ANSYS自適應(yīng)網(wǎng)格劃分

1、1/ 10ANSYS 自適應(yīng)網(wǎng)格劃分(1)何為網(wǎng)格自適應(yīng)劃分？ANS YS 程序提供了近似的技術(shù)自動估計(jì)特定分析類型中因?yàn)榫W(wǎng)格劃分帶來 的誤差。（誤差估計(jì)在 ANSYS Basic Analysis Procedures Gui 第五章中討論。） 通過這種誤差估計(jì)，程序可以確定網(wǎng)格是否足夠細(xì)。如果不夠的話，程序?qū)⒆?動細(xì)化網(wǎng)格以減少誤差。這一自動估計(jì)網(wǎng)格劃分誤差并細(xì)化網(wǎng)格的過程就叫做 自適應(yīng)網(wǎng)格劃分，然后通過一系列的求解過程使得誤差低于用戶指定的數(shù)值（或直到用戶指定的最大求解次數(shù)）。自適應(yīng)網(wǎng)格劃分的先決條件ANSYS軟件中包含一個(gè)預(yù)先寫好的宏， ADAPT.MAC完成自適應(yīng)網(wǎng)格劃分 的功能。用

2、戶的模型在使用這個(gè)宏之前必須滿足一些特定的條件。（在一些情況 下，不滿足要求的模型也可以用修正的過程完成自適應(yīng)網(wǎng)格劃分，下面還要討 論。）這些要求包括：標(biāo)準(zhǔn)的 ADAPT 過程只適用于單次求解的線性靜力結(jié)構(gòu)分析和線性穩(wěn)態(tài)熱分 析。模型最好應(yīng)該使用一種材料類型，因?yàn)檎`差計(jì)算是根據(jù)平均結(jié)點(diǎn)應(yīng)力進(jìn) 行的，在不同材料過渡位置往往不能進(jìn)行計(jì)算。而且單元的能量誤差是受材料 彈性模量影響的。因此，在兩個(gè)相鄰單元應(yīng)力連續(xù)的情況下，其能量誤差也可 能由于材料特性不同而不一樣。在模型中同樣應(yīng)該避免殼厚突變，這也可能造 成在應(yīng)力平均是發(fā)生問題。模型必須使用支持誤差計(jì)算的單元類型。模型必須是可以劃分網(wǎng)格的：即模型中不

3、能有引起網(wǎng)格劃分出錯(cuò)的部分。自適應(yīng)網(wǎng)格劃分可用單元2-D Structural SolidsPLANE2 2-D 6-Node Triangular SolidPLANE25 Axisymmetric Harmonic Solid2/ 10PLANE42 2-D 4-Node Isoparametric SolidPLANE82 2-D 8-Node SolidPLANE83 Axisymmetric Harmonic 8-Node Solid3-D Structural SolidsSOLID45 3-D 8-Node Isoparametric SolidSOLID64 3-D Aniso

4、tropic SolidSOLID73 3-D 8-Node Solid with Rotational DOFSOLID92 3-D 10-Node Tetrahedral SolidSOLID95 3-D 20-Node Isoparametric Solid3-D Structural ShellsSHELL43 Plastic quadrilateral ShellSHELL63 Elastic Quadrilateral ShellSHELL93 8-Node Isoparametric Shell2-D Thermal SolidsPLANE35 2-D 6-Node Triang

5、ular SolidPLANE75 Axisymmetric Harmonic SolidPLANE55 2-D 4-Node Isoparametric SolidPLANE77 2-D 8-Node SolidPLANE78 Axisymmetric Harmonic 8-Node Solid3-D Thermal SolidsSOLID70 3-D 8-Node Isoparametric SolidSOLID87 3-D 10-Node Tetrahedral SolidSOLID90 3-D 20-Node Isoparametric Solid3-D Thermal Shells3

6、/ 10SHELL57 Plastic Quadrilateral ShellANSYS 自適應(yīng)網(wǎng)格劃分（2）如何使用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分：基本過程進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格劃分的基本過程包括如下步驟：1象其他線性靜力分析或穩(wěn)態(tài)熱分析一樣，先進(jìn)入前處理器（/PREP7 或MainMenuPreprocessor）。然后指定單元類型，實(shí)參和材料特性，要滿足上面 提到的條件。2. 用實(shí)體建模過程建立模型，用可以劃分網(wǎng)格的面或體建模。用戶不需指定 單元大小也不用劃分網(wǎng)格，ADAPT 宏會自動劃分網(wǎng)格。（如果要同時(shí)劃分面和 體網(wǎng)格，生成 ADAPTMSH.MA（用戶子程序見后。）3. 在 PREP7 中或在 SOLUT

7、ION（/SOL 或 Main MenuSolution）中指定分析類型，分析選項(xiàng)，載荷和載荷步選項(xiàng)。在一個(gè)載荷步中僅施加實(shí)體模型荷載和慣 性荷載（加速度，角加速度和角速度）。（通過 ADAPTBC.MA（用戶子程序可以 施加有限單元載荷，固連和約束方程。通過 ADAPTSOL.MA 用戶子程序可以加 入多個(gè)載荷步。這些子程序在后面還要討論。）4. 如果在 PREP7 中，退出前處理器FINISH（可以在 SOLUTION 或在初始 狀態(tài)下激活 ADAPT 宏）。5. 用下列方法激活自適應(yīng)求解。Command: ADAPTGUI: Main MenuSolutionAdaptive Mesh注

8、意，可以在熱或結(jié)構(gòu)分析中使用 ADAPT 宏，但不能在一次自適應(yīng)分析中 同時(shí)進(jìn)行這兩種不同類型的計(jì)算。在自適應(yīng)網(wǎng)格劃分的迭代過程中，單元的大 小將作調(diào)整（在 FACMN 和 FACMX 指定的范圍內(nèi)）以減小或增加單元能量誤 差，直到誤差滿足指定的數(shù)值（或指定的最大求解次數(shù)）為止。6. 當(dāng)自適應(yīng)網(wǎng)格計(jì)算收斂時(shí)，程序自動將單元形狀檢查打開 SHPP,ON。 然 后返回 SOLUTION 或初始狀態(tài)，這取決于激活 ADAPT 的狀態(tài)。接下來可以進(jìn)入 POST14/ 10用標(biāo)準(zhǔn)操作進(jìn)行后處理。修改基本過程選擇自適應(yīng)性如果用戶清楚某個(gè)部分網(wǎng)格劃分的誤差相對影響較小時(shí)（如應(yīng)力水平較低 且變化較小），可以將

9、這些區(qū)域從自適應(yīng)網(wǎng)格劃分中排除以加快分析速度。同 樣，用戶也許想將接近應(yīng)力奇異點(diǎn)的部分（如集中載荷）排除掉。選擇邏輯操 作可以解決這類問題。圖片 1 選擇自適應(yīng)能改進(jìn)有應(yīng)力集中的模型如果用戶選擇了一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)集，ADAPT 宏仍將包含進(jìn)所有的關(guān)鍵點(diǎn)（在選 擇的和未選擇的關(guān)鍵點(diǎn)都作網(wǎng)格改動），除非將ADAPT 命令（Ma inMenuSolutionAdaptive Mesh）中 KYKPS 設(shè)為 1。如果用戶選擇了一個(gè)面或體集，ADAPT 宏將只在選擇的區(qū)域調(diào)整網(wǎng)格大 小。此時(shí)必須在激活 ADAPT 宏之前在 PREP 沖對整個(gè)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。ANSYS 自適應(yīng)網(wǎng)格劃分 -用戶子程序用用戶子程

10、序定制 ADAPT 宏標(biāo)準(zhǔn)的 ADAPT 宏并不能滿足特定的分析需要。例如，用戶可能想同時(shí)對面 和體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，這在標(biāo)準(zhǔn)宏當(dāng)中是不可以的。對于這種或其他一些類似情 況，可以對ADAPT 宏進(jìn)行修改使之適用于特定的分析。 ANSYS 程序用宏這種方 式完成自適應(yīng)網(wǎng)格劃分，本身就使得用戶可以對其進(jìn)行相應(yīng)的修改以適應(yīng)不同 的要求。方便的是，用戶不用總是通過修改 ADAPT 弋碼的方式來定制宏。宏的三個(gè)部分可以用用戶子程序的方法來修改，這個(gè)方法將ADAPT 宏和用戶文件分開，用戶可以生成子程序由 ADAPT 宏來調(diào)用。這三個(gè)部分是：網(wǎng)格劃分命令序 列，邊界條件命令序列和求解命令序列。相應(yīng)的用戶子程序

11、名為ADAPTMSH.MAC,ADAPTBC.MAC ADAPTSOL.MAC 下面看一下這三個(gè)子程序的 功能：生成用戶網(wǎng)格劃分子程序( ADAPTMSH.MAC)5/ 10缺省情況下，如果模型中包含一個(gè)或多個(gè)體時(shí)，ADAPT 宏將只對體劃分網(wǎng)格而不對面進(jìn)行劃分。如果當(dāng)前選擇集中沒有體，宏才對面進(jìn)行劃分。如果要 同時(shí)對面和體進(jìn)行劃分的話，就要生成用戶子程序ADAPTMSH.MAC 來提供相應(yīng)的操作。在重新劃分網(wǎng)格之前要清楚所有這些實(shí)體中劃分過網(wǎng)格的實(shí)體。子程 序大致如下： C* Subroutine ADATMSH.MAC-Your name-Job Name-Data CreatedTYPE

12、,1!指定劃分網(wǎng)格的單元類型屬性ACLEAR,3,5,2!清除本程序中要重新劃分網(wǎng)格的面和體的網(wǎng)格VCLEAR,ALLAMESH,3,5,2TYPE,2!對面 3 和 5 劃分網(wǎng)格(ADAPT 不對其他面劃分網(wǎng)格)! 改變單元類型，劃分體VMESH,ALL!對所有體劃分網(wǎng)格請查閱 TYPE,ACLEAR,VCLEAR,AMESIVMESH 命令得到更詳細(xì)的解釋。我們建議將 C* 行包含在文件中以區(qū)別不同的宏。 這一行將在任務(wù)的輸出 中出現(xiàn)，就可以確認(rèn) ADAPT 宏正確地調(diào)用了用戶子程序。生成用戶邊界條件子程序( ADAPTBC.MA)CADAPT 宏在每次求解循環(huán)時(shí)都要清除并重新劃分網(wǎng)格，因

13、此模型的結(jié)點(diǎn)和單元也要不斷的改變。這就使得所有的有限單元載荷，自由度固連，約束方程 等施加在結(jié)點(diǎn)和單元的邊界條件都不能使用。如果要包含這些有限單元約束 時(shí)，就要使用用戶子程序，ADAPTBC.MAC 在這個(gè)子程序中，可以選擇結(jié)點(diǎn)然后定義有限單元載荷，自由度固連和約束方程。下面是一個(gè)ADAPTBC.MA 啲例子：C* Subroutine ADAPTBC.MAC-Your name-Hob Name-Data CReatedNSEL,S,LOC,X,0!選擇 X 坐標(biāo)為 0 的結(jié)點(diǎn)D,ALL,UX,0!令選擇的所有結(jié)點(diǎn) UX 為 0NSEL,S,LOC,Y,0!選擇丫坐標(biāo)為 0 的結(jié)點(diǎn)6/ 10

14、D,ALL,UX,0!令選擇的所有結(jié)點(diǎn) UY 為 0NSEL,ALL! 選擇所有結(jié)點(diǎn)生成用戶求解子程序( ADAPTSOL.MA)CADAPT 宏中的求解命令序列很簡單：/SOLUSOLVEFINISH這個(gè)缺省的命令序列只能求解單個(gè)載荷步。用戶可以將其他的命令序列加 入用戶子程序 ADAPTSOL.MA(中。關(guān)于用戶子程序的一些其他說明用戶可以象生成其他文件一樣生成這些子程序。就是說可以用APDL 語言的*CREATE 命令(UtilityMenuMacroCreateMacro)和 APDL 的*END 命令，也可以 用外部的文件編輯器。當(dāng) ADAPT 宏調(diào)用這些子程序時(shí)，軟件先搜索 ANS

15、 YS 艮目 錄，再搜索用戶根目錄，最后是當(dāng)前目錄。因此，要確保其他目錄中不包括與 所用文件同名的文件。解釋行( C* )會在輸出文件中出現(xiàn)，可以通過它來檢 查是否使用了正確的文件。另外，通過在運(yùn)行ADAPT 宏之前用/PSEARCH,OFF(UtilityMenuMacroMacro Search Pa 指定軟件只搜索 ANSYS 根 目錄和用戶當(dāng)前目錄可以從某種程度上減少文件混用的可能。不管這些子程序 在什么位置，它們都能被找到，除非將 ADAPT 命令的 KYMAC 選項(xiàng)設(shè)為 1。定制 ADAPT 宏 （UADAPT.MAC）有些情況下用戶需要修改 ADAPT 宏但不能通過單獨(dú)的用戶子程

16、序的方式， 那么就需要直接修改 ADAPT 宏的主體。但是，因?yàn)槟承┰?，我們不推薦直接 對 ADAPT宏進(jìn)行修改。（例如，別的用戶和你同時(shí)使用一個(gè)軟件，在調(diào)用 ADAPT 宏時(shí)會發(fā)現(xiàn)宏被修改了?。┮虼耍?ANS YS 安裝中支持一個(gè)宏的拷貝文 件 UADAPT.MAC 便于用戶修改。7/ 10如果對 UADAPT.MAC 文件進(jìn)行了修改，我們建議對修改后的文件取一個(gè)新 的文件名。然后在調(diào)用時(shí)輸入這個(gè)文件名。要知道的是，如果新文件名是一個(gè)“ unknowncommand；ANSYS 將搜索上級目錄， 然后是登錄的目錄， 最后是工作 目錄，直到找到這個(gè)宏為止。如果修改的宏只能為一個(gè)用戶使用，那

17、么存儲的 位置應(yīng)在用戶登錄目錄的層次之下（不能等于或高于這個(gè)目錄層次）。這樣， 存儲的低層次的文件可以通過*USE 命令（UtilityMenumacroExecuteDataBlocQ 來調(diào)用。ANSYS 自適應(yīng)網(wǎng)格劃分-注意點(diǎn)下面的建議可能有助于自適應(yīng)網(wǎng)格劃分的使用：不需指定初始網(wǎng)格大小，但指定大小可能有利于自適應(yīng)收斂。如果用戶指 定了關(guān)鍵點(diǎn)網(wǎng)格大小， ADAPT 宏在第一次循環(huán)時(shí)使用這個(gè)值， 然后在隨后的循 環(huán)中進(jìn)行調(diào)整。用下列命令指定單元大?。篊ommand: KESIZEGUI: Main MenuPreprocessor-Meshing-Size Cntrls-Keypoints-

18、All KPsMainMen uPreprocessor-Meshi ng-Size Cn trls-Keypoi nts-Picked KPs 果定義了線分段數(shù)或大小比例，ADAPT 宏將在每次循環(huán)中都使用這個(gè)數(shù)值而不作改變。如果沒 有定義任何形式的網(wǎng)格份數(shù)，在初始網(wǎng)格劃分時(shí)將使用缺省的網(wǎng)格大小參見SMRTSIZ 和 DESIZE 命令。用下列方法指定線分段數(shù)或大小比例：Comma nd:LESIZEGUI: Main Me nuPreprocessor-Meshi ng-Size Cn trls-Li nes-AII Li nesMa inMenu Preprocessor-Meshi n

19、g-Size Cn trls-Li nes-Picked Lines映射網(wǎng)格劃分適用于 2-D 實(shí)體和 3-D 殼單元。但面的映射劃分效果不明 顯。映射網(wǎng)格劃分適用于 3-D 實(shí)體。對體進(jìn)行映射劃分比自由劃分效果要好的多。總體上說，在自適應(yīng)網(wǎng)格中有中間結(jié)點(diǎn)的單元比線性單元要好。不要用集中載荷或尖角等引起奇異性的結(jié)構(gòu)，因?yàn)榇藭r(shí)ADAPT 在這些奇異點(diǎn)處能量值將不收斂。如果模型中有集中載荷時(shí)，將其用施加在一個(gè)小面上的 壓力等效。（或通過選擇將奇異部分排除在自適應(yīng)網(wǎng)格劃分之外。）8/ 10在許多情況下，用一系列相對小的區(qū)域替代少數(shù)幾個(gè)大的區(qū)域?qū)⒌玫礁?的網(wǎng)格劃分。如果最大響應(yīng)位置已知或事先可以推測

20、，就在附近放置一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。如果是在交互方式下運(yùn)行 ADAPT 而 ANSYS 在沒有提示出錯(cuò)信息時(shí)突然退出，可 以在Jobmame.ADPT 文件中查看自適應(yīng)網(wǎng)格劃分部分以確定出錯(cuò)原因。同樣，在批處理方式下運(yùn)行 ADAPT 時(shí)，可以看 Jobname.ADPT 確定出錯(cuò)原因。如果模型中有些區(qū)域有過度的扭曲時(shí)，在網(wǎng)格劃分中就會出錯(cuò)。在這種情況下，用 KESIZ 命令（Main MenuPreprocessor-Meshing-SizeCntrls-Keypoints-PickedKP 中 SIZE 域指定扭曲區(qū)域附近關(guān)鍵點(diǎn)的最大單元 長度。同時(shí)，ADAPT 命令中的 FACMX 將設(shè)為 1,阻止過度扭曲部分