ANSYS教程-第3章-几何实体模型生成网格模型

4. 分配体的单元属性
当对体划分网格前，要指定体的单元属性。 命令：VATT, MAT, REAL, TYPE, ESYS GUI:MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>All Volumes GUI:MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Picked Volumes
在计算单元矩阵时，有一些数据可能无法从节点坐标和材料特 性得到，这时就需要定义单元实常数。实常数是某一单元的补称几 何特征,因此，单元实常数是依赖单元类型的单元特性，并不是所有 的单元类型都需要实常数，同一类型的不同单元可以有不同的实常 数值。例如二维梁单元BEAM3的实常数：面积(AREA)、惯性矩 (IZZ)、高度(HEIGHT)、剪切变形常数(SHERZ)、初始应变 （ISTRAN）和单位长度质量(ADDMAS)等。
ANSYS会计算所定义的截面的几何特性（如截面面积、惯性矩、 翘曲常数、扭转常数等，并输出到ANSYS的输出窗口。单击 Preview，在图形窗口中显示所定义的截面。单击Meshview，在图 形窗口中显示该截面的同时，显示截面上的网格。 3.1.4.2 用户自定义截面类型 略
3.1.4.3 截面类型的删除、列表显示、图形显示与截面网格细化
■默认单元属性 通常的工作中，如果各个属性表（单元类型表、材料属性表 以及实常数表）只包含一个条目，即只定义了一项材料属性、一 个单元类型等，则在划分网格时可以不再为各个图元分配单元属 性，ANSYS将唯一的表项生成默认单元属性，在生成网格时自动 将默认单元属性分配给实体模型和单元。
3.2.2 设定网格尺寸
□线性或者非线性；
□弹性（各向同性、正交异性）或非弹性； □不随温度变化或者随温度变化； 像单元类型和单元实常数一样，每一组材料特性也有一个材料 特性参考号。与材料特性组对应的材料特性参考号表称为材料属性 表。在一个分析中，可能有多个材料特性组（对应模型中的多种材 料）。在创建单元时可以使用相关命令通过材料特性参考号来分配
对应于特定单元类型，每组实常数有一个参考号，与每组实常 数对应的参考号组成的表称为实常数表。在创建单元（直接创建单 元或者划分网格）时，可以为将要创建的单元分配实常数号。
定义途径：
•Command:R,NSET,R1,R2,R3,R4,R5,R6 •[Main Menu]：Preprocessor|Real Constants|Add/Edit/Delete 3.1.3 定义材料特性 绝大多数单元类型都需要材料特性。根据应用的不同，材料特 性指如下几种特性：
（2）杆单元（Link):用于弹簧、螺杆、预应力螺杆和桁架；
（3）弹簧单元（Spring）：用于弹簧、螺杆或细长构件，或通 过刚度等效代替复杂结构等模型。 ■壳单元：壳（Shell）单元用于薄平板或曲面模型，采用壳单 元的基本原则是每块面板的表面尺寸不低于其厚度的10倍。
■2D平面单元 平面单元有三角形或四边形单元，有3节点、4节点、6节点、 8节点等，一般用来进行平面分析或轴对称的截面分析。 在ANSYS中，平面问题的几何模型必须建立在XY平面内。 ANSYS提供平面应力、平面应变、轴对称结构等特性的单元。 （1）平面应力问题 主要几何与力学特征是：①Z向尺寸远小于X和Y方向上的尺寸； ②所有的载荷均作用在XY平面内。 在Z轴上的应力＝0 （2）平面应变 主要几何与力学特征是：①Z向尺寸远大于X和Y方向上的尺寸 且垂直于Z轴的横截面不变；②所有的载荷均作用在XY平面内。 在Z轴上的应变＝0
GUI:
MainMenu|Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete
定义了单元类型后，ANSYS会自动生成一个与此单元类型 对应的单元类型参考号，如果模型中定义了多种单元类型，则 与这些单元类型相对应的类型参考号组成的表称为单元类型表。 在创建实际单元时（直接创建单元或者划分网格），需要从单 元类型表中为其分配一个类型参考号以选择对应的单元类型生 成有限元模型。
3. 分配面的单元属性
当对面划分网格前，要指定面的单元属性。 命令：AATT, MAT, REAL, TYPE, ESYS GUI:MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>All Areas GUI:MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Picked Areas
3.1.4 定义截面类型
对于用Beam188和beam 189单元对梁进行网格划分，可以定义单元横截面。 ANSYS提供了11种常用的截面类型，并允许用户自定义截面。用户可以从中选 择与实际结构截面相近的截面类型或用截面自定义功能定义截面。 3.1.4.1 常用截面类型的定义 命令：SECTYPE,SECID,Type,Subtype,Name,REFINEKEY 选择截面类型
3.1 定义单元属性
单元属性是指在划分网格以前必须指定的所分析对象的特征， 这些特征包括单元类型、实常数、材料属性、横截面类型和单元坐 标系。在生成节点和单元网格之前，必须定义合适的单元属性。
只有Beam188和Beam189单元才需要定义单元的截面类型。 对空间梁划分单元时，还需要指定方向关键点。
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（3）轴对称问题 主要几何与力学特征是：①回转体；②只有回转轴上的轴向载 荷。 周向位移＝0。在ANSYS中，轴对称假定三维实体模 型是由XY面内的横截面绕Y轴旋转360°形成的（管、圆锥、圆 板、圆顶盖、圆盘等，对称轴必须和整体Y轴重合，不允许有负 X坐标。X方向是径向，Y方向是轴向，Z方向是周向。 ■3D实体单元：三维实体单元有四面体、六面体两种，节点数 从4～20不等，适用于不同的分析类型和精度。
3.1.1.3 确定单元类型时应考虑的因素
选择合适的单元类型后，还需进一步考虑单元的插值函 数（形函数）的维数，即采用线性、二次或P－单元。 线性单元和高阶单元之间的差别是线性单元只有角节点， 而高阶单元还有边中点。线性单元的位移按线性变化，因此线 性单元上的应变、应力是常数。
二次单元假定位移是二阶变化的，因此单元上的应变、应 力是线性变化的。 P－单元的位移可以在2～8阶间选择，而且具有求解收敛精 度自动控制功能。在许多情况下，同线性单元相比，采用高阶 类型的单元可以得到更好的计算结果。
本章主要介绍由几何模型的网格划分生成有限元模型。另外介 绍通过创建节点和单元直接生成有限元模型。 建立几何模型后，就可以按以下步骤划分有限元网格： （1）定义有限元模型中的单元属性 （2）目标网格选项控制 （3）网格划分 （4）修改与优化有限元网格 对于简单的模型，往往通过创建节点和单元，直接生成有限元模 型
3.1.1.2 典型的单元类型
在结构分析中，结构的应力状态决定单元类型的选择。应 当选择维数最低的单元去获得预期的结果。按单元形状分：
■点单元：一般用于简化的质点模型，表示质量单元，或用于 创建控制节点。 ■1D线单元：线单元由两个节点连接而成，通常用来分析简化 的梁、管、杆、弹簧模型等。 （1）梁单元（Beam):用于梁构件、薄壁管件、C型截面构件、 角钢等模型；
2. 分配线的单元属性
当对线划分单元前，需要指定线的单元属性，定义是否指定方向关键点。 命令：LATT, MAT, REAL, TYPE, KB,KE, SECNUM GUI:MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>All Lines GUI:MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Picked Lines
3.1.1 单元类型
3.1.1.1 单元的名称及其组成 为了适用不同分析问题的需要，ANSYS提供了近200种不 同的单元类型。不同的单元类型适用于不同的分析类型、不同 材料和不同几何类型。因此单元的正确选择至关重要。 每一种单元都有固定的编号，单元名称由字符和编号数字组 成。其中字符部分代表单元的组别符号，尾部的数字是单元的 唯一标识号。如Beam3，Solid45 通过单元名称可判断该单元适用范围及其形状，单元按维数 分类：点单元、1D线单元、2D平面单元、3D立体单元。
SECDATA,VAL1,VAL2,VAL3,…VAL9,VAL10
定义截面几何数据
SECOFFSET,Location,OFFSETY,OFFSETZ,CG-Y,CG-Z,SH-Y,SH-Z 指定单元节点在截面上的位置 GUI：[Main Menu]Preprocessor|Sections>Beam>Common Sectns
其采用的材料特性组。
定义材料属性： •Command：MP,Lab,MAT,C0,C1,C2,C3,C4 •GUI:[Main Menu]Preprocessor|Material Props|Material Models
弹性模量
泊松比
在材料属性对话框窗口的左边，同样用树型结构文件夹方式显 示已经定义的参数的材料，默认的时候会有材料1，要添加、删除 或者拷贝相近的材料，使用材料特性窗口的菜单命令。需要修改材 料特性的时候，可以双击要修改的材料文件夹，选择其中所定义的 特性，双击进行修改。
此处列出已经定义的单元类型
单元编号名 单元类别
单元类型参考号
新添加的两个单元类型：
PLANE42:4结点四边形单元
PLANE2：6结点三角形单元
注：beam:梁单元；Link:线单元； Solid:实体单元；Pipe:管单元； Shell：壳单元
许多单元有一些另外的选项（KEYOPTs），这些项用于控制单 元刚度矩阵的生成、单元的输出和单元坐标系的选择等。 KEYOPTs可以在定义单元类型时指定(对话框中的Options选项)。 3.1.2 定义单元实常数
每种单元的用法在ANSYS的帮助文档中都有详细的说明。
进入帮助文档有2种方法： （1）单击工具栏中的 （2）通过应用菜单Help进入 按钮
3.1.1.4 定义单元类型 定义途径：必须在通用处理器PREP7（预处理器）中定义单元 类型。
命令：ET,ITYPE,Ename,KOP1,KOP2,KOP3,KOP4,KOP5,KOP6,INOPR
元类型）、分配材料属性等）；
(2)设定网格尺寸控制和网格形状（可选择的，由ANSYS确定单元尺
寸通常比较合理）；
(3)执行网格划分。
3.2.1 分配单元属性
完成单元属性定义后，在划分网格之前，用户要对几何模型 各部分分配相应的单元属性。 ■手动分配单元属性
1. 分配关键点的单元属性
当对关键点划分单元前，需要指定关键点的单元属性。 命令：KATT, MAT, REAL, TYPE, ESYS GUI:MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>All Keypoints GUI:MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Picked KPs
分配单元属性后，需要设定网格尺寸。ANSYS网格划分中有许 多不同的单元尺寸控制方式。主要有： （1）智能网格尺寸”Smart Sizing”；
（2）手动控制单元尺寸； □给定单元边长 □指定线上单元分割数 注：划分网格后，还可以细化网格
3.2.3 指定单元划分的形状 ANSYS中网格形状多种多样。单元形状可以通过命令、GUI或 通过网格工具栏中的网格类型部分进行选择。 命令：MOPT,Lab, Value GUI :MainMenu>Prerocessor>Meshing>Mesher Opts 单元的形状可以为三角形(triangle)、 四边形(quadrilateral)、四面体 (Tetrahedral)或者六面体(Hexahedral)。 形状。随着Mesh对象的类型（面、体） 和网格类型（自由网格、映射网格、扫 掠网格）不同而不同。如果Mesh对象是 线或关键点，则形状选项无效。 【见下页】
略
3.2 划分网格
网格划分是建模中非常重要的一个环节，它将几何模型转化 为由节点和单元构成的有限元模型。网格划分的好坏将直接影 响到计算结果的准确性和计算速度，甚至会因为网格划分不合 理而导致计算不收敛。 网格划分主要包含以下3个步骤： (1)分配单元属性（包括单元类型、分配实常数或者截面属性（对有些单