中,这 些条件有了很大的放宽,包括: 1 面可以是三角形、 四边形、 或其它任意多边形。 对于四边以上的多边形, 必须用 LCCAT 命令将某些边联成一条边, 以使得对于网格划分而言, 仍然是三角形或四 边形; 或者用 AMAP 命令定义 3 到 4 个顶点(程序自动将两个顶点之间的所有线段联成一条)来进行映射划分。 2 面上对边的网格划分数可以不同,但有一些限制条件。 3 面上可以形成全三角形的映射网格。 4 体可以是四面体、五面体、六面体或其它任意多面体。对于六面以上的多面体,必须 用 ACCAT 命令将某些面联成一个面,以使得对于网格划分而言,仍然是四、 五或六面体。 5 体上对应线和面的网格划分数可以不同,但有一些限制条件。 对于三维复杂几何模型而言, 通常的做法是利用 ANSYS 布尔运算功能, 将其切割成一系列四、 五或六面体,然后对这些切割好的体进行映射网格划分。当然,这 种纯粹的映射划分方式 比较烦琐,需要的时间和精力较多。 面的三角形映射网格划分往往可以为体的自由网格划 分服务,以使体的自由网格划分满足一些特定的要求,比如:体的某个狭长面的短边方向上 要求一定要有一定层 数的单元、某些位置的节点必须在一条直线上、等等。这种在进行体 网格划分前在其面上先划分网格的方式对很多复杂模型可以进行良好的控制, 但别忘了在体 网格 划分完毕后清除面网格 (也可用专门用于辅助网格划分的虚拟单元类型-MESH200-来 划分面网格,之后不用清除)。 三、 拖拉、扫略网格划分 对于由面经过拖拉、旋转、偏移(VDRAG、VROTAT、VOFFST、VEXT 等系列命令)等方 式生成的复杂三维实体而言,可先在原始面上生成壳(或 MESH200)单元形式的面网格,然 后在生成体的同时自动形成三维实体网格; 对于已经形成好了的三维复杂实体, 如果其在某 个方向上的拓扑形式始终保持一 致,则可用(人工或全自动)扫略网格划分(VSWEEP 命令) 功能来划分网格;这两种方式形成的单元几乎都是六面体单元。通常,采用扫略方式形成网 格是一 种非常好的方式,对于复杂几何实体,经过一些简单的切分处理,就可以自动形成 规整的六面体网格,它比映射网格划分方式具有更大的优势和灵活性。 四、 混合网格划分 混合网格划分即在几何模型上,根据各部位的特点,分别采用自由、映射、扫略等多 种网格划分方式, 以形成综合效果尽量好的有限元模型。 混合网格划分方式要在 计算精度、 计算时间、建模工作量等方面进行综合考虑。通常,为了提高计算精度和减少计算时间,应 首先考虑对适合于扫略和映射网格划分的区域先划分六面体网 格,这种网格既可以是线性 的(无中节点)、也可以是二次的(有中节点),如果无合适的区域,应尽量通过切分等多 种布尔运算手段来创建合适的区域(尤其是对 所关心的区域或部位);其次,对实在无法 再切分而必须用四面体自由网格划分的区域, 采用带中节点的六面体单元进行自由分网 (自 动退化成适合于自由划分形式 的单元),此时,在该区域与已进行扫略或映射网格划分的 区域的交界面上,会自动形成金字塔过渡单元(无中节点的六面体单元没有金字塔退化形 式)。 ANSYS 中的这种金字塔过渡单元具有很大的灵活性:如果其邻接的六面体单元无中 节点,则在金字塔单元四边形面的四条单元边上,自动取消中间节点,以保证 网格的协调 性。同时,应采用前面描述的 TCHG 命令来将退化形式的四面体单元自动转换成非退化的四 面体单元,提高求解效率。如果对整个分析模型的计算精度 要求不高、或对进行自由网格 划分区域的计算精度要求不高,则可在自由网格划分区采用无中节点的六面体单元来分网 (自动退化成无中节点的四面体单元),此 时,虽然在六面体单元划分区和四面体单元划 分区之间无金字塔过渡单元, 但如果六面体单元区的单元也无中节点, 则由于都是线性单元, 亦可保证单元的协调性。 五、 利用自由度耦合和约束方程 对于某些形式的复杂几何模型,可以利用 ANSYS 的约束方程和自由度耦合功能来促成 划分出优良的网格并降低计算规模。 比如, 利用 CEINTF 命令可以将相 邻的体在进行独立的 网格划分(通常是采用映射或扫略方式)后再"粘结"起来,由于各个体之间在几何上没有联

系,因此不用费劲地考虑相互之间网格的影响,所 以可以自由地采用多种手段划分出良好 的网格, 而体之间的网格"粘结"是通过形函数差值来进行自由度耦合的, 因此连接位置处的 位移连续性可以得到绝对保证, 如果非常关注连接处的应力,可以如下面所述再在该局部 位置建立子区模型予以分析。再如,对于循环对称模型(如旋转机械等),可仅建立一个扇 区作为分析模 型,利用 CPCYC 命令可自动对扇区的两个切面上的所有对应节点建立自由度 耦合条件(用 MSHCOPY 命令可非常方便地在两个切面上生成对应网格)。 六、 利用子区模型等其它手段 子区模型是一种先总体、后局部的分析技术(也称为切割边界条件方法),对于只关 心局部区域准确结果的复杂几何模型,可采用此手段,以尽量小的工作量来获得 想要的结 果。其过程是:先建立总体分析模型,并忽略模型中的一系列细小的特征,如导角、开孔、 开槽等(因为根据圣维南原理,模型的局部细小改动并不特别影 响模型总的分析结果), 同时在该大模型上划分较粗的网格(计算和建模的工作量都很小),施加载荷并完成分析; 其次, (在与总体模型相同的坐标系下)建立局 部模型,此时将前面忽略的细小特征加上, 并划分精细网格(模型的切割边界应离关心的区域尽量远),用 CBDOF 等系列命令自动将前 面总体模型的计算结果插 值作为该细模型的边界条件,进行求解计算。该方法的另外好处 是:可以在小模型的基础上优化(或任意改变)所关心的细小特征,如改变圆角半径、缝的 宽度等; 总体模型和局部模型可以采用不同的单元类型,比如,总体模型采用板壳单元, 局部模型采用实体单元等。 子结构(也称超单元)也是一种解决大型问题的有效手段,并且在 ANSYS 中,超单元可以用 于诸如各种非线性以及装配件之间的接触分析等,有效地降低大型模 型的求解规模。 巧妙地利用结构的对称性对实际工作也大有帮助, 对于常规的结构和载荷都是轴对称或平面 对称的问题,毫无疑问应该利用其对称性,对于一些特殊情况,也可以加 以利用,比如: 如果结构轴对称而载荷非轴对称, 则可用 ANSYS 专门用于处理此类问题的 25、 和 61 号单 83 元;对于由多个部件构成装配件,如果其每个零 件都满足平面对称性,但各对称平面又不 是同一个的情况下,则可用多个对称面来处理模型(或至少可用此方法来减少建模工作量: 各零件只需处理一半的模型然后 拷贝或映射即可生成总体模型)。 总之,对于复杂几何模型,综合运用多种手段建立起高质量、高计算效率的有限元模 型是极其重要的一个步骤,这里介绍的注意事项仅仅是很少一部分,用户自己通 过许多工 程问题的不断摸索、总结和验证才是最能保证有效而高效地处理复杂模型的手段。


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