ANSYS网格划分(详细版).ppt

有限元及ANSYS,主讲：任继文,华东交通大学机制教研室,MP:139 7910 7921,第四章网格划分,网格划分过程网格划分控制实体模型网格划分网格划分练习常用结构单元类型网格划分基本原则,主要内容,A网格划分过程,定义单元属性单元类型定义实常数定义材料参数网格划分控制生成网格,网格划分过程,注意：在划分网格前，必须定义单元类型，最好定义好单元属性。,B网格划分控制,同一实体不同的网格划分,a)Free Quad plane42,b)Mapped Quad plane42,网格划分工具,网格划分器选择,单元属性设置,Smartsize网格划分控制,单元尺寸控制,单元形状控制,网格划分优化,Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool,单元属性设置,或者菜单操作,单元属性设置,在创建有限元模型的过程中，单元属性的设置一般有三种方法：分网前设置当前的缺省单元属性，即“global”的MAT、TYPE和REAL，然后对该实体模型相应区域分网，依次完成所有分网。分网前将单元属性预先赋予实体模型的相应部位，然后一起分网。分网后对单元属性进行修改。注意：如果没有设置单元属性，ANSYS则自动将所有单元赋予 缺省值：MAT=1、TYPE=1、和REAL=1。,单元属性设置,当你在划分单元前忘记设置单元属性，划分后的单元属性MAT=1、TYPE=1、REAL=1，怎么办？在这种情况下，有两种方法可以修改单元属性：一是先清除网格，再设置好单元属性，重新划分网格。二是先设置当前的单元属性，再修改网格为当前单元属性。Main Menu:Preprocessor-Attributes-Defines Default Attribs Main Menu:Preprocessor-Modeling-Move/Modify-Elements-Modify Attrib,尺寸控制,缺省单元尺寸,当第一次进入ANSYS进行自由和映射网格划分时，程序自动设置为缺省单元尺寸。缺省单元尺寸以下列量为基础：最小未划分网格线的最小单元数和最大单元数每个单元的最大跨角单元最小和最大的边长缺省单元尺寸的控制可以改变:Main Menu:Preprocessor Meshing Size Cntrls ManualSize Global Other,缺省尺寸改变结果,Mapped Quad plane42,最小线的缺省等分数为3,最小线的等分数修改为4,Smartsize网格划分控制,在进行自由网格划分时，建议采用Smartsize控制网格的大小。在进行自动网格划分时，智能网格给网格划分器创造合理的单元形状提供一个好的选择。,注意：打开智能网格并不影响映射网格的划分，映射网格仍然使用缺省尺寸。,Smartsize网格划分控制,打开智能网格，尺寸级别的范围从 1(精细)到10(粗糙),缺省级别为 6，级别越高说明网格越粗。,1、Smartsize基本控制,Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool,Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls SmartSize Basic,注意：只有关闭meshtool对话框，才会出现BASIC菜单。,或者：,Smartsize网格划分控制,1、Smartsize基本控制,对同一模型，采用不同的智能网格级别进行网格划分时所得到的网格。,Smartsize网格划分控制,1、Smartsize基本控制,不同Smartsize水平值下的网格划分结果,Smartsize网格划分控制,2、Smartsize高级控制,Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls SmartSize Adv Opts,比例因子,膨胀因子,过渡因子,Smartsize网格划分控制,2、Smartsize高级控制,FAC：用于计算默认网格尺寸的比例因子，取值范围0.25。,FAC参数控制效果(plane82 Free Tri Smartsize),FAC=0.5 EXPAND1 TRANS2,FAC=1 EXPAND1 TRANS2,Smartsize网格划分控制,2、Smartsize高级控制,【EXPAND】：网格划分膨胀因子。,该值决定了面内部单元尺寸与边缘处的单元尺寸的比例关系。取值范围0.54。,FAC参数控制效果(plane82 Free Tri Smartsize),FAC=0.5 EXPAND0.5 TRANS2,FAC=0.5 EXPAND2 TRANS2,Smartsize网格划分控制,2、Smartsize高级控制,【TRANS】：网格划分过渡因子。,该值决定了从面的边界上到内部单元尺寸涨缩的速度。该值必须大于1而且最好小于4。,FAC=0.5 EXPAND2 TRANS1.3,FAC参数控制效果(plane82 Free Tri Smartsize),FAC=0.5 EXPAND2 TRANS3,尺寸控制,由于结构形状的多样性，在许多情况下，由缺省单元尺寸或智能尺寸使产生的网格并不合适，在这些情况下，进行网格划分时必须做更多的处理。可以通过指定下述的单元尺寸来进行更多的控制。,MESHTOOL对话框,对应 MAP 方式 缺省单元尺寸 Global Areas KeyPts Lines（DESIZE)(ESIZE)(AESIZE)(KESIZE)(LESIZE)低 高对应 FREE 方式 智能单元尺寸 Global Areas KeyPts Lines（SMRTSIZE)(ESIZE)(AESIZE)(KESIZE)(LESIZE)低 高,设置单元尺寸优先等级,尺寸控制举例,例1：如图所示半圆环，外径和内径分别为20和10,Ex1.db,1、用缺省的单元大小来划分网格,低价与高价的缺省单元大小比较(Mapped Quad),Plane42(缺省global3),Plane82(缺省global2),Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls Globalother,2、控制全局单元尺寸来划分网格,划分方式：Plane82 Mapped Quad,Global=8（设置等分数，清除单元尺寸）,Global=1（设置单元尺寸）,3、控制面单元尺寸来划分网格,Area=2（单元尺寸）,划分方式：Plane82 Mapped Quad,4、控制线单元尺寸来划分网格,Line（两直线）=6（等分数）,划分方式：Plane82 Mapped Quad,5、控制关键点附近单元尺寸来划分网格,Keypts=0.5（单元尺寸）,划分方式：Plane82 Mapped Quad,单元形状控制,同一网格区域的面单元可以是三角形或者四边形，体单元可以是六面体或四面体形状。在进行网格划分之前，应该决定是使用ANSYS对于单元形状的默认设置，还是自己指定单元形状。,ANSYS支持的单元形状和网格划分类型组合,单元形状控制,单元的“退化”,注意：同一模型尽量不要混用两种形状。,PLANE82,SOLID45,网格划分器选择,映射网格划分面的单元形状限制为四边形或三角形，体的单元限制为六面体(方块)。通常有规则的形式，单元明显成行。仅适用于“规则的”面和体，如矩形和方块。,两种主要的网格划分方法:自由网格划分和映射网格划分,自由网格划分无单元形状限制。网格无固定的模式。适用于复杂形状的面和体。,网格划分器选择自由网格划分,自由网格是面和体网格划分时的缺省设置。生成自由网格比较容易：,导出 MeshTool 工具,划分方式设为自由划分.推荐使用智能网格划分 进行自由网格划分，激活它并指定一个尺寸级别。存储数据库。按 Mesh 按钮开始划分网格。按拾取器中 Pick All 选择所有实体(推荐)。,网格划分器选择映射网格划分,限制条件面必须包含 3 或 4 条线(三角形或四边形).体必须包含4,5,或 6 个面(四面体,三棱柱,或六面体).对边的单元分割必须匹配.,映射网格划分包含三个步骤:保证“规则的”形状,即面有 3 或4 条边,或体有 4,5,或 6 个面；指定尺寸和形状控制；生成网格。,网格划分器选择映射网格划分,1、保证规则的形状 在许多情况下，模型的几何形状上有多于4条边的面，有多于6个面的体。为了将它们转换成规则的形状，可能要进行如下的一项或两项操作:分割：把面(或体)切割成小的、简单的形状。连接：连接两条或多条线(或面)以减少总的边数。角点选择：选择面上的3个或4个角点暗示 一个连接。,网格划分器选择映射网格划分,分割 可以通过布尔减运算实现.您可以使用工作平面,一个面,或一条线 作为切割工具.,网格划分器选择映射网格划分,连接 操作是生成一条新线(为网格划分)，它通过连接两条或多条线以减少构成面的线数。使用命令 Preprocessor Meshing Concatenate Lines，然后拾取须连接的线.对面进行连接，使用命令Preprocessor Meshing Concatenate Areas,网格划分器选择映射网格划分,可简单地通过一个面上的3个或4个角点 暗示 一个连接.此时,ANSYS 内在地 生成一个连接.在MeshTool中选择Quad shape和Mapped网格.将 3/4 sided 变为 Pick corners.按 Mesh 键,拾取面,然后拾取 3 或 4 角点形成一规则的形状.,网格划分器选择映射网格划分,网格划分器选择映射网格划分,2、指定尺寸和形状控制选择单元形状非常简单.在 MeshTool中,对面的网格划分选择 Quad,对体的网格划分选择 Hex,点击 Mapped.设置单元尺寸。,网格划分器选择映射网格划分,若指定线的分割数,切记:对边的分割数必须匹配,但只须指定一边的分割数.映射网格划分器将把分割数自动传送到它的对边.若对边均指定分割数且不一致，则取较多值。如果模型中有连接线,只能在原始(输入)线上指定分割数,而不能在合成线上指定分割数.,每条初始线上指定6份分割.此线上将自动使用12 份分割(合成线的对边).此线指定4份分割.此线上将自动使用4 份分割,网格划分器选择映射网格划分,3、生成映射网格只要保证了规则的形状 并指定了合适的份数,生成网格将非常简单.只须按MeshTool中的 Mesh 键,然后按拾取器中的 Pick All 或选择需要的实体即可.,映射网格划分举例,待进行网格划分的五边形面,对五边形进行映射网格划分时的提示,Ex2.db,映射网格划分举例,进行线连接,五边形面映射网格划分结果,L6,映射网格划分举例,映射网格划分举例,选取关键点,选择角点映射网格划分,通过角点选择进行映射网格划分,映射网格划分举例,改变网格,如果你觉得生成的网格不好，可以通过下面的方法改变网格:采用新的指定重新划分网格.直接重划分使用Accept/reject提示清除网格，然后再重新划分局部细划.,使用网格的Accept/reject提示,Main Menu Preprocessor Meshing Mesher Options,1.单击方框，将设置改为Yes,2.单击OK，则在完成网格划分后，程序会提示你接受或者拒绝此网格。,可使用户方便地放弃不想要的网格,改变网格,改变网格,细化网格,在某些特定的结点，单元，关键点或线周围进行局部网格细划（得到更多的单元）。,1.选择细划位置类型（即拾取的节点、单元、关键点、线、面周围或所有的单元上）,2.单击Refine,改变网格,细化网格,3.拾取细划位置，然后在拾取菜单上单击OK,4.选择细划级别：（从15为从最小到最大）,5.如果想调整细划深度或控制其它的细划选项，则选择Yes.,6.单击OK,4,5,6,网格细划前,网格细划后,C实体模型网格划分,Meshing Your Solid Model,实体模型网格划分,MESHTOOL对话框,主菜单,体网格划分扫掠网格划分,扫掠网格划分是指从一个边界面（称为源面）网格扫掠贯穿整个体，将未进行网格划分的体划分成规则的网格。,源面,目标面,体网格划分扫掠网格划分举例,待扫掠网格划分的实体模型,源面46四面表网格,目标面,Ex3.db,体网格划分扫掠网格划分举例,（1）选择Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Attributes Picked Volumes 命令，弹出图形选取对话框，在图形窗中选择生成的体，单击【ok】按钮，弹出下图所示对话框，对体进行属性设置。,体网格划分扫掠网格划分举例,（2）选择Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Volumes Sweep Sweep Opts 命令，弹出图形选取对话框，按要求进行相关设置。,体网格划分扫掠网格划分举例,（3）对源面（A6）进行预网格划分设置。假定要把源面划分为46的四面表网格，则分别将源面两条边界上的单元划分设置为4和6即可。选择Main Menu Preprocessor Meshing Size Ctrls ManualSize Layers Picked Lines 命令，弹出图形对话框，在图形视窗中选择A6面的上边线，单击ok按钮后将其单元划分数目设为6。,体网格划分扫掠网格划分举例,（4）重复（3）操作，将面A6左边线的单元划分数目设为4。此时的模型如下图所示。,6,4,体网格划分扫掠网格划分举例,（5）选择Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Volume Sweep Sweep 命令，弹出图形选取对话框，先选取图形视窗中的实体，单击ok按钮，再选中源面A6并单击ok按钮，接着选中目标面A5并单击ok按钮。最到得到的网格如下图所示。,D网格划分练习,练习1连杆网格划分,说明对一个二维连杆进行网格划分.拉伸这个已网格化的面，形成一个三维的网格化的体.,Ex5c-rod-2d.db1,按教师指定的工作目录，用“c-rod-2d-mesh”作为作业名，进入ANSYS.或清除ANSYS 数据库，并把作业名改为“c-rod-2d-mesh”:Utility Menu File Clear&Start New.Utility Menu File Change Jobname.2.恢复数据库“c-rod-2d.db1”:Utility Menu File Resume from 选择“c-rod-2d.db1”文件名,然后选择 OK,3.进入前处理器，把单元类型设置为MESH200，设置keyopt(1)=“QUAD 8-NODE”:Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete 按Add.选择“Not Solved”和“Mesh Facet 200”,然后选择 OK按Options.设置 K1为“QUAD 8-NODE”,然后选择 OK按Close注：mesh200仅用于网格划分，不用于求解，主要应用在需多步网格划分，如拉伸网格，需要由低维网格生成高维网格。,4.设置单元尺寸为 0.2，用四边形单元对模型进行自由网格划分:Main Menu Preprocessor MeshTool 设置大小控制为Global，按 Set设置SIZE=0.2按OK按Mesh拾取Pick All,5.保存划分了网格的模型:Utility Menu File Save as 输入文件名“c-rod-2d-mesh-quad.db”,然后选择 OK,6.沿着已划分网格的面法向对该面拖拉，生成三维块体单元模型:6a.添加三维块体单元类型:Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete 按Add.选择“Structural Solid”和“Brick 20node 95”,然后选择 OK按Close,6b.设置网格属性:Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Attributes Default Attribs或Main Menu Preprocessor Meshing Meshtool 拾取 对话框最上面的set按钮弹出对话框，选取单元类型solid95，按OK,6c.设置在拖拉方向的单元份数，然后拖拉面:Main Menu Preprocessor Modeling Operate Extrude Elem Ext Opts输入VAL1=3按OKMain Menu Preprocessor Modeling Operate Extrude Areas Along Normal拾取 2号面,然后选择 OK设置DIST=0.5,然后选择 OK,7.将模型置于等轴图方位:Utility Menu PlotCtrls Pan,Zoom,Rotate 选择ISO8.保存网格模型:Utility Menu File Save as 输入文件名“c-rod-3d-mesh-brick.db”,然后选择 OK,9.用 VSWEEP 创建一个三维网格化的块体:9a.恢复在练习 中创建的“c-rod-fix.db”(或 c-rod-fix.db1):Utility Menu File Resume from 选择“ex5c-rod-fix.db”(或“c-rod-fix.db1”),然后选择 OK9b.进入前处理器，设定单元类型为SOLID95:Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete 按Add.选择“Structural Solid”和“Brick 20node 95”,然后选择 OK按Close,c-rod-fix.db1,10e.用VSWEEP对体进行网格划分:Main Menu preprocessor MeshTool.设置大小控制为Global，按 Set输入SIZE=0.15按OK选择“Hex”和“Sweep”,保留“Auto Src/Trg”的缺省设置并激活它按Sweep拾取Pick All10f.保存网格模型:Utility Menu File Save as 输入文件名“c-rod-mesh-sweep.db”,然后选择 OK,SIZE=0.15,SIZE=0.3,练习2轴类零件的网格划分,axis.db,1、定义单元类型Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete按Add.选择“Structural Solid”和“Tet 10node 187”,然后选择 OK按Close,2、划分网格Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls ManualsSize Global Size,2、划分网格Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Volumes Free,练习3圆盘类零件的网格划分,gear.db,1、定义单元类型Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete按Add.选择“Structural Solid”和“Tet 10node 92”,然后选择 OK按Close,2、划分网格Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls ManualsSize Global Size,2、划分网格Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Volumes Free,练习4,bracket.db,练习4,Size Level=6,Size Level=3,练习5 采用映射网格划分以下形体,提示：先用工作平面把该图形分割成规则形状,3D单元：solid95,wheela.db,E 典型结构单元类型,点单元线单元平面单元实体单元壳单元,F网格划分基本原则,网格划分原则,网格数量网格疏密单元阶次网格质量,网格数量,网格数量的多少将影响计算结果的精度和计算规模的大小。一般来讲，网格数量增加，计算精度会有所提高，但同时计算规模也会增加，所以在确定网格数量时应权衡两个因数综合考虑,网格较少时增加网格数量可以使计算精度明显提高，而计算时间不会有大的增加。当网格数量增加到一定程度后，再继续增加网格时精度提高甚微，而计算时间却有大幅度增加。,在静力分析时，如果仅仅是计算结构的变形，网格数量可以少一些。如果需要计算应力，则在精度要求相同的情况下应取相对较多的网格。,网格疏密,在计算数据变化梯度较大的部位(如应力集中处)，为了较好地反映数据变化规律，需要采用比较密集的网格。而在计算数据变化梯度较小的部位，为减小模型规模，则应划分相对稀疏的网格。,图b中网格疏密相差更大，它比图a中的网格少48个，但计算出的孔缘最大应力相差1%，而计算时间却减小了36%。由此可见，采用疏密不同的网格划分，既可以保持相当的计算精度，又可使网格数量减小。,划分疏密不同的网格主要用于应力分析(包括静应力和动应力)，而计算固有特性时则趋于采用较均匀的网格形式。这是因为固有频率和振型主要取决于结构质量分布和刚度分布，不存在类似应力集中的现象，采用均匀网格可使结构刚度矩阵和质量矩阵的元素不致相差太大，可减小数值计算误差。同样，在结构温度场计算中也趋于采用均匀网格。决定网格疏密和数量的方法：先初分网格求得结果，与实验结果比较，对结果偏差较大的地方进行网格细化，重新求解，如果两者结果几乎相同，则网格足够。,单元阶次,选用高阶单元可提高计算精度，因为高阶单元的曲线或曲面边界能够更好地逼近结构的曲线和曲面边界，且高次插值函数可更高精度地逼近复杂场函数，所以当结构形状不规则、应力分布或变形很复杂时可以选用高阶单元。但高阶单元的节点数较多，在网格数量相同的情况下由高阶单元组成的模型规模要大得多，因此在使用时应权衡考虑计算精度和时间。,增加网格数量和单元阶次都可以提高计算精度。因此在精度一定的情况下，用高阶单元离散结构时应选择适当的网格数量，太多的网格并不能明显提高计算精度，反而会使计算时间大大增加。为了兼顾计算精度和计算量，同一结构可以采用不同阶次的单元，即精度要求高的重要部位用高阶单元，精度要求低的次要部位用低阶单元。不同阶次单元之间或采用特殊的过渡单元连接，或采用多点约束等式连接。,网格质量,网格质量是指网格几何形状的合理性。质量好坏将影响计算精度。质量太差的网格甚至会中止计算。直观上看网格各边或各个内角相差不大、网格面不过分扭曲、边节点位于边界等份点附近的网格质量较好。网格质量可用细长比、锥度比、内角、翘曲量、拉伸值、边节点位置偏差等指标度量。,