高級技術(shù)分析指南chap4自適應(yīng)網(wǎng)格劃分

1、第四章4.1 何為？ANSYS 程序提供了近似的技術(shù)自動估計特定分析類型中因為網(wǎng)格劃分帶來的誤差。（誤差估計在“ANSYS 基本過程手冊”5.3.5 分析計算誤差一節(jié)中。）通過這種誤差估計，程序可以確定網(wǎng)格是否足夠細。如果不夠的話，程序?qū)⒆詣蛹毣W(wǎng)格以減少誤差。這一自動估計網(wǎng)格劃分誤差并細化網(wǎng)格的過程就叫做，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)）。4.2的先決條件中包含一個預(yù)先寫好的宏，ADAPT.MAC，完成ANSYS的功能。用戶的模型在使用這個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這些要求包括：，下面還

2、要）。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，因為誤差計算是根據(jù)平均結(jié)點應(yīng)力進行的，在不同材料過渡位置往往不能進行計算。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算的單元類型。（見表 41）模型必須是可以劃分網(wǎng)格的：即模型中不能有引起網(wǎng)格劃分出錯的部分。表 4-1可用單元4-1類型單元說明二維結(jié)構(gòu)實體PLANE2 PLANE25 PLANE42 PLANE82 PL

3、ANE832-D 6-Node Triangular Solid Axisymmetric Harmonic Solid2-D 4-Node Isoparametric Solid 2-D 8-Node SolidAxisymmetric Harmonic 8-Node Solid三維結(jié)構(gòu)實體SOLID45 SOLID64 SOLID73 SOLID92 SOLID953-D 8-Node Isoparametric Solid 3-D Anisotropic Solid3-D 8-Node Solid with Roional DOF 3-D 10-Node Tetrahedral Soli

4、d3-D 20-Node Isoparametric Solid三維結(jié)構(gòu)殼體S43S63S93Plastic quadrilateral S Elastic Quadrilateral S 8-Node Isoparametric S二維熱實體PLANE35 PLANE752-D 6-Node Triangular Solid Axisymmetric Harmonic Solid4.3 如何使用進行：基本過程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，先進入前處理器（/PREP7 或MaenuPreprosor）。然后指定單元類型，實參和材料特性，要滿足上面提到的條件。

5、2. 用實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。（如果要同時劃分面和體網(wǎng)格，生成 ADAPTMSH.MAC 用戶子程序見后。）3. 在 PREP7 中或在 SOLUTION(/SOLU 或 MaenuSolution)中指定分析類型，分析選項，載荷和載荷步選項。在一個載荷步中僅施加實體模型載荷和慣性載荷（加速度，角加速度和角速度）。（通過 ADAPTBC.MAC 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.MAC 用戶子程序可以加入多個載荷步。這些子程序在本章稍后還要。）如果在 PREP7

6、中，退出前處理器FINISH。（可以在 SOLUTION 或在初始狀態(tài)下調(diào)用 ADAPT 宏）。用下列方法激活自適應(yīng)求解。d: ADAPTGUI: MaenuSolutionAdaptive Mesh注意，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)分析中同時進行這兩種不同類型的計算。在的迭代過程中，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)格計算收斂時，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)，這取決于調(diào)用 ADAPT

7、的狀態(tài)。接下來可以進入 T1 用標(biāo)準(zhǔn)操作進行后處理。4.4 修改基本過程4.4.1 選擇自適應(yīng)性如果用戶清楚某個部分網(wǎng)格劃分的誤差相對影響較小時（如應(yīng)力水平較低且變化較小），可以將這些區(qū)域從中排除，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。4-2PLANE55 PLANE77 PLANE782-D 4-Node Isoparametric Solid 2-D 8-Node SolidAxisymmetric Harmonic 8-Node Solid三維熱實體SOLID70 SOLID87 SOLID903-D 8-Node Is

8、oparametric Solid 3-D 10-Node Tetrahedral Solid3-D 20-Node Isoparametric Solid三維熱殼體S57Plastic Quadrilateral S圖 4-1選擇自適應(yīng)能改進有應(yīng)力集中的模型如果用戶選擇了一個關(guān)鍵點集，ADAPT 宏仍將包含進所有的這些關(guān)鍵點（即 ADAPT 宏仍將對選擇的和未選擇的關(guān)鍵點都作網(wǎng)格改動），除非將 ADAPT 命令（MaenuSolutionAdaptive Mesh）中的 KYKPS 設(shè)為 1。如果用戶選擇了一個面或體集，ADAPT 宏將只在選擇的區(qū)域調(diào)整網(wǎng)格大小。此時必須在調(diào)用 ADAPT

9、宏之前在 PREP7 中對整個模型進行網(wǎng)格劃分。4.4.2 用用戶子程序定制 ADAPT 宏標(biāo)準(zhǔn)的 ADAPT 宏并不能滿足特定的分析需要。例如，用戶可能想同時對面和體進行網(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 宏進行修改使之適用于特定的分析。ANSYS 程序這種方式完成，本身就使得用戶可以對其進行相應(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 代碼的方式來定制宏。宏的三個部分可以用用戶子程序的方法來修改，這個方法將 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。這三個部分是：網(wǎng)格劃分命令序列，邊界

10、條件命令序列和求解命令序列。相應(yīng)的用戶子程序名為 ADAPTMSH.MAC,ADAPTBC.MAC 和 ADAPTSOL.MAC。下面看一下這三個子程序的功能：4.4.2.1 生成用戶網(wǎng)格劃分子程序（ADAPTMSH.MAC）缺省情況下，如果模型中包含一個或多時，ADAPT 宏將只對體劃分網(wǎng)格而不對面進行劃分。如果當(dāng)前選擇集中沒有體，宏才對面進行劃分。如果要同時對面和體進行劃分的話，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體中劃分過網(wǎng)格的實體。子程序大致如下：C* Subroutine ADATMSH.MAC-Your name-Job

11、 Name-Dreated4-3TYPE,1 ACLEAR,3,5,2 VCLEAR,ALL AMESH,3,5,2 TYPE,2 VMESH,ALL!指定劃分網(wǎng)格的單元類型屬性!清除本程序中要重新劃分網(wǎng)格的面和體的網(wǎng)格!對面3和5 劃分網(wǎng)格（ADAPT 不對其他面劃分網(wǎng)格）!改變體單元類型!對所有體劃分網(wǎng)格請查閱 TYPE,ACLEAR,VCLEAR,AMESH 和 VMESH 命令得到更詳細的解釋。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 ADAPT 宏正確地調(diào)用了用戶子程序。4.4.2.2 生成用戶邊界條件子程序（ADAPTBC.MAC）ADAPT

12、 宏在每次求解循環(huán)時都要清除并重新劃分網(wǎng)格，因此模型的結(jié)點和單元也要不斷的改變。這就使得所有的有限單元載荷，度固連，約束方程等施加在結(jié)點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，就要使用用戶子程序，ADAPTBC.MAC。在這個子程序中，可以選擇結(jié)點然后定義有限單元載荷，度固連和約束方程。下面是一個 ADAPTBC.MAC 的例子：C* Subroutine NSEL,S,LOC,X,0 D,ALL,UX,0 NSEL,S,LOC,Y,0 D,ALL,UX,0 NSEL,ALLADAPTBC.MAC-Your name-Hob Name-D!選擇 X 坐標(biāo)為 0 的結(jié)點!令選擇

13、的所有結(jié)點 UX 為 0!選擇 Y 坐標(biāo)為 0 的結(jié)點!令選擇的所有結(jié)點 UY 為 0!選擇所有結(jié)點reated4.4.2.3 生成用戶求解子程序（ADAPTSOL.MAC） ADAPT 宏中的求解命令集很簡單：/SOLU SOLVE FINISH這個缺省令集只能求解單個載荷步。用戶可以將其他令集加入用戶子程序 ADAPTSOL.MAC 中。4.4.2.4 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（UtilityMacroCreate Macro）和 APDL 的*END 命令，也可以用外部的文件編輯器。當(dāng) ADA

14、PT 宏調(diào)用這些子程序時，先搜索 ANSYS 根目錄，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。注釋行（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，通過在運行 ADAPT 宏之前用/PSEARCH,OFF(UtilityMacroMacro Search Path)指定只搜索 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 選項設(shè)為 1。4.4.3 定制 ADAPT 宏(UADAPT.MAC)有些情況下用戶需要修改 ADAPT

15、 宏但不能通過單獨的用戶子程序的方式，4-4那么就需要直接修改 ADAPT 宏的主體。但是，由于某些原因，不直接對ADAPT 宏進行修改。（例如，別的用戶和你同時使用一個，在調(diào)用 ADAPT 宏時會發(fā)現(xiàn)宏被修改了?。┮虼?，在 ANSYS 安裝中支持一個宏的拷貝文件 UADAPT.MAC，便于用戶修改。如果對 UADAPT.MAC 文件進行了修改，建議對修改后的文件取一個新的文件名。然后在調(diào)用時輸入這個文件名。要知道的是，如果新文件名是一個“unknownd”，ANSYS 將搜索目錄，然后是登錄的目錄，最后是工作目錄，直到找到這個宏為止。如果修改的宏只能為一個用戶使用，那么置應(yīng)在用戶登錄目錄的層

16、次之下（不能等于或高于這個目錄層次）。這樣，的位的低層次的文件可以通過*USE 命令（Utility來調(diào)用。macroExecute Data Block）4.5的幾點說明下面的建議可能有助于的使用：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)鍵點網(wǎng)格大小，ADAPT 宏在第一次循環(huán)時使用這個值，然后在隨后的循環(huán)中進行調(diào)整。用下列命令指定單元大?。篸: KESIZEGUI: MaenuPreprosor-Meshing-Size Cntrls-Keypos-All KPsMaenuPreprosor-Meshing-Size Cntrls-Keypos-Picked

17、KPs如果定義了線分段數(shù)或大小比例，ADAPT 宏將在每次循環(huán)中都使用這個數(shù)值而不作改變。如果沒有定義的網(wǎng)格份數(shù)，在初始網(wǎng)格劃分時將使用缺省的網(wǎng)格大小參見 SMRTSIZE 和 DESIZE 命令。用下列方法指定線分段數(shù)或大小比例：d: LESIZEGUI: MaenuPreprosor-Meshing-Size Cntrls-Lines-All LinesMaenuPreprosor-Meshing-Size Cntrls-Lines-Picked Lines網(wǎng)格劃分適用于 2-D 實體和 3-D 殼單元。但面的劃分效果不明顯。劃分效果要好得多。網(wǎng)格劃分適用于 3-D 實體。對體進行劃分比總

18、體上說，在自適應(yīng)網(wǎng)格中有中間結(jié)點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)，因為此時 ADAPT 在這些奇異點處能量值將不收斂。如果模型中有集中載荷時，將其用施加在一個小面上的壓力等效。（或通過選擇將奇異部分排除在之外。）在許多情況下，用一系列相對小的區(qū)域替代少數(shù)幾個大的區(qū)域?qū)⒌玫礁玫木W(wǎng)格劃分。如果最大響應(yīng)位置已知或事先可以推測，就在附近放置一個關(guān)鍵點。如果是在交互方式下運行 ADAPT，而 ANSYS 在沒有提示出錯信息時突然退出，可以在 Jobmame.T 文件中查看部分以確定出錯原因。同樣，在批處理方式下運行 ADAPT 時，可以看 Jobname.T 確定出錯原因。如果模型中有些區(qū)域有過度的時，在網(wǎng)格劃分中就會出錯。在這種情況4-5下 ， 用KESIZE命 令 (MainPreprosor-Meshing-SizeCntrls-Keypos-Picked KPs)中 SIZE 域指定區(qū)域附近關(guān)鍵點的最大單元長度。同時，ADAPT 命令中的 FACMX 將設(shè)為 1，大小增加。過度部分單元應(yīng)當(dāng)結(jié)果文件（Jobname.RST 或 Jobnam