ANSYS网格划分详细介绍
ANSYS网格划分
Plane stress---(平面应力) 平面应力) 平面应力 Axisymmetric--(轴对称) 轴对称) 轴对称 Plane strain---(平面应变) 平面应变) 平面应变 Plane strs w/thk---(带厚度的平面应力) 带厚度的平面应力) 带厚度的平面应力
5
2.3 定义实常数 Main Menu > Preprocessor >Real Constant >Add/Edit/Delete
拖拉
27
设置拖拉选项
MainMenu>Preprocessor>-ModelingOperate>Extrude>ElemExtOpts 拖拉后的单元 材料号, 号,材料号, 实行拖拉操作
MainMenu>Preprocessor>-ModelingOperate>Extrude>-Areas-By XYZ Offset
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六面体网格
过渡网格
四面体网格
二次 到 二次 2020-节点六面体 1313-节点金字塔 1010-节点四面体
线性 到 二次 8-节点六面体 9-节点金字塔 10-节点四面体
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3)扫掠网格划分Sweep )扫掠网格划分 要求几何体有一对 拓扑结构相同的源 面和目标面
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在不可采用扫掠划分的体中生成四面体网格是一个十分有用的扫 掠选项. 掠选项
弹簧单元——刚度系数 刚度系数 弹簧单元 杆单元——面积 面积 杆单元 梁单元——面积、惯性矩、高度 面积、惯性矩、 梁单元 面积 平面应力单元——厚度 厚度 平面应力单元 板壳单元——厚度 板壳单元 厚度 三维实体单元——一般不输入实常数 一般不输入实常数 三维实体单元
ANSYS网格划分简介
Lplot
改变单元尺寸:
Desize…..
Lesize,all,,,,,1
Lplot
(3)局部网格控制
I.esize(整体尺寸控制),可以采用面或体中最短线之间的距离(一般划分2~3个单元),来控制整体单元尺寸
II.kesize(指定点控制)
◎中间节点设置的控制(controling placement of midside nodes)ANSYS默认情况下,将具有中节点的单元的中节点设置在边界线上或边界的面上。
◎单元尺寸的设置
(1)对于采用free方式的smart element sizing(smrtsize)方法:该方法具有如下优点:首先计算面或体中线的单元边的尺寸;其次,若采用四边形单元,所有边的划分为偶数。smrtsize控制方法:basic,简单的设置划分等级(level),1(fine mesh)~10(coarse mesh)。Advaced control,可以控制划分的质量,使网格尽可能的满足要求。
(2)用sweeping方法划分体网格的步骤
[1]首先确定有多少个体sweeping
[2]确定该几何体的拓扑是否可以用该方法,满足下列条件之一是不可以采用的。
I.若命令lesize采用“hard”选项(不可改变),并且source area和target area对应的线等分数目不相等。
◎ Sweeping划分网格:
(1)优点:
①可从其它软件中引入模型,用ANSYS划分网格
②对于不规则体产生六面体网格,可以考虑把体分成一系列的可以sweeping的区域。
③可以用不同的方法划分网格
④在sweeing以前,若没有对source area进行网格划分,ANSYS会自动划分它,extrusion方法则需要用户自己划分。
ansys_workbench_15.0_网格划分讲解
Advanced Contact & Fasteners
基于网格相关度控 制网格密度的方法 ,设置的单元尺寸 对于网格密度有着 重要的影响!
3.网格控制-总体尺寸控制-高级尺寸函数
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Advanced Contact & Fasteners
Advanced Sizing Functions (ASF) -该项功能用于控制接近表面区域和具有高曲 率区域的网格生长和分布 高级尺寸函数有五个选项: -关闭高级尺寸函数(off) -Proximity and Curvature -Curvature -Proximity -Fixed
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
1. Meshing网格划分概述
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
Workbench中的Meshing应用程序的目标是提供通用的网 格划分格局。网格划分工具可以在任何分析类型中使用:
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
3.网格控制-总体尺寸控制-高级尺寸函数
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
3.网格控制-总体尺寸控制-高级尺寸函数
Curvature尺寸控制函数
-该函数基于模型中的曲率信息控制网格,主要 作用于模型中的孔,洞和缺陷处。 该函数有5个控制参数: Curvature Normal Angle-曲率法向角度 Min Size-总体最小尺寸 Max Face –面上最大尺寸 Max Size-总体最大尺寸 Growth Rate-网格生长率
ansys如何划分网格
January 30, 2001 Inventory #001441 11-11
3.网格划分控制——指定网格划分类型
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ANSYS 划分网格专题讲座
对边必须划分相等的份数
棱柱边上必须划分相等的份数 面内边上必须划分相等的份数
所有对边必须划分相等的份数
January 30, 2001 Inventory #001441 11-12
January 30, 2001 Inventory #001441 11-2
1.网格类型
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ANSYS 划分网格专题讲座
自由网格
映射网格
January 30, 2001 Inventory #001441 11-3
2. 定义单元类型
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ANSYS 划分网格专题讲座
在有限元分析过程中,对于不同的问 题,需要应用不同特性的单元,单元选择 不当,直接影响到计算能否进行和结果的 精度。ANSYS的单元库中提供了200多种 单元类型,每个单元都有唯一的编号,如 LINK1、PLANE2、BEAM3和SOLID45 等,几乎能解决大部分常见问题。
January 30, 2001 Inventory #001441 11-7
3.网格划分控制——单元尺寸和形状的控制
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ANSYS 划分网格专题讲座
如图所示为网格划分工具提供的单元尺寸控 制选项,可以对面、线、层和关键点的单元大小 进行设置,还可以对全局单元尺寸进行设置。同 一个网格区域的面单元可以是三角形或四边形, 体单元可以是六面体或四面体形状。
January 30, 2001 Inventory #001441 11-13
划分网格实例1——2D问题
ANSYS如何网格划分
ANSYS学习资料——网格划分01在划分网格前,用户首先需要对模型中将要用到的单元属性进行定义。
单元属性主要包括:单元类型、实常数、材料常数。
典型的实常数包括:厚度、横截面面积、高度、梁的惯性矩等。
材料属性包括:弹性模量、泊松比、密度、热膨胀系数等。
ANSYS为用户提供了两种网格划分类型:自由和映射所谓“自由”,体现在没有特定的准则,对单元形状无限制,生成的单元不规则,基本适用于所有的模型。
自由网格生成的内部节点位置比较随意,用户无法控制。
操作方式是打开Mesh Tool工具条上的Free选项。
所用单元形状依赖于是对面还是对体进行网格划分。
对于面,自由网格可以只由四边形单元组成,也可以只由三角形单元组成,或两者混合。
对于体,自由网格一般限制为四面体单元。
映射网格划分要求面或体形状满足一定规则,且映射面网格只包括三角形单元或四边形单元,映射体网格只包括六面体单元,它生成的单元形状比较规则,适用于形状规则的面和体。
对于映射网格划分,生成的单元尺寸依赖于当前DSIZE、ESIZE、KESIZE、LESIZE和ASIZE的设置。
Smartsize不能用于映射网格划分。
当使用硬点时,不支持映射网格划分。
面映射网格划分:包括全部是四边形单元或者全部是三角形单元。
此面必须由3或4条线围成,在对边上必须有相等的单元划分数。
如果此面由3条线围成,则三条边上的单元划分数必须相等且必须是偶数。
对边网格数之差相等,或者一对对边网格数相等,另一对网格数之差为偶数,也可以进行映射网格划分。
如果一个面由多于4条的线围成,则它不能直接采用映射网格进行划分,然而,为了将总的线数减少到4,其中的某些线可以被加起来(add)或连接起来(concatenated,一种进行网格划分时的操作)。
代替进行连接操作(concatenation),可以用拾取一个面的3个或4个角点来进行面映射网格划分,这种简化的映射网格划分方法将两个关键点之间的多条线内部连接起来。
ansys如何划分网格
自由划分网格( 自由划分网格(Free meshing)和映射网格划分(Mapped )和映射网格划分( meshing)。 )。 • 自由划分网格主要用于划分边界形状不规则的区域,它 自由划分网格主要用于划分边界形状不规则的区域, 生成的网格相互之间呈不规则的排列。 生成的网格相互之间呈不规则的排列。常用于复杂形状 的边界选择自由划分网格。 的边界选择自由划分网格。自由网格缺点是分析精度不 够高。 够高。 • 映射网格划分用于单元形状有限制,并要符合一定的网 映射网格划分用于单元形状有限制, 格模式。映射面网格只包含四边形或三角形单元, 格模式。映射面网格只包含四边形或三角形单元,映射 体网格只包含六面体单元。 体网格只包含六面体单元。映射网格的特点是具有规则 的形状,单元明显地成行排列。 的形状,单元明显地成行排列。
January 30, 2001 Inventory #001441 11-2
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划分网格专题讲座 划分网格专题讲座 划分网格专题讲座 划分网格专题讲座 划分网格专题讲座 划分网格专题讲座 划分网格专题讲座 划分网格专题讲座 划分网格专题讲座 划分网格专题讲座 划分网格专题讲座 划分网格专题讲座 划分网格专题讲座 划分网格专题讲座 ANSYS 划分网格专题讲座 ANSYS 划分网格专题讲座
• 映射网格划分要求面或者体有规则的形状,即必须满足一定的准则。 映射网格划分要求面或者体有规则的形状,即必须满足一定的准则。 同时SmartSizing不支持映射网格划分。 不支持映射网格划分。 同时 不支持映射网格划分 • 面映射网格包括全部是四边形单元或者全部是三角形单元。面接受映 面映射网格包括全部是四边形单元或者全部是三角形单元。 射网格划分,必须满足以下条件: 射网格划分,必须满足以下条件: • ① 该面必须是三条边或四条边。 该面必须是三条边或四条边。 • ② 如果是四条边,对边必须划分为相同数目的单元,或者是划分一 如果是四条边,对边必须划分为相同数目的单元, 过渡型网格。 过渡型网格。 • ③ 如果是三条边,则各边设置的单元划分数必须为偶数且相等,否 如果是三条边,则各边设置的单元划分数必须为偶数且相等, 软件会自动决定单元划分数。 则ANSYS软件会自动决定单元划分数。 软件会自动决定单元划分数 • ④ 网格划分必须设置为映射网格。 网格划分必须设置为映射网格。 • 如果一个面多于四条边,则不能直接用映射网格划分,但可以使某些 如果一个面多于四条边,则不能直接用映射网格划分, 线相连接,使总线数减小到4条之后再用映射网格划分 条之后再用映射网格划分。 线相连接,使总线数减小到 条之后再用映射网格划分。
ANSYS-网格划分方法总结
(1) 网格划分定义:实体模型是无法直接用来进行有限元计算得,故需对它进行网格划分以生成有限元模型.有限元模型是实际结构和物质的数学表示方法。
在ANSYS中,可以用单元来对实体模型进行划分,以产生有限元模型,这个过程称作实体模型的网格化.本质上对实体模型进行网格划分也就是用一个个单元将实体模型划分成众多子区域.这些子区域(单元),是有属性的,也就是前面设置的单元属性.另外也可以直接利用单元和节点生成有限元模型.实体模型进行网格划分就是用一个个单元将实体模型划分成众多子区域(单元)。
(2)为什么我选用plane55这个四边形单元后,仍可以把实体模型划分成三角形区域集合???答案:ansys为面模型的划分只提供三角形单元和四边形单元,为体单元只提供四面体单元和六面体单元。
不管你选择的单元是多少个节点,只要是2D单元,肯定构成一个四边形或者是三角形,绝对没有五、六边形等特殊形状.网格划分也就是用所选单元将实体模型划分成众多三角形单元和四边形子区域。
见下面的plane77/78/55都是节点数目大于4的,但都是通过各种插值或者是合并的方式形成一个四边形或者三角形。
所以不管你选择什么单元,只要是对面的划分,meshtool上的划分类型设置就只有tri和quad两种选择.如果这个单元只构成三角形,例如plane35,则无论你在meshtool上划分设置时tri还是quad,划分出的结果都是三角形。
所以在选用plane55单元,而划分的是采用tri划分时,就会把两个点合并为一个点。
如上图的plane55,下面是plane单元的节点组成,可见每一个单元上都有两个节点标号相同,表明两个节点是重合的..同样在采用plane77 单元,进行tri划分时,会有三个节点重合。
这里不再一一列出。
(3)如何使用在线帮助:点击对话框中的help,例如你想了解plane35的相关属性,你可以点击上右图中的help,亦可以,点击help->help topic弹出下面的对话康,点击索引按钮,输入你想查询的关键词.(4)对于矩形的网格划分方法整理:当圆柱体具有圆周对称性时,可以使用plane 55 (是一个2D,4节点的平面四边形单元,自由度是温度)单元作为有限元单元,设置为轴对称性(Axisymmetric)。
ANSYS-Workbench-网格划分
b) Curvature:是由曲率法确定、细化边和曲面处的网格大小
c) Proximity:是控制模型邻近区网格生成,主适用于窄、薄处网格的 生成。
确定全局网格的设置
d. Proximity and curvature:具有proximity和curvature二者的特点, 但所消耗的时间也多。
• 设置合适的全局网格参数可以减小后面具体网格参数的设置工作量, 对于结构场,其详细栏见上个PPT的mechanical,下面以结构分析为 例对其展开描述。Mechanical中的尺寸函数(sizing)下参数项是高 级尺寸函数(advanced sizing function,简称ASF),这主要是控制 曲线、面在曲率较大的地方的网格。具体选项有:
Hex-Dominant网格
多域扫掠型
• 多域扫掠型(Multizone Sweep Meshing)主要用来划分六面体网格。 其特点就是具有几何体自动分解的功能,从而产生六面体网格。如下 图所示左边的几何体,若以常规的方式想划分成全六面体网格,则需 要先将几何体切分成四个规则体后,再扫掠成六面体网格。然而在 workbench中,只要直接使用多域扫掠法,程序就能自动处理划分成 六面体网格。
认识网格划分平台
网格文件具体地说主要有两类:有限元分析网格和计算流体力学 的网格。
认识网格划分平台
• 对于三维几何体,ANSYS共有下面六种不同的划分网格法
认识网格划分平台
• 对于二维几何体ANSYS有以下几种不同的划分网格法。
典型网格划分法
• 主要内容
四面体网格
• 在三维网格中,相对而言四面体网格划分是最简单的。在workbench 中,四面体网格的生成主要基于两种方法:RGRID算法和ICEM CFD tetra算法,具体如下:
ANSYS各种网格划分方法
ANSYS各种网格划分方法1. 三角剖分法(Triangular Meshing):三角剖分法是一种常见的二维网格划分方法,它将几何体分割成一系列的三角形单元。
在ANSYS中,可以使用自动网格划分工具或手动方式进行三角剖分。
自动网格划分工具会根据所选几何体的复杂程度自动生成合适的三角形网格。
手动方式允许用户通过在几何体上添加特定的边界条件和限制条件来控制网格划分过程。
2. 四边形网格法(Quadrilateral Meshing):四边形网格法是一种常用的二维网格划分方法,它将几何体划分成一系列的四边形单元。
与三角形网格相比,四边形网格具有更好的数值特性和简化后处理的优势。
在ANSYS中,使用四边形网格法可以通过自动网格划分工具或手动方式进行划分。
3. 符号表示(Sweeping):符号表示是一种常用的三维网格划分方法,它通过将二维几何体沿特定方向移动来创建三维几何体的网格。
在ANSYS中,可以使用自动网格划分工具或手动方式进行符号表示。
自动网格划分工具可以根据选择的几何体自动生成符号表示网格。
手动方式允许用户根据需要指定几何体的边界条件和限制条件。
4. 细化网格法(Refinement):细化网格法是一种常用的网格划分方法,它通过逐步细化初步生成的网格来提高网格质量和分析精度。
在ANSYS中,用户可以通过自动细化工具或手动方式进行网格细化。
自动细化工具会根据预设的条件和几何体特征进行自动细化。
手动方式允许用户根据需要在特定区域添加额外的网格细化操作。
5. 自适应网格法(Adaptive Meshing):自适应网格法是一种根据分析需求自动调整网格划分的方法。
在ANSYS中,自适应网格法可以根据解的梯度、误差估计或特定的物理现象进行自动网格调整。
该方法可以显著减少有限元计算中的计算量,提高求解效率和准确性。
总结:ANSYS提供了多种网格划分方法,包括三角剖分法、四边形网格法、符号表示、细化网格法和自适应网格法。
ansys网格划分方法
ANSYS程序提供了使用便捷、高质量的对几何模型进行网格划分的功能。
主要包括4种网格划分方法:自由网格划分、映射网格划分、延伸网格划分和自适应网格划分。
(1)自由网格划分ANSYS程序的自由网格划分功能十分强大,这种网格划分方法没有单元形状的限制,网格也不遵循任何模式,因此适合于对复杂形状的面和体进行网格划分,这就避免了用户对模型各个部分分别划分网格后进行组装时各部分网格不匹配带来的麻烦。
对面进行网格划分,自由网格可以只有四边形单元组成,或者只有三角形单元组成,或者二者混合。
对体进行自由网格划分,一般指定网格为四面体单元、六面体单元作为过渡,也可以加入到四面体网格中。
若要严格定义单元形状,可通过以下方法实现。
Command:MSHAPE、MSHKEYGUI:Main Menu︱Preprocessor︱Meshing︱Mesher Opts(2)映射网格划映射网格划分允许用户将几何模型分解成简单的几部分,然后选择合适的单元属性和网格控制,生成映射网格,映射网格划分主要适合于规则的面和体,单元成行并具有明显的规则形状,仅适用于四边形单元(对面)和六面体(对体)。
图2.7所示为映射网格划分结果显示。
(3)延伸网格划分延伸网格划分可将一个二维网格延伸成一个三维网格,主要是利用体扫掠,从体的某一边界面扫掠贯穿整个体而生成体单元。
如果需扫掠的面由三角形网格组成,体将生成四面体单元,如果面网格由四边形网格组成,体将生成六面体单元,如果面由三角形和四边形单元共同组成,则体将由四面体和六面体单元共同填充。
(4)自适应网格划分自适应网格划分是在生成了具有边界条件的实体模型以后,用户指示程序自动地生成有限元网格,分析、估计网格的离散误差,然后重新定义网格大小,再次分析计算、估计网格的离散误差,直至误差低于用户定义的值或达到用户定义的求解次数。
Ansys_workbench网格划分相关
Ansys_workbench网格划分相关Mesh 网格划分方法—四面体(Patch Conforming和Patch Independent)、扫掠、自动、多区、CFX划分1.四面体网格优点—适用于任意体、快速自动生成、关键区域使用曲度和近似尺寸功能细化网格、可使用边界层膨胀细化实体边界。
缺点—在近似网格密度下,单元和节点数高于六面体网格、不可能使网格在一个方向排列、由于几何和单元性能的非均质性,不适用于薄实体或环形体常用参数—最小和最大尺寸、面和体的尺寸、Advanced尺寸功能、增长比(Growth—对CFD逐渐变化,避免突变)、平滑(smooth—有助于获得更加均匀尺寸的网格)、统计学(Statistics)、Mesh MetricsPathch Conforming—默认考虑几何面和体生成表面网格,会考虑小的边和面,然后基于TGRID Tetra算法由表面网格生成体网格。
作用—多体部件可混合使用Patch Conforming四面体和扫掠方法共同生成网格,可联合Pinch Control 功能有助于移除短边,基于最小尺寸具有内在网格缺陷Patch Independent—基于ICEM CFD T etra算法,先生成体网格并映射到表面产生表面网格。
如果没有载荷或命名,就不考虑面和边界(顶点和边),此法容许质量差的CAD几何。
作用—可修补碎面、短边、差的面差数,如果面上没有载荷或者命名,就不考虑面和边了,直接将网格跟其它面作一体划。
如果有命名则要单独划分该区域网格体膨胀—直接选择要膨胀的面,就可使面向内径向生成边界层面膨胀—选择要膨胀的面,在选择面的边,就可以向面内膨胀2.扫掠网格体须是可扫掠的、膨胀可产生纯六面体或棱柱网格,手动设置源和目标面,通常一对一,薄壁模型(Src/Trg选择Manual Thin)可自动划分多个面,在厚度方向上划分多个单元。
3.自动化分网格—应该划分成四面体,其与扫掠取决于体是否可扫掠,同一部件的体有一致网格,可程序化控制膨胀4.多区扫掠网格划分—基于ICEM CFD六面体模块,多区划分完后,可给多区添加膨胀5.CFX网格—使用四面体和棱柱网格对循环对称或旋转对称几何划分网格,不考虑网格尺寸或没有网格应用尺寸可使用CFX网格全局网格控制1.Physics Preference 物理设置包括力学(Mechanical)、CFD、电磁(Electromagnetic)、显示(Explicit)分析2.结构分析—使用哪个高阶单元划分较为粗糙的网格。
ansys有限元软件网格划分精讲全解
建立有限元模型 – 定义单元属性
实常数
• 实常数用于描述那些用单元几何形状不能完全确定的几何 参数。例如: – 梁单元是由连接两个节点的线定义的,这只定义了梁 长度,要指明梁的横截面属性,如面积,惯性矩就要 用实常数。 – 壳单元是由四边形和三角形来定义的,这只定义了壳 的表面,要指明壳的厚度,必须用实常数。 – 多数三维实常数单元不需要实常数,因为单元几何模 型已经由节点完全确定了。
建立有限元模型 – 定义单元属性
定义截面特性
– Main Menu > Preprocessor > Sections
• 能够导入截面 • 能够建立梁,壳和 Pretension 截面。
• 或者使用SECxxx 系列命令。
• 定义单元类型需要不同的截面特性 ,详细内容见单元参考手册.
建立有限元模型 – 定义单元属性
建立有限元模型 – 定义单元属性
材料特性
• 使用树形结构选中 定义好的材料类型 。
• 然后输入各个材料 的特征值。
• 或使用 MP 命令
– mp,ex,1,30e6 – mp,prxy,1,.3
建立有限元模型 – 定义单元属性
材料特性
• 添加温度相关的材料属 性
• 绘出材料属性—温度曲 线
建立有限元模型 – 定义单元属性
• 网格工具MeshTool
– 分配单元属性 – 网格密度控制 – 生成和改变网格 – 网格划分方式
• 自由网格、映射网 格,扫掠网格
• 网格拖拉 • 过渡单元
建立有限元模型 – 指定网格控制
• 网格密度
– 有限单元法的基本原则是:单元数(网格密 度)越多,所得的解越逼近真实值。
ansys workbench meshing网格划分总结
ansys workbench meshing网格划分总结ansysworkbenchmeshing网格划分总结BasePoint和Delta创建的点在重合时无法看到大部分可划分为四面体网格,但六面体网格仍是首选,四面体网格是最后的选择,使用复杂结构。
六面体(梯形)在中心质量较差,四面体在边界层质量较差,在边界层使用棱镜栅格棱镜。
棱锥为四面体和六面体之间的过渡棱柱由四面体网格被拉伸时生成3d扫描网格:只有一个源曲面和目标曲面,扩展层可以生成纯六面体或棱镜网格multizone多域扫掠网格:对象是多个简单的规则体组成时(六面体)――mappedmeshtype映射网格类型:包括hexa、hexa/prism--自由网格类型:包括不允许的、四角、六角、六角(六面体)――src/trgselection源面/目标面选择,包括automatic、manualsource手动源面选择补丁一致性:考虑一些小细节(四面体),包括CFD扩展层或边界层的识别。
面片相关:忽略一些小细节,例如倒角、小孔等(四面体),包括CFD膨胀层或边界层的识别――maxelementsize最大网格尺寸--approxnumberofelements基于网格的近似网格数定义清晰的网格特征――defeaturingtolerance设置某一数值时,程序会根据大小和角度过滤掉几何边useadvancedsizefunction高级尺寸功能――曲率曲率:如果曲率发生变化,网格将自动加密,例如作用于边和面上的螺孔。
――proximity[pr?k's?m?t?]邻近:窄薄处、狭长的几何体处网格自动加密,如薄壁,但花费时间较多,网格数量增加较多,配合minsize使用。
控制面网格尺寸可起到相同细化效果。
六面体主导:形成一个四边形主导网格,然后得到六面体,然后根据需要填充金字塔和四面体元素。
――此方法对于不可扫掠的体,要得到六面体网格时推荐――对内部容积大的体有用-它对于体积和表面积比较小的复杂薄体是无用的——它对于CFD无界层识别是有用的——它主要用于FEA分析automatic自动网格:在四面体网格(patchconforming考虑细节)和扫掠网格(sweep)之间自动切换。
ANSYS网格划分总结大全
有限元分析中的网格划分好坏直接关系到模型计算的准确性.本文简述了网格划分应用的基本理论,并以ANSYS限元分析中的网格划分为实例对象,详细讲述了网格划分基本理论及其在工程中的实际应用,具有一定的指导意义。
1 引言ANSYS有限元网格划分是进行数值模拟分析至关重要的一步,它直接影响着后续数值计算分析结果的精确性。
网格划分涉及单元的形状及其拓扑类型、单元类型、网格生成器的选择、网格的密度、单元的编号以及几何体素.从几何表达上讲,梁和杆是相同的,从物理和数值求解上讲则是有区别的.同理,平面应力和平面应变情况设计的单元求解方程也不相同。
在有限元数值求解中,单元的等效节点力、刚度矩阵、质量矩阵等均用数值积分生成,连续体单元以及壳、板、梁单元的面内均采用高斯(Gauss)积分,而壳、板、梁单元的厚度方向采用辛普生(Simpson)积分.辛普生积分点的间隔是一定的,沿厚度分成奇数积分点.由于不同单元的刚度矩阵不同,采用数值积分的求解方式不同,因此实际应用中,一定要采用合理的单元来模拟求解。
2 ANSYS网格划分的指导思想ANSYS网格划分的指导思想是首先进行总体模型规划,包括物理模型的构造、单元类型的选择、网格密度的确定等多方面的内容。
在网格划分和初步求解时,做到先简单后复杂,先粗后精,2D单元和3D单元合理搭配使用。
为提高求解的效率要充分利用重复与对称等特征,由于工程结构一般具有重复对称或轴对称、镜象对称等特点,采用子结构或对称模型可以提高求解的效率和精度。
利用轴对称或子结构时要注意场合,如在进行模态分析、屈曲分析整体求解时,则应采用整体模型,同时选择合理的起点并设置合理的坐标系,可以提高求解的精度和效率,例如,轴对称场合多采用柱坐标系。
有限元分析的精度和效率与单元的密度和几何形状有着密切的关系,按照相应的误差准则和网格疏密程度,避免网格的畸形。
在网格重划分过程中常采用曲率控制、单元尺寸与数量控制、穿透控制等控制准则.在选用单元时要注意剪力自锁、沙漏和网格扭曲、不可压缩材料的体积自锁等问题ANSYS软件平台提供了网格映射划分和自由适应划分的策略。
ANSYS网格划分详细介绍
ANSYS网格划分详细介绍ANSYS网格划分详细介绍众所周知,对于有限元分析来说,网格划分是其中最关键的一个步骤,网格划分的好坏直接影响到解算的精度和速度。
在ANSYS中,大家知道,网格划分有三个步骤:定义单元属性(包括实常数)、在几何模型上定义网格属性、划分网格。
在这里,我们仅对网格划分这个步骤所涉及到的一些问题,尤其是与复杂模型相关的一些问题作简要阐述。
一、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,它在面上(平面、曲面)可以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,也可进行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号单元)。
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。
在有些情况下,必须要用六面体单元的退化形式来进行自由网格划分,比如,在进行混合网格划分(后面详述)时,只有用六面体单元才能形成金字塔过渡单元。
对于计算流体力学和考虑集肤效应的电磁场分析而言,自由网格划分中的层网格功能(由LESIZE命令的LAYER1和LAYER2域控制)是非常有用的。
ANSYS-网格划分方法总结
(1) 网格划分定义:实体模型是无法直接用来进行有限元计算得,故需对它进行网格划分以生成有限元模型。
有限元模型是实际结构和物质的数学表示方法。
在ANSYS中,可以用单元来对实体模型进行划分,以产生有限元模型,这个过程称作实体模型的网格化。
本质上对实体模型进行网格划分也就是用一个个单元将实体模型划分成众多子区域。
这些子区域(单元),是有属性的,也就是前面设置的单元属性。
另外也可以直接利用单元和节点生成有限元模型。
实体模型进行网格划分就是用一个个单元将实体模型划分成众多子区域(单元)。
(2)为什么我选用plane55这个四边形单元后,仍可以把实体模型划分成三角形区域集合???答案:ansys为面模型的划分只提供三角形单元和四边形单元,为体单元只提供四面体单元和六面体单元。
不管你选择的单元是多少个节点,只要是2D单元,肯定构成一个四边形或者是三角形,绝对没有五、六边形等特殊形状。
网格划分也就是用所选单元将实体模型划分成众多三角形单元和四边形子区域。
见下面的plane77/78/55都是节点数目大于4的,但都是通过各种插值或者是合并的方式形成一个四边形或者三角形。
所以不管你选择什么单元,只要是对面的划分,meshtool上的划分类型设置就只有tri和quad两种选择。
如果这个单元只构成三角形,例如plane35,则无论你在meshtool上划分设置时tri 还是quad,划分出的结果都是三角形。
所以在选用plane55单元,而划分的是采用tri划分时,就会把两个点合并为一个点。
如上图的plane55,下面是plane单元的节点组成,可见每一个单元上都有两个节点标号相同,表明两个节点是重合的。
同样在采用plane77 单元,进行tri划分时,会有三个节点重合。
这里不再一一列出。
(3)如何使用在线帮助:点击对话框中的help,例如你想了解plane35的相关属性,你可以点击上右图中的help,亦可以,点击help—>help topic弹出下面的对话康,点击索引按钮,输入你想查询的关键词。
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ANSYS网格划分详细介绍
众所周知,对于有限元分析来说,网格划分是其中最关键的一个步骤,网格划分的好坏直接影响到解算的精度和速度。
在ANSYS中,大家知道,网格划分有三个步骤:定义单元属性(包括实常数)、在几何模型上定义网格属性、划分网格。
在这里,我们仅对网格划分这个步骤所涉及到的一些问题,尤其是与复杂模型相关的一些问题作简要阐述。
一、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,它在面上(平面、曲面)可以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,也可进行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号单元)。
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。
在有些情况下,必须要用六面体单元的退化形式来进行自由网格划分,比如,在进行混合网格划分(后面详述)时,只有用六面体单元才能形成金字塔过渡单元。
对于计算流体力学和考虑集肤效应的电磁场分析而言,自由网格划分中的层网格功能(由LESIZE命令的LAYER1和LAYER2域控制)是非常有用的。
二、映射网格划分
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:
1 面可以是三角形、四边形、或其它任意多边形。
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。
2 面上对边的网格划分数可以不同,但有一些限制条件。
3 面上可以形成全三角形的映射网格。
4 体可以是四面体、五面体、六面体或其它任意多面体。
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、五或六面体。
5 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布尔运算功能,将其切割成一系列四、五或六面体,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、等等。
这种在进行体网格划分前在其面上先划分网格的方式对很多复杂模型可以进行良好的控制,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)。
三、拖拉、扫略网格划分
对于由面经过拖拉、旋转、偏移(VDRAG、VROTAT、VOFFST、VEXT等系列命令)等方式生成的复杂三维实体
而言,可先在原始面上生成壳(或MESH200)单元形式的面网格,然后在生成体的同时自动形成三维实体网格;对于已经形成好了的三维复杂实体,如果其在某个方向上的拓扑形式始终保持一致,则可用(人工或全自动)扫略网格划分(VSWEEP命令)功能来划分网格;这两种方式形成的单元几乎都是六面体单元。
通常,采用扫略方式形成网格是一种非常好的方式,对于复杂几何实体,经过一些简单的切分处理,就可以自动形成规整的六面体网格,它比映射网格划分方式具有更大的优势和灵活性。
四、混合网格划分
混合网格划分即在几何模型上,根据各部位的特点,分别采用自由、映射、扫略等多种网格划分方式,以形成综合效果尽量好的有限元模型。
混合网格划分方式要在计算精度、计算时间、建模工作量等方面进行综合考虑。
通常,为了提高计算精度和减少计算时间,应首先考虑对适合于扫略和映射网格划分的区域先划分六面体网格,这种网格既可以是线性的(无中节点)、也可以是二次的(有中节点),如果无合适的区域,应尽量通过切分等多种布尔运算手段来创建合适的区域(尤其是对所关心的区域或部位);其次,对实在无法再切分而必须用四面体自由网格划分的区域,采用带中节点的六面体单元进行自由分网(自动退化成适合于自由划分形式的单元),此时,在该区域与已进行扫略或映射网格划分的区域的交界面上,会自动形成金字塔过渡单元(无中节
点的六面体单元没有金字塔退化形式)。
ANSYS中的这种金字塔过渡单元具有很大的灵活性:如果其邻接的六面体单元无中节点,则在金字塔单元四边形面的四条单元边上,自动取消中间节点,以保证网格的协调性。
同时,应采用前面描述的TCHG命令来将退化形式的四面体单元自动转换成非
退化的四面体单元,提高求解效率。
如果对整个分析模型的计算精度要求不高、或对进行自由网格划分区域的计算精度要求不高,则可在自由网格划分区采用无中节点的六面体单元来分网(自动退化成无中节点的四面体单元),此时,虽然在六面体单元划分区和四面体单元划分区之间无金字塔
过渡单元,但如果六面体单元区的单元也无中节点,则由于都是线性单元,亦可保证单元的协调性。
五、利用自由度耦合和约束方程
对于某些形式的复杂几何模型,可以利用ANSYS的约束方程和自由度耦合功能来促成划分出优良的网格并降低计算
规模。
比如,利用CEINTF命令可以将相邻的体在进行独立的网格划分(通常是采用映射或扫略方式)后再'粘结'起来,由于各个体之间在几何上没有联系,因此不用费劲地考虑相互之间网格的影响,所以可以自由地采用多种手段划分出良好的网格,而体之间的网格'粘结'是通过形函数差值来进行自由度耦合的,因此连接位置处的位移连续性可以得到绝对保证,如果非常关注连接处的应力,可以如下面所述再在该局
部位置建立子区模型予以分析。
再如,对于循环对称模型(如旋转机械等),可仅建立一个扇区作为分析模型,利用CPCYC 命令可自动对扇区的两个切面上的所有对应节点建立自由
度耦合条件(用MSHCOPY命令可非常方便地在两个切面上生成对应网格)。
六、利用子区模型等其它手段
子区模型是一种先总体、后局部的分析技术(也称为切割边界条件方法),对于只关心局部区域准确结果的复杂几何模型,可采用此手段,以尽量小的工作量来获得想要的结果。
其过程是:先建立总体分析模型,并忽略模型中的一系列细小的特征,如导角、开孔、开槽等(因为根据圣维南原理,模型的局部细小改动并不特别影响模型总的分析结果),同时在该大模型上划分较粗的网格(计算和建模的工作量都很小),施加载荷并完成分析;其次,(在与总体模型相同的坐标系下)建立局部模型,此时将前面忽略的细小特征加上,并划分精细网格(模型的切割边界应离关心的区域尽量远),用CBDOF等系列命令自动将前面总体模型的计算结果插值作为该细模型的边界条件,进行求解计算。
该方法的另外好处是:可以在小模型的基础上优化(或任意改变)所关心的细小特征,如改变圆角半径、缝的宽度等;总体模型和局部模型可以采用不同的单元类型,比如,总体模型采用板壳单元,局部模型采用实体单元等。
子结构(也称超单元)也是一种解决大型问题的有效手段,
并且在ANSYS中,超单元可以用于诸如各种非线性以及装配件之间的接触分析等,有效地降低大型模型的求解规模。
巧妙地利用结构的对称性对实际工作也大有帮助,对于常规的结构和载荷都是轴对称或平面对称的问题,毫无疑问应该利用其对称性,对于一些特殊情况,也可以加以利用,比如:如果结构轴对称而载荷非轴对称,则可用ANSYS专门用于处理此类问题的25、83和61号单元;对于由多个部件构成装配件,如果其每个零件都满足平面对称性,但各对称平面又不是同一个的情况下,则可用多个对称面来处理模型(或至少可用此方法来减少建模工作量:各零件只需处理一半的模型然后拷贝或映射即可生成总体模型)。
总之,对于复杂几何模型,综合运用多种手段建立起高质量、高计算效率的有限元模型是极其重要的一个步骤,这里介绍的注意事项仅仅是很少一部分。
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