ansys自由网格与映射网格的区别

ANSYS软件平台提供了自由网格划分（Free）和映射网格划分（Mapped）两种策略。

自由网格划分用于空间自由曲面和复杂实体，采用三角形、四边形、四面体进行划分，通过网格数量、边长及曲率来控制网格的质量。

而映射划分则是用于曲线、曲面、实体的网格划分方法，可使用三角形、四边形、四面体、五面体和六面体进行划分，通过指定单元边长、网格数量等参数对网格进行严格控制。

映射划分只用于规则的几何图素，对于裁剪曲面或者空间自由曲面等复杂几何体则难以控制。

在进行一般的网格控制之前，用户应该考虑好，是使用自由网格划分还是映射网格划分。

自由网格划分对于单元没有特殊的限制，也没有指定的分布模式，而映射网格划分则不但对单元形状有所控制，而且对单元排布模式也有要求。

两者划分结果的差别如图2.52所示。

2.7.1 自由网格划分
自由网格划分是自动化程度最高的网格划分技术之一，它可以在面上（平面、曲面）自动生成三角形或四边形网格，在体上自动生成四面体网格。

通常情况下，可利用ANSYS的智能尺寸控制技术（SMARTSIZE命令）来自动控制网格的大小和疏密分布，也可人工设置网格的大小（AESIZE、LESIZE、KESIZE、ESIZE等系列命令）并控制疏密分布，以及选择分网算法等（MOPT命令）。

对于复杂几何模型而言，这种分网方法省时省力，但缺点是单元数量通常会很大，计算效率降低。

同时，由于这种方法对于三维复杂模型只能生成四面体单元，为了获得较好的计算精度，建议采用二次四面体单元（92号体单元SOLID92）。

如果选用的是六面体单元，则此方法自动将六面体单元退化为阶次一致的四面体单元，因此，最好不要选用线性的六面体单元（没有中间节点，比如45号单元），因为该单元退化后为线性的四面体单元，具有过刚的刚度，计算精度较差；如果选用二次的六面体单元（比如95号单元），由于其是退化形式，节点数与其六面体原型单元一致，只是有多个节点在同一位置而已，因此，可以利用TCHG命令将模型中的退化形式的四面体单元变化为非退化的四面体单元，减少每个单元的节点数量，提高求解效率。

自由网格划分主要是使用Smartsize进行控制，选择Main Menu→Preprocessor→Meshing→MeshTool命令，打开MeshTool对话框，选择Free单选按钮，即可使用自由网格划分模式，如图2.53所示。

使用MeshTool的优点在于，用户选择了单元的形状后，ANSYS会自动将对于此单元形状不可用的网格划分模型的相应按钮置为不可用状态。

2.7.2 映射网格划分（1）
映射网格划分是对规整模型的一种规整网格划分方法，其原始概念是：对于面，只能是四边形面，网格划分数需在对边上保持一致，形成的单元全部为四边形；对于体，只能是六面体，对应线和面的网格划分数保持一致，形成的单元全部为六面体。

在ANSYS中，这些条件有了很大的放宽，包括：
面可以是三角形、四边形，或其他任意多边形。

对于四边以上的多边形，必须用LCCAT 命令将某些边联成一条边，以使得对于网格划分而言，仍然是三角形或四边形；或者用AMAP 命令定义3到4个顶点（程序自动将两个顶点之间的所有线段联成一条）来进行映射划分。

面上对边的网格划分数可以不同，但有一些限制条件。

面上可以形成全三角形的映射网格。

体可以是四面体、五面体、六面体，或其他任意多面体。

对于六面以上的多面体，必须用ACCAT命令将某些面联成一个面，以使得对于网格划分而言，仍然是四面体、五面体或六面体。

体上对应线和面的网格划分数可以不同，但有一些限制条件。

对于三维复杂几何模型而言，通常的做法是利用ANSYS的布尔运算功能，将其切割成一系列四面体、五面体或六面体，然后对这些切割好的体进行映射网格划分。

当然，这种纯粹的映射划分方式比较烦琐，需要的时间和精力较多。

面的三角形映射网格划分往往可以为体的自由网格划分服务，以使体的自由网格划分满足一些特定的要求，比如：体的某个狭长面的短边方向上要求一定要有一定层数的单元、某些位置的节点必须在一条直线上等。

这种在进行体网格划分前在其面上先划分网格的方式，可以对很多复杂模型进行良好的控制，但别
忘了在体网格划分完毕后清除面网格（也可用专门用于辅助网格划分的虚拟单元类型（MESH200）来划分面网格，之后不用清除）。

映射面网格只包含四边形和三角形单元，映射体网格只包含六面体单元。

映射网格具有规则的形状，明显成排地规则排列。

因此，如果想要这样的网格类型，必须将模型生成具有一系列相当规则的体或面，才能进行映射网格划分。

下面以一个简单的五边形为例，介绍映射网格划分的操作。

建立几何模型。

选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Pentagon 命令，弹出五边形对话框，输入参数，如图2.54所示，单击OK按钮，生成的几何模型如图2.55所示。

选择单元类型。

选择M ain Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令，弹出Element Types对话框，如图2.56所示。

单击Add…按钮，弹出Library of Element Types 对话框，选择Solid中的Q uad 4node 42单元，如图2.57所示，单击OK按钮关闭对话框。

选择Main Menu→Preprocessor→Meshing→Meshtool命令，打开MeshTool对话框。

选择Areas网格划分模式，在Mesh下拉列表框中也选择Areas选项，表示对面进行划分；在Shape栏中选中Quad单选按钮，表示选择四边形单元形状；接着选择网格划分模式为Mapped，使用映射网格划分，如图2.58所示，然后单击按钮，弹出图形对话框。

图2.54 五边形对话框
图2.56 Element Types对话框
2.7.2 映射网格划分（2）
在图形视窗中选择刚才建立的五边形面，单击OK按钮。

此时，弹出错误提示对话框，
如图2.59所示。

由于当前图形是不规则的，不能够进行映射网格划分。

造成这个错误的原因是该面的边界线数目超过了4。

对面进行映射网格划分时，要求边的边界由3或4条线组成，当边界线数据大于4时，可通过线的连接使其满足映射网格划分的要求。

下面进行线的连接操作，使五边形面满足映射网格划分的要求。

选择Main Menu→Preprocessor→Meshing→Concatenate→Lines命令，弹出如图2.60所示的线选取对话框，用鼠标在图形视窗中选择相邻两条线合成一条线，如图2.61所示。

此时再在MeshTool对话框中选中Mapped单选按钮，并在该按钮下的下拉列表框中选中3 or 4 sided选项，然后单击按钮，如图2.62所示。

弹出面选取对话框，在图形视窗中选择五边形面，单击OK按钮即可。

得到的映射网格划分结果如图2.63所示。

图2.58 网格划分工具对话框
图2.59 对五边形面进行映射网格划分的错误提示
图2.60 线选取对话框
2.8 小结
几何建模与网格划分是ANSYS程序应用的重要组成部分，是有限元分析成功与否的关键，涉及的问题及技巧很多。

本章较为系统地讲解了用ANSYS程序进行几何建模和网格划分的基本过程和基本方法，重点介绍了网格划分工具MeshTool的应用。