Ansys基礎(chǔ)培訓(xùn)2-3-網(wǎng)格劃分-MeshTool工具-64

1、主要內(nèi)容本章目的是討論單元網(wǎng)格屬性及ANSYS中各種建立網(wǎng)格的方法，ANSYS中不用實(shí)體模型求解，而是用有限元模型求解。定義單元屬性實(shí)常數(shù)和截面特性材料特性網(wǎng)格工具M(jìn)eshTool分配單元屬性網(wǎng)格密度控制生成和改變網(wǎng)格網(wǎng)格劃分方式自由網(wǎng)格、映射網(wǎng)格，掃掠網(wǎng)格網(wǎng)格拖拉過渡單元前處理求解設(shè)定屬性（單元類型，材料屬性，實(shí)常數(shù)，截面屬性）建立幾何模型亦可直接建立有限元模型。（直接建立單元和節(jié)點(diǎn)）網(wǎng)格劃分（離散）設(shè)定求解控制求解查看某一時(shí)刻結(jié)果（通用后處理器）查看某變量隨時(shí)間變化的結(jié)果（時(shí)間后處理器）對(duì)于多載荷步分析網(wǎng)格工具M(jìn)eshTool分配單元屬性網(wǎng)格密度控制生成和改變網(wǎng)格網(wǎng)格劃分方式自由網(wǎng)格、映射

2、網(wǎng)格，掃掠網(wǎng)格網(wǎng)格拖拉過渡單元網(wǎng)格密度有限單元法的基本原則是：?jiǎn)卧獢?shù)（網(wǎng)格密度）越多，所得的解越逼近真實(shí)值。然而，隨單元數(shù)目增加，求解時(shí)間和所需計(jì)算機(jī)資源急劇增加。有限元分析的目標(biāo)，決定下邊的滑鍵應(yīng)該如何移動(dòng)。ANSYS 提供了多種控制網(wǎng)格密度的工具，既可以總體控制也可以局部控制：總體控制智能網(wǎng)格劃分總體單元尺寸缺省尺寸局部控制關(guān)鍵點(diǎn)控制線尺寸面尺寸智能網(wǎng)格劃分通過指定所有線上的份數(shù)決定單元尺寸，可以考慮線的曲率，孔的逼近程度和其他特征，以及單元階次。智能網(wǎng)格的缺省設(shè)置是關(guān)閉，在自由網(wǎng)格劃分時(shí)，建議采用智能網(wǎng)格劃分，它對(duì)映射網(wǎng)格沒有影響（自由網(wǎng)格與映射網(wǎng)格將在后面討論）。使用 SmartSiz

3、e 不同等級(jí)分別進(jìn)行四面體網(wǎng)格劃分的例子，如圖所示。高級(jí)的 SmartSize 控制，如網(wǎng)格擴(kuò)展和過度系數(shù)用 SMRT 命令 或Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls SmartSize Adv Opts可以用 MeshTool或smrt,off命令關(guān)閉智能網(wǎng)格總體單元尺寸允許為整個(gè)模型指定最大單元邊長(zhǎng)（或每條線的份數(shù)）：ESIZE,SIZE或 Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool; then select “Size Controls”, “Global” ,and Set或 Main Menu Prep

4、rocessor Meshing Size Cntrls ManualSize Global Size可單獨(dú)使用或與智能網(wǎng)格劃分聯(lián)合使用。單獨(dú)用 ESIZE (關(guān)閉SmartSizing ) ，將采用相同的單元尺寸對(duì)體（或面）進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在智能網(wǎng)格劃分打開時(shí)，ESIZE 充當(dāng)引導(dǎo)，但為適應(yīng)線的曲率或幾何近似，指定的尺寸可能無效。缺省尺寸如果不指定任何控制，ANSYS 將用缺省尺寸，它將根據(jù)單元階次指定線的最小和最大份數(shù)，高寬比等確定。 可以用 DESIZE 或Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls ManualSize Global Other關(guān)

5、鍵點(diǎn)尺寸在關(guān)鍵點(diǎn)處控制單元尺寸：Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool; then select “Size Controls, “Keypt”, and Set或使用KESIZEc命令或 Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls ManualSize Keypoints為了更好的控制網(wǎng)格，不同關(guān)鍵點(diǎn)可以用不同的KESIZEs。對(duì)應(yīng)力集中區(qū)域非常有用。智能網(wǎng)格劃分時(shí)，為適應(yīng)線的曲率或幾何近似，指定的尺寸可能無效。線尺寸在線上控制尺寸：Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool

6、; then select “Size Controls”, “Lines”, and Set或使用 LESIZE 命令或Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls ManualSize Lines不同的線可以有不同的 LESIZE。指定尺寸可以是“hard” 或 “soft”?！癏ard” 即使在智能網(wǎng)格劃分打開時(shí)也將被網(wǎng)格劃分采用?！癝oft” 在智能網(wǎng)格劃分打開時(shí)可能無效。可以指定邊長(zhǎng)比例 最后一個(gè)分割和第一個(gè)分割的比率，使網(wǎng)格數(shù)偏向中間或一邊。Yes for “soft”No for “hard”面尺寸在面的內(nèi)部控制單元尺寸：Main Menu

7、 Preprocessor Meshing MeshTool; then select “Size Controls”, “Areas”, and Set或使用 AESIZE 命令或 Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls ManualSize Areas不同的面可以有不同的 AESIZE。邊界線僅在未指定 LESIZE 或 KESIZE時(shí)，采用指定尺寸。智能網(wǎng)格劃分打開時(shí)，為適應(yīng)線的曲率或幾何近似，指定的尺寸可能無效。網(wǎng)格工具M(jìn)eshTool分配單元屬性網(wǎng)格密度控制生成和改變網(wǎng)格網(wǎng)格劃分方式自由網(wǎng)格、映射網(wǎng)格，掃掠網(wǎng)格網(wǎng)格拖拉過渡單元生成網(wǎng)格 這

8、是網(wǎng)格劃分的最后一步。先存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫。然后在MeshTool工具中按 Mesh按鈕。在拾取器上按下Pick All I表示拾取全部實(shí)體如果劃分的網(wǎng)格不滿意，可以通過以下步驟重新劃分網(wǎng)格：1.清除網(wǎng)格。Clear操作是mesh的逆操作: 該操作刪除節(jié)點(diǎn)和單元在MeshTool上按 Clear 按鈕或用命令 CLEAR, ACLEAR, 等。(如果使用 MeshTool，可以跳過這一步：程序在執(zhí)行第三步時(shí)，提示是否清除網(wǎng)格）。2.指定新的或不同的網(wǎng)格控制。3.重新劃分網(wǎng)格。另一個(gè)網(wǎng)格劃分選項(xiàng)，是在指定的區(qū)域細(xì)化網(wǎng)格。對(duì)所有面單元和四面體單元有效。最簡(jiǎn)單的方法是使用 MeshTool 先存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫。選

9、擇要細(xì)化的區(qū)域 節(jié)點(diǎn)，單元，關(guān)鍵點(diǎn)，線或面 按 Refine 按鈕。拾取要細(xì)化的實(shí)體 (如果選擇 “All Elems”則不需要此操作)。最后選擇細(xì)化的尺寸級(jí)別，級(jí)別 1最細(xì)。演示：恢復(fù) ribgeom.db。用 SMRT,6劃分網(wǎng)格 (并非很好的網(wǎng)格)。用 SMRT,3 重新劃分網(wǎng)格(好的網(wǎng)格)。將 ESIZE 設(shè)為 0.2 后重新劃分網(wǎng)格，由于智能網(wǎng)格劃分考慮了ESIZE，即使 SMRT 設(shè)為 3，網(wǎng)格也變得很粗糙，屆時(shí)，注意單元尺寸并不相同 (因?yàn)?SMRT為打開狀態(tài))。關(guān)閉 SMRT 重新劃分網(wǎng)格。單元尺寸現(xiàn)在完全相同。用SMRT,3 or ESIZE,0.1.生成的網(wǎng)格較好演示：繼續(xù)

10、上一個(gè)演示 (ribgeom 已采用 ESIZE = 0.2劃分網(wǎng)格)選擇在線上細(xì)化，按 Refine按鈕拾取頂部線，選擇缺省值 “minimal refinement” 網(wǎng)格工具M(jìn)eshTool分配單元屬性網(wǎng)格密度控制生成和改變網(wǎng)格網(wǎng)格劃分方式自由網(wǎng)格、映射網(wǎng)格，掃掠網(wǎng)格網(wǎng)格拖拉過渡單元有三種主要的網(wǎng)格劃分方法：自由網(wǎng)格無單元形狀限制。網(wǎng)格不遵循任何模式。適用于復(fù)雜模式的面和體。映射網(wǎng)格面單元限制為四邊形，體單元限制為六面體 (方塊)。通常有規(guī)則的形狀，單元明顯成行。僅適用于規(guī)則的面和體，如矩形和方塊。掃掠網(wǎng)格體在掃描方向的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)必須一致。例如 ：穿孔的塊體源面和目標(biāo)面必須是單個(gè)面，而不允

11、許是連接面自由網(wǎng)格易于生成，不用將復(fù)雜形狀的體分解為規(guī)則形狀的體。體單元包含四面體單元，致使單元數(shù)量較多。僅高階（10-節(jié)點(diǎn)) 四面體單元較好，因此自由度數(shù)目可能很多。 映射網(wǎng)格通常包含較少的單元數(shù)量。低階單元也可能得到滿意的結(jié)果，因此自由度數(shù)目較少。面和體必須形狀規(guī)則，劃分網(wǎng)格必須滿足一定的規(guī)則。尤其對(duì)形狀復(fù)雜的體，映射網(wǎng)格很難實(shí)現(xiàn)。掃掠網(wǎng)格易于生成塊體單元、棱柱體單元組合的體網(wǎng)格。對(duì)體進(jìn)行四面體網(wǎng)格劃分時(shí)，選項(xiàng)不是“可掃掠的”，則自動(dòng)生成過渡的金字塔形網(wǎng)格。對(duì)幾何形狀要求較高，對(duì)非拉伸體和非旋轉(zhuǎn)體不能用掃掠網(wǎng)格劃分生成自由網(wǎng)格自由網(wǎng)格是面和體劃分的缺省設(shè)置。生成自由網(wǎng)格比較容易：導(dǎo)出 Me

12、shTool ，將劃分方式設(shè)置為自由劃分。推薦用智能網(wǎng)格激活后指定一個(gè)尺寸級(jí)別進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫。然后按 Mesh 按鈕劃分網(wǎng)格。按拾取框中的 Pick All I選擇所有實(shí)體（推薦使用）。或使用命令 VMESH,ALL 或 AMESH,ALL生成映射網(wǎng)格由于面和體必須滿足一定的要求，生成映射網(wǎng)格不如生成自由網(wǎng)格容易。面必須包含 3 或 4 條線（三角形或四邊形）。體必須包含 4 、5 或 6 個(gè)面（四面體，三棱柱或六面體）。對(duì)邊的單元分割必須匹配。對(duì)三角形或四面體單元分割數(shù)必須為偶數(shù)。對(duì)四邊形或六面體，允許采用不等的分割數(shù)，如下邊的例子所示，但分割數(shù)必須滿足一定的關(guān)系式（見下頁）。

13、因此，映射網(wǎng)格劃分包含以下步驟：保證規(guī)則的形狀，即面有 3 或 4 條邊，體有 4、5 或 6 個(gè)面。指定形狀和尺寸控制。生成網(wǎng)格。保證規(guī)則的形狀在許多情況下，模型的幾何形狀有多于 4 條邊的面，有多于 6 個(gè)面的體，為了把它們轉(zhuǎn)換成規(guī)則的形狀，可以作如下操作：把面（或體）切割成小的簡(jiǎn)單的形狀。連接兩條或多條線（或面）以減少總的邊數(shù)。切割可以通過布爾運(yùn)算實(shí)現(xiàn)?？梢杂霉ぷ髌矫?，面或線作為切割工具。有時(shí)生成一條新的線或面，比移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)工作平面的方向容易的多。連接建立一條新線，就是通過連接兩條或多條線以減少構(gòu)成面的線數(shù)。使用 LCCAT 命令或 Main Menu Preprocessor Mesh

14、ing Concatenate Lines,然后拾取線。連接面使用 ACCAT 命令或 Main Menu Preprocessor Meshing Concatenate Areas連接這兩條線使得面由四條線圍成通過在面上簡(jiǎn)單地指定三個(gè)或四個(gè)角點(diǎn)也可以暗示一個(gè)連接，此時(shí)， ANSYS內(nèi)部生成連接。在MeshTool 上選擇 Quad shape 和 Map 。將 3/4 sided 變成 Pick corners。按 Mesh 按鈕，拾取面，然后拾取 3 或 4 個(gè)角點(diǎn)形成一個(gè)規(guī)則的形狀連接時(shí)注意：它僅僅是一個(gè)網(wǎng)格劃分操作，因而應(yīng)該是所有實(shí)體建模之后網(wǎng)格劃分之前的最后一步，因?yàn)檫B接操作得到的

15、實(shí)體不能在后續(xù)的實(shí)體建模操作中使用。連接面（為在體上劃分映射網(wǎng)格）：在對(duì)相鄰的兩個(gè)四邊形面作連接時(shí)，其中的線會(huì)自動(dòng)連接。形狀控制選擇單元形狀非常簡(jiǎn)單，在 MeshTool 中，面網(wǎng)格劃分選擇 Quad ，體網(wǎng)格劃分選擇 Hex ，然后點(diǎn)擊 Map。如果指定線分割數(shù)，切記：對(duì)邊分割數(shù)必須匹配，只需指定一邊的分割數(shù)，映射網(wǎng)格劃分自動(dòng)把分割數(shù)傳送到對(duì)邊。如果模型中有連接線，只能在原始（輸入）線上指定分割數(shù)，不能在合成線上指定分割數(shù)。Meshing Areas: Meshing Volumes: 生成映射網(wǎng)格只要保證規(guī)則形狀并指定了合適的份數(shù)，生成網(wǎng)格將非常簡(jiǎn)單，只需按MeshTool 中的 Mesh

16、 按鈕，然后按拾取器中的 Pick All 或選擇所需的實(shí)體即可。問題：為了劃分映射網(wǎng)格，如何切割這個(gè)模型？答案：這樣做不值得!演示：恢復(fù) ribfull.db。導(dǎo)出 MeshTool 將頂部和右邊線分為 6 份。利用 “Pick corners.”劃分映射網(wǎng)格，注意左邊和底邊只各劃分為 2 份（由 DESIZE決定)?，F(xiàn)在指定 ESIZE,4 (每條邊 4 等分），重新劃分網(wǎng)格。最后，清除線分割，按 ESIZE,0.1 (尺寸)，重新劃分網(wǎng)格掃掠網(wǎng)格劃分是另一種體網(wǎng)格劃分方式，它是通過掃掠面上的網(wǎng)格對(duì)體劃分網(wǎng)格的過程。與網(wǎng)格拖拉相似，只是在這種情況下，體必須是存在的 (如，輸入的幾何體）。優(yōu)

17、點(diǎn)：易于生成塊體單元、棱柱體單元組合的體網(wǎng)格。對(duì)體進(jìn)行四面體網(wǎng)格劃分時(shí)，選項(xiàng)不是“可掃掠的”，則自動(dòng)生成過渡的金字塔形網(wǎng)格。必要條件:體在掃描方向的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)必須一致。 例如 ：穿孔的穿孔的塊體（即使孔是錐形的）。Source surface(1 area)Target surface(1 area)Valid for sweep meshingNot valid for sweep meshing過程定義并激活一個(gè)三維六面體實(shí)體單元類型，如結(jié)構(gòu)單元 SOLID45 或 SOLID95。進(jìn)入 MeshTool 選擇 Hex/Wedge 和 Sweep。選擇如何識(shí)別源面和目標(biāo)面：“Auto Sou

18、rce/Target” 意味著 ANSYS 將由體拓?fù)浞ㄗ詣?dòng)選擇?！癙ick Source/Target” 意思是要選擇它們。按 SWEEP 按鈕按拾取器提示完成操作。 (或使用 VSWEEP 命令。)四面體網(wǎng)格選項(xiàng)在不能采用掃掠劃分的體中生成四面體網(wǎng)格是一個(gè)非常有用的掃掠選項(xiàng)。使用此選項(xiàng)：確信單元類型支持退化的金字塔形和四面體單元如：結(jié)構(gòu)單元 SOLID95, 186, VISCO89熱單元 SOLID90多物理場(chǎng)單元 SOLID62, 117, 122選擇 Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Volume Sweep Sweep Opts 并激活tet-

19、mesh 選項(xiàng). (或使用命令 EXTOPT,VSWE.)注意對(duì)一個(gè)復(fù)雜形體進(jìn)行映射網(wǎng)格劃分，需要做多次切割，連接一些面或線，若采用掃掠劃分只需做幾次切割不需要做連接操作。 可以用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)格控制確定源面的網(wǎng)格，一般不提倡用智能網(wǎng)格劃分，因?yàn)樗怯糜谧杂删W(wǎng)格的。演示：恢復(fù) ribvol.db。清除所有面或體上的網(wǎng)格，畫出體。進(jìn)入 MeshTool 激活掃掠網(wǎng)格。掃掠劃分體網(wǎng)格。把一個(gè)面拖拉成一個(gè)體時(shí)，可以連同面上網(wǎng)格一起拖拉得到網(wǎng)格化的體，稱為網(wǎng)格拖拉。優(yōu)點(diǎn)；易于生成塊體單元（六面體）或塊體單元與棱柱體單元組合的單元。必要條件：體的形狀必須允許拖拉。Extrude過程1.定義兩種單元類型 一種面

20、單元一種體單元面單元：選擇 MESH200 二次單元，MESH200 是一種只用來劃分網(wǎng)格（不求解），沒有與之相關(guān)的自由度或材料特性的單元。體單元：應(yīng)與 MESH200 單元匹配，例如，若選擇的 MESH200 單元有中間節(jié)點(diǎn)，那三維實(shí)體單元也應(yīng)該有中間節(jié)點(diǎn)。用ET 命令或Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete2.用 MESH200 單元對(duì)要拖拉的面劃分網(wǎng)格。使用需要的映射劃分或自由劃分的網(wǎng)格密度。Main Menu Preprocessor Meshing MeshToolPreprocessor MeshTool3.選定單元拖

21、拉的選項(xiàng)。執(zhí)行EXTOPT 命令或 Main Menu Preprocessor Modeling Operate Extrude Elem Ext Opts典型選項(xiàng)是：激活類型屬性 (應(yīng)為三維實(shí)體)。拖拉方向單元份數(shù)（即厚度方向的單元數(shù)）必須大于零；否則只拖拉面不拖拉網(wǎng)格。4.拖拉面。若有連接線先刪除，如果存在連接，ANSYS 不允許進(jìn)行拖拉操作。Main Menu Preprocessor Meshing Concatenate Del Concats Lines然后利用任一種方式拖拉面。演示：恢復(fù) ribgeom.db。進(jìn)入單元類型對(duì)話框刪除 PLANE82 單元，用 MESH200 4

22、-節(jié)點(diǎn)單元代替它。添加第二類單元 SOLID45 。進(jìn)入 MeshTool 設(shè)置 ESIZE,0.1。選擇四面體自由網(wǎng)格劃分對(duì)面劃分網(wǎng)格。設(shè)置拖拉選項(xiàng)： TYPE=2，單元份數(shù) = 4。旋轉(zhuǎn)視角為 ISO。沿法向拖拉面，移動(dòng)量 = 0.4。保存數(shù)據(jù)庫到 ribvol.db文件。對(duì)體劃分網(wǎng)格的兩種選擇：自由網(wǎng)格劃分，完全生成四面體網(wǎng)格，這很容易實(shí)現(xiàn)，但在某些情況下并不令人滿意。映射網(wǎng)格劃分，完全生成六面體網(wǎng)格，這一方法令人滿意，但通常很難實(shí)現(xiàn)。過渡單元 提供了第三種選擇，它集“兩家之長(zhǎng)”，將四面體和六面體網(wǎng)格很好的結(jié)合起來，并保持網(wǎng)格的完整性。這個(gè)選擇是在六面體和四面體單元之間的過度區(qū)，生成金字塔形單元。必須有六面體網(wǎng)格，（至少在交界面上有四邊形網(wǎng)格）。先生成四面體單元，然后通過組合重新組織過渡區(qū)的四面體單元形成金字塔形單元。僅適用于既支持金字塔形又支持四面體形狀的單元類型。結(jié)構(gòu)單元 SOLID95, 186, VISCO89熱單元 SOLID90多物理場(chǎng)單元 SOLID62, 117, 122即使在過渡區(qū)結(jié)果也會(huì)很好。向二次四面體過渡，單元表面都是協(xié)調(diào)的。SOLID95過渡網(wǎng)格對(duì)二次到二次和線性到二次的過渡都是有用的。8-節(jié)點(diǎn)六面體9-節(jié)點(diǎn)四面體10-節(jié)點(diǎn)四面體六面體網(wǎng)格過渡層四面體網(wǎng)格二次到二次線性到二次10-節(jié)點(diǎn)四面體13-節(jié)點(diǎn)金字塔形20