ANSYS之網格劃分PPT

1、網格劃分網格劃分概述網格劃分包含以下3個步驟 :定義單元屬性指定網格的控制參數生成網格本章, 我們將詳細介紹上述3個步驟并討論網格劃分的其他選項.內容包括:A. 多種單元屬性 E. 過渡網格劃分B. 控制網格密度 F. 網格的拖拉C. 改變網格 G. 掃掠網格劃分D. 映射網格劃分 H. 實踐January 30, 2001網格劃分A. 多種單元屬性如前所述, 每個單元有以下與之相關的屬性:單元類型 (TYPE)實常數 (REAL)材料特性 (MAT)許多 FEA 模型有多種屬性. 例如，下圖所示的筒倉有兩種單元類型, 三種實常數, 以及兩種材料.材料 1 = 混凝土材料 2 = 鋼實常數 1

2、 = 3/8” 厚度實常數 2 = 梁單元特性實常數 3 = 1/8” 厚度類型 1 = 殼單元類型 2 = 梁單元January 30, 2001網格劃分.多種單元屬性只要您的模型中有多種單元類型(TYPEs), 實常數(REALs) 和 材料 (MATs), 就必須確保給每一種單元指定了合適的屬性. 有以下3種途徑:在網格劃分前為實體模型指定屬性在網格劃分前對MAT, TYPE,和REAL進行 “總體的” 設置在網格劃分后修改單元屬性如果沒有為單元指定屬性, ANSYS將MAT=1, TYPE=1, 和 REAL=1作為模型中所有單元的缺省設置. 注意, 采用當前激活的TYPE, REAL

3、, 和 MAT 進行網格操作.January 30, 2001網格劃分.多種單元屬性為實體模型指定屬性1.定義所有需要的單元類型,材料, 和實常數.2.然后使用 網格工具的“單元屬性” 菜單條 (Preprocessor MeshTool):選擇實體類型后按 SET鍵.拾取您想要指定屬性的實體.在后續(xù)的對話框設置適當的屬性.或 選擇需要的實體,使用 VATT, AATT, LATT, 或 KATT 命令.3.當您為實體劃分網格時, 它的屬性將自動轉換到單元上.January 30, 2001網格劃分.多種單元屬性使用總體的屬性設置1.定義所有需要的單元類型,材料, 和實常數.2.然后使用網格工

4、具的“單元屬性” 菜單條 (Preprocessor MeshTool):選擇 Global 后按 SET 鍵.在 “網格劃分屬性” 對話框中激活需要的屬性組合. 這些被視為激活的 TYPE, REAL,和 MAT 設置.或使用 TYPE, REAL, 和 MAT 命令.3.僅對使用上述設置屬性的實體劃分網格.January 30, 2001網格劃分.多種單元屬性修改單元屬性1.定義所有需要的單元類型,材料, 和實常數.2.激活需要的TYPE, REAL, 和 MAT設置的組合:Preprocessor -Attributes- Define Default Attribs.或使用 TYPE,

5、 REAL, 和 MAT 命令3.僅修改使用上述設置屬性的單元的屬性:使用 EMODIF,PICK 命令或選擇 Preprocessor Move/Modify -Elements- Modify Attrib拾取需要的單元4.在后續(xù)的對話框,將屬性設置為 “All to current.”January 30, 2001網格劃分.多種單元屬性牢記以下幾點:您可以激活屬性編號校核單元屬性 :Utility Menu PlotCtrls Numbering或用 /PNUM,attr,ON命令, attr 可以是 TYPE, MAT, 或 REAL在實體模型上直接指定屬性將不考慮缺省屬性. 在實體

6、模型上指定屬性, 您可以避免在網格劃分操作中重新設置屬性. 由于 ANSYS 的網格劃分算法在一次對所有實體進行網格劃分時更為有效,因而這種方法更為優(yōu)越.清除實體模型上的網格將不會刪除指定的單元屬性.January 30, 2001網格劃分B. 控制網格密度ANSYS 提供了多種控制網格密度的工具, 既可以是總體控制也可以是局部控制:總體控制智能網格劃分總體單元尺寸缺省尺寸局部控制關鍵點尺寸線尺寸面尺寸January 30, 2001網格劃分.控制網格密度智能網格劃分通過指定所有線上的份數決定單元的尺寸, 它可以考慮線的曲率, 孔洞的接近程度和其它特征, 以及單元階次.智能網格劃分的缺省設置是

7、關閉, 在自由網格劃分時建議采用智能網格劃分。 它對映射網格劃分沒有影響. (自由網格劃分與映射網格劃分將在后面討論.)January 30, 2001網格劃分.控制網格密度使用智能網格劃分:導出MeshTool菜單條 (Preprocessor MeshTool), 打開智能網格劃分, 設置需要的尺寸級別.或使用 SMRT,level 命令尺寸級別的范圍從 1 (精細) 到10 (粗糙). 缺省級別為 6.對所有體 (或所有面)一次劃分網格, 將優(yōu)越于一個一個地劃分網格.January 30, 2001網格劃分.控制網格密度如圖所示為采用不同的SmartSize尺寸級別進行四面體網格劃分的例

8、子.高級的 SmartSize 控制, 如網格擴張和過渡系數在SMRT 命令 (或Preprocessor -Meshing- Size Cntrls -SmartSize- Adv Opts.)中提供.您可以使用MeshTool菜單條或采用smrt,off命令關閉智能網格劃分.January 30, 2001網格劃分.控制網格密度總體單元尺寸您可以為整個模型指定最大的單元邊長 (或每條線的份數):ESIZE,SIZE或 Preprocessor MeshTool “Size Controls - Global” Set或 Preprocessor -Meshing- Size Cntrls

9、-Global- Size可單獨使用或與 智能網格劃分聯合使用.單獨使用ESIZE (智能網格劃分關閉) 將采用相同的單元尺寸對體 (或面) 劃分網格.在 智能網格劃分 打開時, ESIZE 充當 “向導,” 但為了適應線的曲率或幾何近似指定的尺寸可能無效.January 30, 2001網格劃分.控制網格密度缺省尺寸如果您不指定任何控制, ANSYS 將使用缺省尺寸, 它將根據單元階次指定線的最小和最大份數, 表面高寬比等. 用于映射網格劃分, 但在智能網格劃分關閉時, 自由網格劃分也可使用.您可以采用 DESIZE 命令或 Preprocessor -Meshing- Size Cntrl

10、s -Global- Other 調節(jié)缺省的尺寸規(guī)格.January 30, 2001網格劃分.控制網格密度關鍵點尺寸通過關鍵點控制單元尺寸:Preprocessor MeshTool “Size Controls: Keypt” Set或 KESIZE 命令或 Preprocessor -Meshing- Size Cntrls -Keypoints-不同的關鍵點可以不同的 KESIZE, 為您在網格上有更多的控制.對應力集中區(qū)域非常有用.智能網格劃分打開時,為了適應線的曲率或幾何近似指定的尺寸可能無效.January 30, 2001網格劃分.控制網格密度線尺寸控制線上單元尺寸:Prepr

11、ocessor MeshTool Size Controls: Lines Set或 LESIZE 命令或 Preprocessor -Meshing- Size Cntrls -Lines-不同的線可以有不同的 LESIZE.指定尺寸可以是 “硬的” 或 “軟的.”“硬的” 尺寸即使在智能網格劃分打開時也將被網格劃分器采用. 在所有其它尺寸控制最優(yōu)先.“軟的” 尺寸在智能網格劃分打開時可能無效.您也可以指定一個邊長比例 最后一個分割與第一個分割的比率. 使網格偏向線的一端或中間. 對 “軟的”選是對 “硬的”選否January 30, 2001網格劃分.控制網格密度面尺寸在面的內部控制單元尺

12、寸:Preprocessor MeshTool “Size Controls: Areas” Set或 AESIZE 命令或 Preprocessor -Meshing- Size Cntrls -Areas-不同的面可以有不同的AESIZE.面與面的交線僅在未指定LESIZE 或 KESIZE 且鄰近無尺寸更小的面時使用指定尺寸.智能網格劃分打開時,為了適應線的曲率或幾何近似 指定的尺寸可能無效.January 30, 2001網格劃分.控制網格密度演示:恢復 ribgeom.db用 SMRT,6 劃分網格. (并非很好的網格)用 SMRT,3 重新劃分網格(好的網格)將ESIZE設為0.2

13、后重新劃分網格. 由于智能網格劃分器考慮了 ESIZE ,即使SMRT設為 3, 網格也變得很粗糙. 同時注意單元尺寸并不相同 (因為 SMRT 為打開狀態(tài)).關閉 SMRT重新劃分網格. 單元尺寸現在完全相同.January 30, 2001網格劃分C. 改變網格如果劃分的網格不滿意, 您總可以通過以下步驟重新劃分網格:1.清除網格.clear 操作網格劃分的逆操作 : 它將 刪除 節(jié)點和單元.使用在 MeshTool中得 Clear 按鈕, 或使用 VCLEAR, ACLEAR, 等.(若您在使用 MeshTool, 您可以跳過這一步,因為程序將在執(zhí)行第3步時提示您是否清除網格)2.指定新

14、的或不同的網格控制.3.再次劃分網格.January 30, 2001網格劃分.改變網格另一個網格劃分選項是在指定的區(qū)域 refine (細化)網格.對所有的面單元和四面體體單元有效.簡易的方法是使用 MeshTool:存儲數據庫.選擇您想要細化的區(qū)域 在節(jié)點, 單元, 關鍵點, 線, 或面 按 Refine 鍵.拾取您想要細化的實體. (若選擇 “All Elems 不必執(zhí)行此操作.”)選擇細化的尺寸級別. 級別 1 (最小細化) 是一個好的起點.January 30, 2001網格劃分D. 映射網格劃分有兩種主要的網格劃分方法: 自由劃分和映射劃分.自由劃分無單元形狀限制.網格無固定的模式

15、.適用于復雜形狀的面和體.映射劃分面的單元形狀限制為四邊形,體的單元限制為六面體 (方塊).通常有規(guī)則的形式,單元明顯成行.僅適用于 “規(guī)則的” 面和體, 如 矩形和方塊.January 30, 2001網格劃分.映射網格劃分自由網格易于生成; 不須將復雜形狀的體分解為規(guī)則形狀的體.體單元僅包含四面體網格, 致使單元數量較多.僅高階 (10-節(jié)點) 四面體單元較滿意, 因此DOF(自由度)數目可能很多. 映射網格通常包含較少的單元數量.低階單元也可能得到滿意的結果,因此DOF(自由度)數目較少.面和體必須形狀 “規(guī)則”, 劃分的網格必須滿足一定的準則.難于實現, 尤其是對形狀復雜的體.Janu

16、ary 30, 2001網格劃分.映射網格劃分生成自由網格自由網格是面和體網格劃分時的缺省設置.生成自由網格比較容易:導出 MeshTool 工具, 劃分方式設為自由劃分.推薦使用智能網格劃分 進行自由網格劃分, 激活它并指定一個尺寸級別. 存儲數據庫.按 Mesh 按鈕開始劃分網格.按拾取器中 Pick All 選擇所有實體 (推薦).或使用命令 VMESH,ALL 或 AMESH,ALL.January 30, 2001網格劃分.映射網格劃分生成映射網格由于面和體必須滿足一定的要求,生成映射網格不如生成自由網格容易 :面必須包含 3 或 4 條線 (三角形或四邊形).體必須包含4, 5,

17、或 6 個面 (四面體, 三棱柱, 或六面體).對邊的單元分割必須匹配.對三角形面或四面體, 單元分割數必須為偶數.January 30, 2001網格劃分.映射網格劃分對四邊形面或六面體, 允許采用不等的分割, 如下面的例子所示, 但分割數必須滿足一個關系式 (見下頁).January 30, 2001網格劃分.映射網格劃分January 30, 2001網格劃分.映射網格劃分因此 ,映射網格劃分包含以下三個步驟:保證 “規(guī)則的”形狀, 即, 面有 3 或4 條邊, 或 體有 4, 5, 或 6 個面.指定尺寸和形狀控制生成網格January 30, 2001網格劃分.映射網格劃分保證規(guī)則的

18、形狀在許多情況下, 模型的幾何形狀上有多于4條邊的面,有多于6個面的體. 為了將它們轉換成規(guī)則的形狀, 您可能進行如下的一項或兩項操作:把面 (或體) 切割成小的, 簡單的形狀.連接兩條或多條線 (或面) 以減少總的邊數.January 30, 2001網格劃分.映射網格劃分切割 可以通過布爾減運算實現.您可以使用工作平面, 一個面, 或一條線 作為切割工具.有時, 生成一條新的線或面會比移動或定向工作平面到正確的方向容易得多.January 30, 2001網格劃分.映射網格劃分連接 操作是生成一條新線 (為網格劃分) , 它通過連接兩條或多條線以減少構成面的線數.使用 LCCAT 命令或

19、Preprocessor -Meshing- Concatenate Lines, 然后拾取須連接的線.對面進行連接, 使用 ACCAT 命令或Preprocessor -Meshing- Concatenate Areas連接這兩條線使其成為一個由4條邊構成的面January 30, 2001網格劃分.映射網格劃分您也可以簡單地通過一個面上的3個或4個角點 暗示 一個連接. 此時, ANSYS 內在地 生成一個連接.在MeshTool中選擇Quad shape 和 Map 網格.將 3/4 sided 變?yōu)?Pick corners.按 Mesh 鍵, 拾取面, 然后拾取 3 或 4 角點形

20、成一規(guī)則的形狀.January 30, 2001網格劃分.映射網格劃分使用連接時注意:它僅僅是一個網格劃分操作,因而應為網格劃分前的最后一步, 在所有的實體建模之后. 這是因為，經連接操作得到的實體不能在后續(xù)的實體建模操作中使用.可以通過刪除產生的線或面 “undo(取消)” 一個連接.連接面 (為在體上映射網格) 通常比較復雜,因為您也應該連接一些線. 只有在對相鄰的兩個4邊形面作連接時其中的線會自動連接.若兩條線或兩個面 相切交匯可考慮用加 (布爾) 運算.January 30, 2001網格劃分.映射網格劃分指定尺寸和形狀控制這是映射網格劃分3個步驟中的第2步.選擇單元形狀非常簡單. 在

21、 MeshTool中,對面的網格劃分選擇 Quad,對體的網格劃分選擇 Hex, 點擊 Map.其中通常采用的尺寸控制和級別如下:線尺寸 LESIZE 級別較高.若指定了總體單元尺寸, 它將用于 “未給定尺寸的” 線.缺省的單元尺寸 DESIZE僅在未指定ESIZE時用于 “未給定尺寸的” 線上.(智能網格劃分 無效.)January 30, 2001網格劃分.映射網格劃分若您指定線的分割數, 切記:對邊的分割數必須匹配, 但您只須指定一邊的分割數. 映射網格劃分器 將把分割數自動傳送到它的對邊.如果模型中有連接線, 只能在原始(輸入)線上指定分割數,而不能在合成線上指定分割數.每條初始線上指

22、定6份分割.此線上將自動使用12 份分割 (合成線的對邊).其它兩條線上會采用幾 份分割 呢? (后面的演示將會回答這一問題.)January 30, 2001網格劃分.映射網格劃分生成映射網格只要保證了規(guī)則的形狀 并指定了合適的份數, 生成網格將非常簡單. 只須按MeshTool中的 Mesh 鍵, 然后按拾取器中的 Pick All 或選擇需要的實體即可.January 30, 2001網格劃分.映射網格劃分問題: 為劃分映射網格您將如何切割這個模型?答案: 不值得費力!January 30, 2001網格劃分E. 過渡網格劃分對體劃分網格, 至今我們已見了兩種選擇:自由網格劃分, 生成一

23、個 全四面體 網格. 這很容易實現但在某些情況下并不令人滿意,.映射網格劃分, 生成一個 全六面體 網格. 這一方法令人滿意但通常很難實現.Hex-to-tet meshing 提供了第三種選擇,它 “集兩家之長.” 將四面體和六面體網格很好地結合起來 而不破壞網格的整體性.January 30, 2001網格劃分.過渡網格劃分這一選擇是在六面體單元和四面體單元間的過渡區(qū)生成金字塔形單元，要求：必須有六面體網格 (至少在交界面上有四邊形網格).網格劃分器首先生成四面體單元, 然后通過組合或重新組織過渡區(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, 例如:結構

24、單元 SOLID95, 186, VISCO89熱單元 SOLID90多物理場單元 SOLID62, 117, 122SOLID95 即使在過渡區(qū)結果也會很好. 即使是從線性六面體單元向二次四面體單元過渡,單元表面都是協調的.January 30, 2001網格劃分.過渡網格劃分過渡網格對 二次-到-二次 和 線性-到-二次的過渡都是有效的. 后者的單元類型必須支持 9-節(jié)點金字塔單元.8-節(jié)點六面體9-節(jié)點金字塔10-節(jié)點四面體六面體網格過渡網格四面體網格二次到二次線性到二次10-節(jié)點四面體13-節(jié)點金字塔20-節(jié)點六面體January 30, 2001網格劃分.過渡網格劃分過程包括四個步驟

25、 :1.生成六面體單元.由對規(guī)則形狀體劃分映射網格開始. (或對交界面劃分四邊形網格.)對于應力分析, 既可采用 8-節(jié)點塊體單元 (SOLID45 或 SOLID185) 也可用 20-節(jié)點塊體單元(SOLID95 或 SOLID186).January 30, 2001網格劃分.過渡網格劃分2.激活既支持金字塔單元又支持四面體單元的單元類型.這些單元類型的塊體單元通常可退化為金字塔單元或四面體單元. 檢查在線的 單元手冊, 查看哪些單元類型有效.例如:結構單元 SOLID95, 186, VISCO89熱單元 SOLID90多物理場單元 SOLID62, 117, 122January 3

26、0, 2001網格劃分.過渡網格劃分3.生成四面體單元.首先激活自由網格劃分.然后劃分那些要生成四面體單元的體.在分界面上會自動生成金字塔單元.January 30, 2001網格劃分.過渡網格劃分4.將退化的四面體單元轉換成真實的10-節(jié)點四面體單元.由轉換網格生成器生成的四面體網格由 退化 單元組成 如從20-節(jié)點塊體單元導出的10-節(jié)點四面體單元.這些單元不如真實的10-節(jié)點四面體單元(如 SOLID92)有效, 它求解過程中使用較少的內存,寫較小的文件.為了將退化的四面體單元轉換成真實的四面體單元,采用:Preprocessor -Meshing- Modify Mesh Change

27、 Tets.或使用 TCHG 命令.January 30, 2001網格劃分F. 網格拖拉當把一個面拖拉成一個體時, 您可以將面上的網格隨同它一起拖拉, 得到一個已網格化的體. 這稱為 網格拖拉.優(yōu)點:易于生成帶有塊體單元(六面體)或塊體單元和棱柱體單元組合的體網格.必要條件: 體的形狀必須允許它拖拉.拖拉January 30, 2001網格劃分.網格拖拉步驟1.定義兩種單元類型 一種面單元和一種體單元.面單元: 選擇 MESH200 四邊形單元. MESH200 是一種 僅劃分網格 (不求解) 的單元沒有與之相關的自由度或材料特性體單元: 應與 MESH200 單元類型匹配. 例如, 若您選

28、擇的 MESH200單元有中間節(jié)點, 那么3-D 實體單元也應有中間節(jié)點.ET 命令或 Preprocessor Element Type Add/Edit/DeleteJanuary 30, 2001網格劃分.網格拖拉2.用MESH200單元劃分需拖拉的面.使用需要的映射劃分或自由劃分網格密度.Preprocessor MeshTool3.選定單元拖拉選項.EXTOPT 命令或 Preprocessor Operate Extrude Elem Ext Opts典型的選項是:激活 TYPE 屬性 (應為 3-D 實體).在拖拉方向單元的份數 (即,厚度方向的單元數). 必須大于零; 否則, 僅拖拉面,而不拖拉網格.January 30, 2001網格劃分.網格拖拉4.拖拉面.若有連接線,先刪除它. 如果存在連接, ANSYS 將不允許進行拖拉操作.Preprocessor -Meshing- Concatenate -Del Concats- Lines然后利用任一種拖拉方法拖拉面.January 30, 2001網格劃分G. 掃掠劃分掃掠劃分 是另一種為體劃分網格的選擇. 它是一個通過掃掠面上的網格從而為一個已有的體劃分網