ansys有限元網(wǎng)格劃分方法與基本原理

一、前言有限元網(wǎng)格劃分是進(jìn)行有限元數(shù)值模擬分析至關(guān)重要的一步，它直接影響著后續(xù)數(shù)值計(jì)算分析結(jié)果的精確性。網(wǎng)格劃分涉及單元的外形及其拓?fù)漕愋汀卧愋?、網(wǎng)格生成器的選擇、網(wǎng)格的密度、單元的編號以及幾何體素.從幾何表達(dá)上講,梁和桿是相同的，從物理和數(shù)值求解上講則是有區(qū)分的。同理，平面應(yīng)力和平面應(yīng)變情況設(shè)計(jì)的單元求解方程也不相同。在有限元數(shù)值求解中，單元的等效節(jié)點(diǎn)力、剛度矩陣、質(zhì)量矩陣等均用數(shù)值積分生成，連續(xù)體單元以及殼、板、梁單元的面內(nèi)均接受高斯（Gaｕss)積分，而殼、板、梁單元的厚度方向接受辛普生（Simpｓon）積分.辛普生積分點(diǎn)的間隔是肯定的,沿厚度分成奇數(shù)積分點(diǎn).由于不同單元的剛度矩陣不同，接受數(shù)值積分的求解方式不同,因此實(shí)際應(yīng)用中，肯定要接受合理的單元來模擬求解。ＣAD軟件中流行的實(shí)體建模包括基于特征的參數(shù)化建模和空間自由曲面混合造型兩種方法。Prｏ/E和SoｉｌｄWoｒkｓ是特征參數(shù)化造型的代表，而ＣATIＡ與Ｕｎiｇｒａpｈicｓ等則將特征參數(shù)化和空間自由曲面混合造型有機(jī)的結(jié)合起來.現(xiàn)有CAD軟件對表面形態(tài)的表示法已經(jīng)大大超過了ＣＡＥ軟件,因此，在將ＣAＤ實(shí)體模型導(dǎo)入CAE軟件的過程中,必須將CAD模型中其他表示法的表面形態(tài)轉(zhuǎn)換到CAE軟件的表示法上,轉(zhuǎn)換精度的凹凸取決于接口程序的好壞。在轉(zhuǎn)換過程中，程序需要解決好幾何圖形（曲線與曲面的空間位置）和拓?fù)潢P(guān)系（各圖形數(shù)據(jù)的規(guī)律關(guān)系)兩個關(guān)鍵問題。其中幾何圖形的傳遞相對容易實(shí)現(xiàn)，而圖形間的拓?fù)潢P(guān)系容易消滅傳遞失敗的情況。數(shù)據(jù)傳遞面臨的一個重大挑戰(zhàn)是,將導(dǎo)入ＣＡＥ程序的CAD模型改造成適合有限元分析的網(wǎng)格模型。在很多情況下,導(dǎo)入CAE程序的模型可能包含很多設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，如細(xì)小的孔、狹窄的槽，甚至是建模過程中形成的小曲面等。這些細(xì)節(jié)往往不是基于結(jié)構(gòu)的考慮，保留這些細(xì)節(jié),單元數(shù)量勢必增加，甚至?xí)谏w問題的主要沖突，對分析結(jié)果造成負(fù)面影響.CAＤ模型的“完整性”問題是困擾網(wǎng)格剖分的障礙之一。對于同一接口程序，數(shù)據(jù)傳遞的品質(zhì)取決于ＣAＤ模型的精度.部分ＣAD模型對制造檢測來說具備足夠的精度,但對有限元網(wǎng)格剖分來說卻不能滿意要求.值得慶幸的是,這種問題通?？赏ㄟ^CAD軟件的“完整性檢查”來修正。改造模型可取的方法是回到CＡD系統(tǒng)中依據(jù)分析的要求修改模型。一方面檢查模型的完整性，另一方面剔除對分析無用的細(xì)節(jié)特征.但在很多情況下，這種“回歸”很難實(shí)現(xiàn)，模型的改造只有依靠ＣＡE軟件自身。CAE中最直接的方法是依靠軟件具有的“重構(gòu)”功能,即剔除細(xì)部特征、縫補(bǔ)面和將小面“融入”大曲面等。有些專用接口在模型傳遞過程中甚至允許自動完成這種工作,并且通過網(wǎng)格剖分器檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷摹巴暾浴保绨l(fā)現(xiàn)“完整性"不能滿意要求，接口程序可自動進(jìn)行“完整性"修復(fù)。當(dāng)幾何模型距ＣAE分析的要求相差太大時(shí)，還可利用ＣAE程序的造型功能修正幾何模型。“布爾運(yùn)算”是切除細(xì)節(jié)和修理非完整特征的有效工具之一.目前數(shù)據(jù)傳遞一般可通過專用數(shù)據(jù)接口,CＡE程序可與CAＤ程序“溝通”后生成與CＡE程序兼容的數(shù)據(jù)格式.另一種方式是通過標(biāo)準(zhǔn)圖形格式如IＧES、SAT和PａｒaSoｌid傳遞?，F(xiàn)有的CAD平臺與通用有限元平臺一般通過IGES、STL、Ｓｔｅp、Ｐａrasｏliｄ等格式來數(shù)據(jù)交換，早期IＧＥS接口應(yīng)用比較廣泛,但由于該標(biāo)準(zhǔn)本身的不嚴(yán)格性,導(dǎo)致多數(shù)簡潔模型的傳遞以失敗告終，如圖１所示為某汽車掩蓋件在UGII中以IGＥS格式輸出時(shí)產(chǎn)生的信息,可以看出其包含大量有限元分析不必要的幾何信息。而ＳAＴ與PaｒａＳolid標(biāo)準(zhǔn)較為嚴(yán)格,被多數(shù)CAＤ程序接受。由于典型通用有限元軟件(如MSＣ.ＰATRＡN、MSＣ．ＭARC、AＮＳYＳ、ABＡQUS、AＤＩNA等)的建模功能都不是很強(qiáng)，尤其是在面對包含簡潔空間曲面的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)時(shí)表現(xiàn)出明顯的不足,同時(shí)不利于建立后續(xù)的單元網(wǎng)格劃分模型。因此，利用現(xiàn)有CAD平臺（如CAＴIA、UGＩＩ、ＰＲＯ／E）完成網(wǎng)格劃分工作，或借助專業(yè)網(wǎng)格劃分軟件HypｅrMesh、AIEnｖiroｍenｔ等來完成任務(wù)是比較好的方法.下面分別以包含大量空間自由曲面的汽車掩蓋件產(chǎn)品和宇航業(yè)中常用的大型整體網(wǎng)格筋殼體為對象，簡述有限元網(wǎng)格劃分的基本原理方法和應(yīng)用。圖1IGES文件輸出的圖素信息分頁二、有限元網(wǎng)格劃分方法與基本原理１．有限元網(wǎng)格劃分的指導(dǎo)思想有限元網(wǎng)格劃分的指導(dǎo)思想是首先進(jìn)行總體模型規(guī)劃,包括物理模型的構(gòu)造、單元類型的選擇、網(wǎng)格密度的確定等多方面的內(nèi)容。在網(wǎng)格劃分和初步求解時(shí)，做到先簡潔后簡潔，先粗后精，2D單元和3Ｄ單元合理搭配使用。為提高求解的效率要充分利用重復(fù)與對稱等特征，由于工程結(jié)構(gòu)一般具有重復(fù)對稱或軸對稱、鏡象對稱等特點(diǎn),接受子結(jié)構(gòu)或?qū)ΨQ模型可以提高求解的效率和精度。利用軸對稱或子結(jié)構(gòu)時(shí)要注意場合，如在進(jìn)行模態(tài)分析、屈曲分析整體求解時(shí),則應(yīng)接受整體模型，同時(shí)選擇合理的起點(diǎn)并設(shè)置合理的坐標(biāo)系，可以提高求解的精度和效率，例如，軸對稱場合多接受柱坐標(biāo)系。有限元分析的精度和效率與單元的密度和幾何外形有著親密的關(guān)系，依據(jù)相應(yīng)的誤差準(zhǔn)則和網(wǎng)格疏密程度，避開網(wǎng)格的畸形.在網(wǎng)格重劃分過程中常接受曲率掌握、單元尺寸與數(shù)量掌握、穿透掌握等掌握準(zhǔn)則。在選用單元時(shí)要注意剪力自鎖、沙漏和網(wǎng)格扭曲、不行壓縮材料的體積自鎖等問題。典型有限元軟件平臺都供應(yīng)網(wǎng)格映射劃分和自由適應(yīng)劃分的策略。映射劃分(Ｍａｐpｅｄ／IｓｏMｅsh)用于曲線、曲面、實(shí)體的網(wǎng)格劃分方法，可使用三角形、四邊形、四周體、五面體和六面體,通過指定單元邊長、網(wǎng)格數(shù)量等參數(shù)對網(wǎng)格進(jìn)行嚴(yán)格掌握,映射劃分只用于規(guī)章的幾何圖素,對于裁剪曲面或者空間自由曲面等簡潔幾何體則難以掌握.自由網(wǎng)格劃分（Ｆreｅ／Pavｅr）用于空間自由曲面和簡潔實(shí)體，接受三角形、四邊形、四周體進(jìn)行劃分，接受網(wǎng)格數(shù)量、邊長及曲率來掌握網(wǎng)格的質(zhì)量。例如，在ＭSC．ＭARC中，其轉(zhuǎn)換(Coｎvｅｒt）用法是幾何模型轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格模型，點(diǎn)轉(zhuǎn)換為節(jié)點(diǎn)，曲線轉(zhuǎn)換為線單元，面轉(zhuǎn)換為三角形、四邊形等。網(wǎng)格自動劃分（AutoＭeｓh)則是在任意曲面上生成三角形或者四邊形,對任意幾何體生成四周體或者六面體。網(wǎng)格重劃分（Rｅmesh）是在每一步計(jì)算過程中，檢查各單元法始終判定各區(qū)域的曲率變化情況，在曲率較大變形猛烈的區(qū)域單元，進(jìn)行網(wǎng)格加密重新劃分,如此循環(huán)直到滿意網(wǎng)格單元的曲率要求為止。網(wǎng)格重劃分的思想是通過網(wǎng)格加密的方法來提高分析的精度和效率。網(wǎng)格自適應(yīng)劃分（AｄaｐtivｅRefinement)的思想是在計(jì)算步中，上升不滿意分析條件的低階單元的階次來提高分析的精度和效率,應(yīng)用比較廣泛。自適應(yīng)網(wǎng)格劃分必須接受適當(dāng)?shù)膯卧?，在保證單元階次的基礎(chǔ)上，原本已形成的單元剛度矩陣等特性保持不變，才能同時(shí)提高精度和效率。階譜單元（ＨierachｉcａｌＥｌeｍｅnt)充分發(fā)揮了自適應(yīng)網(wǎng)格劃分的優(yōu)點(diǎn),在計(jì)算中通過不斷增加初始單元的邊上的節(jié)點(diǎn)數(shù)，從而使單元插值函數(shù)的階次在前一階的基礎(chǔ)上不斷增加，通過引入新增節(jié)點(diǎn)的插值函數(shù)來提高求解的精度和效率。例如，三節(jié)點(diǎn)三角形單元升為六節(jié)點(diǎn)三角形單元，四節(jié)點(diǎn)四邊形單元升階為８節(jié)點(diǎn)四邊形單元，四節(jié)點(diǎn)四周體單元升階為８節(jié)點(diǎn)、１0節(jié)點(diǎn)、20節(jié)點(diǎn)四周體。２.有限元網(wǎng)格劃分的基本方法有限元網(wǎng)格劃分方法有兩種,對于簡潔的結(jié)構(gòu)多接受直接建立單元模型的網(wǎng)格直接生成法，當(dāng)對象比較簡潔時(shí),多通過幾何自動生成法來完成，即在幾何元素描述的物理基礎(chǔ)上自動離散成有限單元。有限元單元可以按幾何維數(shù)劃分為一維、二維和三維單元,而在實(shí)際應(yīng)用中接受拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)單元，包括常用的質(zhì)量單元、彈簧元、桿與梁管單元、平面三角形單元、平面四邊形單元、膜單元、等參單元、殼單元和三維實(shí)體單元.有限元網(wǎng)格劃分，對于二維平面、三維曲面和三維實(shí)體網(wǎng)格有以下幾種劃分方法：(1）掩蓋法：基于四邊形的網(wǎng)格劃分，要求網(wǎng)格劃分的平面或曲面必須是完整裁減曲面,該曲面邊界必須是裁減曲線;(2）前沿法：通過把曲面等參變換到二維空間進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后映射到三維空間曲面上，把曲面劃分成完全的四邊形單元或三角形單元；（3）Dｅlauｎay三角形法：主要用于由至少一條封閉曲線所圍成的單連通域或多連通域內(nèi)生成三角形單元,趨向于等邊三角形.充分考慮了幾何外形中細(xì)微的幾何特征,并在微小特征處劃分成較細(xì)的單元，在不需要密網(wǎng)格處,接受稀疏單元網(wǎng)格。(4)轉(zhuǎn)換擴(kuò)展法：針對曲面幾何外形比較規(guī)章的幾何區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分,其網(wǎng)格生成速度快,網(wǎng)格質(zhì)量高。由節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展為線單元,從線單元生成平面二維單元,從二維單元生成三維單元.它不僅僅用于三維網(wǎng)格的生成,同時(shí)可進(jìn)行一維、二維網(wǎng)格和幾何體的生成,包括移動、鏡像、拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描三維實(shí)體的擴(kuò)展方式、擴(kuò)展系數(shù)和擴(kuò)展方向。3。網(wǎng)格質(zhì)量的評估單元的質(zhì)量和數(shù)量對求解結(jié)果和求解過程影響較大,如果結(jié)構(gòu)單元全部由等邊三角形、正方形、正四周體、立方六面體等單元構(gòu)成,則求解精度可接近實(shí)際值,但由于這種抱負(fù)情況在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中很難做到.因此依據(jù)模型的不同特征,設(shè)計(jì)不同外形種類的網(wǎng)格，有助于改善網(wǎng)格的質(zhì)量和求解精度。單元質(zhì)量評價(jià)一般可接受以下幾個指標(biāo):(1）單元的邊長比、面積比或體積比以正三角形、正四周體、正六面體為參考基準(zhǔn)。抱負(fù)單元的邊長比為１，可接受單元的邊長比的范圍線性單元長寬比小于３,二次單元小于10.對于同形態(tài)的單元，線性單元對邊長比的敏感性較高階單元高,非線性比線性分析更敏感。（2)扭曲度：單元面內(nèi)的扭轉(zhuǎn)和面外的翹曲程度。（３）疏密過渡:網(wǎng)格的疏密主要表現(xiàn)為應(yīng)力梯度方向和橫向過渡情況，應(yīng)力集中的情況應(yīng)妥善處理，而對于分析影響較小的局部特征應(yīng)分析其情況，如外圓角的影響比內(nèi)圓角的影響小的多。（４）節(jié)點(diǎn)編號排布：節(jié)點(diǎn)編號對于求解過程中的總體剛度矩陣的元素分布、分析耗時(shí)、內(nèi)存及空間有肯定的影響。合理的節(jié)點(diǎn)、單元編號有助于利用剛度矩陣對稱、帶狀分布、稀疏矩陣等方法提高求解效率，同時(shí)要注意消除重復(fù)的節(jié)點(diǎn)和單元。4．裝配結(jié)構(gòu)中單元的協(xié)調(diào)（１)自由度不同的單元不協(xié)調(diào):例如,AＮSYS中ＳＨELＬ6３、ＢEAM４和SＯLID４5三種單元，前二者均包含六個自由度，而Soｌiｄ45只包含三個平動自由度，因此后者只傳遞前二者的平動位移,不傳遞R旋轉(zhuǎn)方向的位移.（2)有相同自由度的單元不總是協(xié)調(diào)的:例如,AＮSYS中BEAM3和ＳHＥＬL41單元，Bｅaｍ3具備平動方向的三個自由度，而SHEＬL4１包括兩個平動自由度（ＵX/UY)和一個旋轉(zhuǎn)自由度（RTOTＺ），因此SHＥＬＬ4１只能傳遞BEAＭ3的平動位移，不能傳遞旋轉(zhuǎn)方向的值。（3）ANＳＹS中三維梁單元與三維殼單元具有相同的六個自由度：殼單元旋轉(zhuǎn)自由度與平面旋轉(zhuǎn)剛度相關(guān)，為虛擬剛度，不是真實(shí)的自由度,同時(shí),要注意三維梁單元與殼單元消滅不匹配的問題。5.常用單元的選用原則有限元網(wǎng)格劃分中單元類型的選用對于分析精度有著重要的影響，工程中常把平面應(yīng)變單元用于模擬厚結(jié)構(gòu)，平面應(yīng)力單元用于模擬薄結(jié)構(gòu)，膜殼單元用于包含自由空間曲面的薄壁結(jié)構(gòu)。對塊體和四邊形，可以選擇全積分或縮減積分，對線性六面體和四邊形單元，可以接受非協(xié)調(diào)模式。由于三角形單元的剛度比四變形單元略大，因此相對三節(jié)點(diǎn)三角形單元，優(yōu)先選擇四邊形四節(jié)點(diǎn)單元。如果網(wǎng)格質(zhì)量較高且不發(fā)生變形，可使用一階假定應(yīng)變四邊形或六面體單元，六面體單元優(yōu)先四周體單元和五面體鍥形單元。十節(jié)點(diǎn)四周體單元與八節(jié)點(diǎn)六面體單元具有相同的精度。網(wǎng)格較粗的情況下使用二階縮減積分四邊形或四周體單元，對于橡膠類體積不行壓縮材料使用Ｈｅｒrmann單元,避開體積自鎖。在完全積分單元中，當(dāng)二階單元被用于處理不行壓縮材料時(shí)，對體積自鎖格外敏感，因此應(yīng)避開模擬塑性材料,如果使用應(yīng)選用Herrｍanｎ單元。一階單元被定義為恒定體積應(yīng)變時(shí)，不存在體積自鎖。在縮減積分單元中，積分點(diǎn)少，不行壓縮約束過度,約束現(xiàn)象減輕，二階單元在應(yīng)變大于20%～４0%時(shí)應(yīng)當(dāng)心使用，一階單元可用于大多數(shù)應(yīng)用場合并具有自動沙漏掌握功能。三、空間自由曲面的網(wǎng)格劃分—-汽車掩蓋件1。掩蓋件有限元網(wǎng)格劃分的基本理論工程結(jié)構(gòu)中常用的薄殼結(jié)構(gòu),如球罐、壓力容器、冷凝塔、飛機(jī)蒙皮和汽車外殼等,均是由圓柱、圓錐、球面等規(guī)章曲面或Ｂezｉeｒ、Nurbｓ等自由曲面組合而成的.因此,三維組合曲面的有限元網(wǎng)格生成有著廣泛的工程應(yīng)用背景。組合曲面網(wǎng)格作為三維實(shí)體表面的離散形式,是三維實(shí)體網(wǎng)格剖分的前提和基礎(chǔ),其質(zhì)量的優(yōu)劣對后續(xù)生成的三維實(shí)體網(wǎng)格質(zhì)量有很大影響。在簡潔空間曲面的劃分過程中,面的完整性對于網(wǎng)格的劃分和求解精度有著重要的影響,同時(shí)既要注意應(yīng)力集中的區(qū)域，又要排解一些細(xì)節(jié)特征,以提高求解的效率和精度。在網(wǎng)格劃分中，還應(yīng)注意不同曲面實(shí)體之間具有共同邊界或面域的幾何協(xié)調(diào)性，幾何之間的不全都容易引起幾何間網(wǎng)格的不協(xié)調(diào)性。此外，在利用Ｐarasoliｄ、ＩＧES、Sｔep等中間數(shù)據(jù)格式進(jìn)行模型交換時(shí),肯定要注意曲面的光順性和連續(xù)性，尤其是局部細(xì)節(jié)特征、孔洞特征和曲面不連續(xù)對分析結(jié)果影響很大。幾乎全部的ＣＡD軟件都可輸出ＩＧＥS格式的文件,但該格式只包含線和面的信息,而沒有體的信息，而且ＩGＥS格式會丟掉部分信息甚至產(chǎn)生錯誤幾何信息。圖2所示為某曲面的縫合及其網(wǎng)格劃分示意圖.圖2CAD模型縫補(bǔ)與網(wǎng)格劃分汽車掩蓋件包含大量空間自由曲面，由于其幾何和成型的簡潔性,建立掩蓋件三維有限元模型,有利于提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬的精度和效率。用于掩蓋件模擬的有限元網(wǎng)格模型單元包括基于薄膜理論的薄膜單元、基于板殼理論的殼單元和基于連續(xù)介質(zhì)理論的實(shí)體塊單元三種類型。薄膜單元基于平面應(yīng)力假設(shè),構(gòu)造簡潔，內(nèi)存要求較低，計(jì)算效率高。但薄膜理論忽視了彎曲效應(yīng)，從而不能模擬彎曲效應(yīng)引起的回彈和起皺，考慮到的內(nèi)力僅為沿薄殼厚度均勻分布的平行于中面的應(yīng)力,忽視彎矩、扭矩和橫向剪切,認(rèn)為應(yīng)力沿厚度分布是均勻的,薄膜理論單元只適用于分析脹形等彎曲效應(yīng)不明顯的成型過程。基于連續(xù)介質(zhì)理論的實(shí)體塊單元,考慮了彎曲效應(yīng)和剪切效應(yīng),但是對于厚度較薄的大型掩蓋件,在板厚尺寸過小的情況下，容易引起剛度矩陣奇異,接受實(shí)體單元其網(wǎng)格數(shù)量和密度要求很高,計(jì)算時(shí)間長，內(nèi)存開銷大?；诎鍤だ碚摰臍卧饶芴幚韽澢图羟行?yīng)，同時(shí)不需要實(shí)體單元的網(wǎng)格數(shù)量、計(jì)算時(shí)間和內(nèi)存空間，因此,板殼理論的殼單元多用于大型薄壁零件。板殼理論包括基于Kｉrcｈhｏｆf板殼理論的殼單元和基于Ｍｉnｄliｎ理論的殼單元?；冢薸rchhoff理論的殼單元要求構(gòu)造C1連續(xù)的插值函數(shù)，而對于簡潔三維形體構(gòu)造C１連續(xù)的插值函數(shù)格外困難?；冢蚷ndlin的殼單元由于接受位移和轉(zhuǎn)動獨(dú)立的插值策略,從而將C1連續(xù)性插值函數(shù)轉(zhuǎn)化為C0連續(xù)性插值函數(shù)，簡化了問題，其在有限元數(shù)值模擬中應(yīng)用廣泛。在掩蓋件有限元網(wǎng)格劃分中，對型面變化猛烈、圓角過渡和拐角處,要求網(wǎng)格密度大，單元尺寸小、數(shù)量多；對于平坦區(qū)域則可接受網(wǎng)格密度小、單元尺寸大和數(shù)量少的策略。有限元分析中的計(jì)算精度和效率形成了一對沖突，為提高計(jì)算精度，增加單元數(shù)量往往導(dǎo)致計(jì)算效率下降。為此,網(wǎng)格劃分成為了突出的問題，網(wǎng)格重劃分和網(wǎng)格自適應(yīng)劃分有效地緩解了計(jì)算精度和效率之間的沖突。由于我們能將任意簡潔的空間型面離散為節(jié)點(diǎn)相連的三角形單元網(wǎng)格模型，而在這種情況下構(gòu)造四邊形網(wǎng)格模型則格外困難，因此，三角形單元常用于掩蓋件的數(shù)值模擬。2．SMC汽車掩蓋件結(jié)構(gòu)有限元分析ＣＡＥ作為一種分析手段，即可單獨(dú)實(shí)施,又可與其他ＣＡX系統(tǒng)一起使用。譬如,有限元分析軟件一般都供應(yīng)前、后處理模塊，這些模塊既可單獨(dú)使用，又可與CAD軟件集成使用.市場上可用于汽車零件有限元分析的軟件有幾十種之多,例如UGS公司的NXNａsｔｒan,又如ＡNSYS公司的專業(yè)的有限元分析軟件AＮSYS,MSC.Soｆtwaｒｅ公司的NASTRAＮ、PATRＡN。雖然,上述CAE軟件都供應(yīng)了與CAD軟件的接口，但還是要與CＡＤ軟件相結(jié)合，才能更好地發(fā)揮作用。圖3掩蓋件有限元網(wǎng)格劃分與分析如圖3中（ａ）~（ｃ）所示,分別在Ｍsc.Paｔraｎ、ANＳYＳＷo(hù)ｒkｂｅnch、AIEnｖironｍｅnt軟件平臺上，接受相應(yīng)的劃分方法針對某SMＣ成型工藝的掩蓋件外蒙皮、內(nèi)筋及其整體粘結(jié)產(chǎn)品的有限元網(wǎng)格劃分示意圖,從圖中的網(wǎng)格模型可以看出,用戶可以依據(jù)需要實(shí)行相應(yīng)的策略將模型的網(wǎng)格劃分為相關(guān)單元和數(shù)量的網(wǎng)格模型.掩蓋件有限元分析的一般過程包括:CAD模型的讀入、幾何模型的編輯修改、網(wǎng)格劃分、邊界條件定義、分析和結(jié)果后處理等。對于簡潔產(chǎn)品的有限元分析，網(wǎng)格劃分所占的工作量較大。UnｉｇraｐhｉcsNＸ供應(yīng)了與AＮSＹSＤesｉgnＳpace雙向參數(shù)互動的嵌入式接口,有助于工程意識強(qiáng)烈、CＡE背景薄弱,且生疏ＣAD結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的人員使用，使設(shè)計(jì)人員很便利地進(jìn)行自適應(yīng)映射網(wǎng)格劃分、工況加載、單位制自動換算、分析求解、計(jì)算報(bào)告生成等工作。在完成掩蓋件產(chǎn)品設(shè)計(jì)后，由于產(chǎn)品包含多個自由曲面特征,如接受傳統(tǒng)的IGEＳ格式傳遞數(shù)據(jù),在AＮSＹS環(huán)境下還需要進(jìn)行大量的修補(bǔ)工作。利用UGＮＸ的曲面縫合（SewSuｒｆａce）功能，可以快速便利地得到完整的可供ＣAE分析使用的連續(xù)曲面,如圖３（d)所示為縫合輸出后，在ＤesignSpace環(huán)境下劃分的網(wǎng)格模型和重力作用下的變形分析。其有限元網(wǎng)格模型包含44352個單元（Elemｅnt）和45668個節(jié)點(diǎn)（Ｎoｄe）。對于ＳＭC復(fù)合材料掩蓋件的分析，由于DｅsiｇnＳpace目前不支持復(fù)合材料,因此需要和ＡNSＹS交換數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)其分析結(jié)果的提取。如圖3所示分別為０．８ｍm厚度的鋼材和３mm厚度ＳMＣ的掩蓋件外蒙皮，在重力作用下的變形對比，以及不同厚度(SMC的密度約為１.8,其重量不足鋼材的1/４)的外蒙皮在重力作用下變形變化趨勢。由圖中可以看出,相同重量的掩蓋件,ＳＭC與鋼材相比,表現(xiàn)出重量輕，剛性好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)ＳMＣ復(fù)合材料的性能可以進(jìn)一步借助于纖維的選擇、成型工藝以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化來提高產(chǎn)品性能。圖3（e）和（f）所示分別為SMＣ掩蓋件在重力作用下的變形及其扭轉(zhuǎn)剛性分析示意圖。分頁四、三維實(shí)體網(wǎng)格劃分—大型整體網(wǎng)格筋殼體1.基于8叉樹算法的四周體網(wǎng)格劃分基本原理在進(jìn)行三維實(shí)體產(chǎn)品的網(wǎng)格劃分時(shí)，六面體的分析結(jié)果比四周體好,接受六面體離散的單元數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于四周體單元離散的單元數(shù)。六面體單元具有易于辨認(rèn)的優(yōu)點(diǎn),在結(jié)構(gòu)比較簡潔的場合應(yīng)用廣泛，但對于簡潔結(jié)構(gòu)其難度比較大，由于在接受六面體進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí),要求過渡扭曲的面要少，并將曲率過大處處理為過渡網(wǎng)格,生成的單元總數(shù)少,從而導(dǎo)致分析精度下降。在此情況下,常接受四周體單元進(jìn)行網(wǎng)格模型劃分。ANSYS先進(jìn)的網(wǎng)格劃分環(huán)境AＩＥnvｉｒonｍent具備雕塑曲面的網(wǎng)格劃分能力,同時(shí)能處理死單元求解的問題.除了供應(yīng)其他軟件具有的一般前后處理功能外，CＡD模型修復(fù)能力強(qiáng)、自動中面抽取、網(wǎng)格“雕塑”技術(shù)和網(wǎng)格編輯技術(shù)是它的四大特點(diǎn)。ＡIＥnｖｉrｏnmenｔ能自動對CＡＤ模型或SＴＬ模型生成四周體網(wǎng)格，無需事先生成表面網(wǎng)格，而且能保留CAD幾何模型的參數(shù)化描述，網(wǎng)格可在修改過的幾何模型上重新生成。當(dāng)用戶在CAD系統(tǒng)中選中導(dǎo)入的模型時(shí)，模型可帶有附加信息，它們與主幾何模型一起存儲,幾何模型的參數(shù)轉(zhuǎn)變后,用戶要重新生成網(wǎng)格只需簡潔的更新,就可以立即進(jìn)行非結(jié)構(gòu)四周體網(wǎng)格的重新計(jì)算.系統(tǒng)還供應(yīng)四周體智能網(wǎng)格、三棱柱邊界層網(wǎng)格、六面體網(wǎng)格雕塑，可將任意簡潔的形體劃分成映射六面體網(wǎng)格、四／六面體混合網(wǎng)格（在連接處自動生成金字塔單元）、O-形網(wǎng)格（自動生成六面體邊界層單元)、自動六面體網(wǎng)格(對簡潔程度不高的幾何形體自動生成六面體網(wǎng)格),具有大量的網(wǎng)格、節(jié)點(diǎn)編輯、修補(bǔ)和質(zhì)量診斷工具，能進(jìn)行三角形—四邊形、四周體—六面體、線性—二次單元類型之間的轉(zhuǎn)換。Tetra10四周體網(wǎng)格劃分接受８叉樹算法來對體積進(jìn)行四周體填充，并生成表面網(wǎng)格,用戶必須事