ansys网格质量检查

7.5.7 单元形状检查
不好的单元形状会使分析结果不准，因此，ANSYS程序进行单元检查以提醒用户网格划分操作是否生成了形状不好的单元。

然而不幸的是没有通用的判别网格好坏的准则。

换句话说，一种单元形状对某一个分析可能得出不准确的结果，但对另一个分析可能是完全可以接受的，因此必须明确ANSYS程序判别形状不好单元的准则完全是武断的，出现了数百次的单元警告信息并不意味着单元形状会引起不准确的结果。

（相反，如果没有得到单元形状的任何警告信息，也不能保证一定能得到精确的分析结果）如同有限元分析的许多方面一样，单元形状的好坏还是用户自己去判别。

ANSYS5.6在生成单元时及贮存每个单元之前发现并标记所有单元形状的警告和错误情况。

这与ANSYS5.3及以前版本在求解前检查单元形状的情况相反。

尽管ANSYS缺省执行单元形状检查，仍有许多控制单元形状检查的选项。

多数选项将在下节叙述，可参考《ANSYS Commands Reference》中SHPP命令中的叙述。

修改单元形状检查的方法：
命令：SHPP
GUI: Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls>Shape Checking
Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls>Toggle Checks 以下包括如何：
·完全关闭单元形状检查或只打开警告模式
·打开和关闭个别形状检测
·查看形状检测结果
·查看当前形状参数限制
·改变形状参数限制
·恢复单元形状参数数据
·理解何种情况下ANSYS对已有单元重新检验，及为何这样做是必要的。

·决定单元形状是否可以接受。

警告：模型中的形状不好单元的存在可能导致某些计算错误在ANSYS求解中引起系统终止计算任务。

因此，在完全关闭单元形状检查、只运行警告模式的形状检查、关闭个别形状检查或放松形状参数限制时就会冒在求解中系统终止任务的危险。

注意：《The ANSYS,Inc. Theory Reference》提供了ANSYS执行的形状检测的详细信息，并解释了决定测试的缺省警告和错误限制所用的逻辑。

7.5.7.1 完全关闭单元形状检查或只打开警告模式：
如上所述，ANSYS缺省执行单元形状检查，当出现形状检查时，任何新单元—无论它是怎样生成的，都要按已有形状参数警告和错误限制进行检测。

如果单元超过了任何错误限制，不仅要生成错误信息，还要引起：（a）网格划分失败；或（b）不是由AMESH或VMESH命令生成的单元不进行存储。

有些情况下，希望关闭形状检查，或只打警告模式。

关闭单元形状检查〔SHPP，OFF，ALL〕完全使形状检查失效。

当仅打开单元形状检查的警告模式〔SHPP，WARN〕，在进行形状检查时，超过错误限制的单元只给出警告并
不引起网格划分或单元存储失败。

在GUI中，可通过选择菜单途径Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls> Shape Checking运行只有警告模式的形状检查或将其完全关闭。

当形状检查控制对话框出现时，选择“On w/Warning msg”或“ Off”，然后单击OK。

下列情况建议用户关闭形状检查或只在警告模式下运行：
·当用〔AMESH〕命令生成面网格，但用户的最终目的是用此面作为体
的表面生成二次四面体网格〔VMESH〕。

注意四面体网格划分器能对
雅可比比率不好的面单元校正网格。

因此，如果正在对一个体的表面
生成网格然后对体划分网格的操作，只打开警告模式的单元形状检查
对面划分网格是明智的，打开单元形状检查，然后对体划分网格。

·当输入网格时〔CDREAD〕，如果待输入模型中有“坏”单元存在并且单
元形状检查是打开的，ANSYS将会在坏单元的地方出现孔并写入数据
库（或根本不输入该网格）。

因而这两者都是不希望看到的。

因此在输
入网格之前应关闭单元形状检查或只打开警告模式。

输入之后，建议
打开形状检查并重新对单元进行检查〔CHECK，ESEL，WARN或
CHECK，ESEL，ERR〕。

注意：一旦单元存到数据库中，执行单元形状检查将不能删除它们。

当开始求解时〔SOLVE〕，如果选择了任何超过错误限制的单元，ANSYS生成错误信息并停止求解。

·当用直接生成方法并生成用户知道暂时无效的单元时。

例如，生成有重
合节点的楔形单元。

用户知道需要合并重合的节点〔NUMMRG〕以
获得有效单元。

这种情况下，关闭单元形状检查是明智的。

完成要做的操作（如本例中合并节点），打开单元形状检查，然后重新检查单元的完整性〔CHECK〕。

7.5.7.2 打开或关闭个别形状检查。

不完全关闭形状检查，可以有选择地控制哪些检测打开或关闭。

用命令方法触发检测开和关。

键入命令SHPP，LAB，V ALUE1：
·用LAB变量指明是否打开或关闭检测。

指定OFF为检测关闭。

指定
ON为检测打开。

·用V ALUE1变量指明打开或关闭哪一项检测。

可以指定ANGD
（SHELL28拐角处偏角检测），ASPECT（纵横比检测），PARAL（对
边平行度偏差检测），MAXANG（最大拐角检测），JACRAT（Jacobian
比率检测），或WARP（扭曲因子检测）。

还可用ALL指定找开或关闭
所有检测。

例如：SHPP，OFF，WARP命令关闭所有扭曲因子检测。

通过GUI触发检测打开或关闭，选择菜途径Main Menu>Preprocessor >Checking Ctrls>Toggle Checks，当触发形状检查对话框出现时，单击想要打开或关闭的个别检测，然后单击OK。

7.5.7.3 查看形状检测结果
下列输出，是由SHPP，SUMMARY命令得到，提供了对所有选定单元的形状检查结果。

通过GUI，查看结果列表选择菜单途径Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls>Shape Checking，当触发形状检查对话框出现时，选择功能菜单中的“Summary”，然后单击OK
SUMMARIZE SHAPE TESTING FOR ALL SELECTED ELEMENTS ------------------------------------------------------------------------------
<<<<<< SHAPE TESTING SUMMARY >>>>>>
<<<<<< FOR ALL SELECTED ELEMENTS >>>>>>
------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------
| Element count 214 PLANE82 |
------------------------------------------------
Test Number tested Warning count Error count Warn+Err %
-------------------------------------------------------------------------------------------
Aspect Ratio 214 0 0 0.00 %
Maximum Angle 214 59 0 27.57 %
Jacobian Ratio 214 0 0 0.00 %
Any 214 59 0 27.57 %
-------------------------------------------------------------------------------------------
7.5.7.4 查看当前形状参数限制
下列输出是SHPP，STATUS命令产生，对单元形状参数和缺省形状参数限制进行了列表。

缺省地当一个单元的形状在这些限制以外，会出现警告或错误信息。

见§7.5.7.5一节中关于如何改变这些限制。

在GUI中，可通过菜单途径Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls>Shape Checking查看状态列表。

当形状检查控制对话框出现时，在功能菜单中选择"Status"，然后单击OK。

注意：如上所述，输出表明ANSYS中的缺省形状参数限制。

如果修改了任何限制或关闭了任何个别形状检查，输出结果都会相应地不同。

注意：下面输出的多数情况里，“FACE”也指实体单元的横截面"Cross-Sectcon of Solid element." 例如，ASPECT RATIO限制了四面体、六面体（块）、金字塔和楔形体的表面和截面。

ASPECT RATIO (EXCEPT FLOTRAN OR EMAG)
QUAD OR TRIANGLE ELEMENT OR FACE
WARNING TOLERANCE ( 1) = 20.00000
ERROR TOLERANCE ( 2) = 1000000.
DEVIATION FROM 90 DEGREE CORNER ANGLE
SHELL28 SHEAR/TWIST PANEL
WARNING TOLERANCE ( 7) = 5.000000
ERROR TOLERANCE ( 8) = 30.00000
DEVIATION FROM PARALLEL OPPOSITE EDGES IN DEGREES (EXCEPT FLOTRAN OR EMAG)
QUAD ELEMENT OR FACE WITHOUT MIDSIDE NODES
WARNING TOLERANCE (11) = 70.00000
ERROR TOLERANCE (12) = 150.0000
QUAD OR QUAD FACE WITH MIDSIDE NODES
WARNING TOLERANCE (13) = 100.0000
ERROR TOLERANCE (14) = 170.0000
MAXIMUM CORNER ANGLE IN DEGREES (EXCEPT FLOTRAN OR EMAG)
TRIANGLE ELEMENT OR FACE
WARNING TOLERANCE (15) = 165.0000
ERROR TOLERANCE (16) = 179.9000
QUAD ELEMENT OR FACE WITHOUT MIDSIDE NODES
WARNING TOLERANCE (17) = 155.0000
ERROR TOLERANCE (18) = 179.9000
QUAD ELEMENT OR FACE WITH MIDSIDE NODES
WARNING TOLERANCE (19) = 165.0000
ERROR TOLERANCE (20) = 179.9000
JACOBIAN RATIO
H-METHOD ELEMENT
WARNING TOLERANCE (31) = 30.00000
ERROR TOLERANCE (32) = 1000.000
P-METHOD ELEMENT
WARNING TOLERANCE (33) = 30.00000
ERROR TOLERANCE (34) = 40.00000
QUAD ELEMENT OR FACE WARPING FACTOR
SHELL43, SHELL143, SHELL163, SHELL181
WARNING TOLERANCE (51) = 1.000000
ERROR TOLERANCE (52) = 5.000000
INFIN47, INTER115, SHELL57, SHELL157,
SHELL63 WITH NLGEOM OFF AND KYOPT1 NOT = 1
WARNING TOLERANCE (53) = 0.1000000
ERROR TOLERANCE (54) = 1.000000
SHELL41, OR SHELL63 WITH KYOPT1=1
WARNING TOLERANCE (55) = 0.4000000E-04
ERROR TOLERANCE (56) = 0.4000000E-01
SHELL28
WARNING TOLERANCE (57) = 0.1000000
ERROR TOLERANCE (58) = 1.000000
SHELL63 WITH NLGEOM ON AND KYOPT1 NOT = 1
WARNING TOLERANCE (59) = 0.1000000E-04
ERROR TOLERANCE (60) = 0.1000000E-01
3D SOLID ELEMENT FACE
WARNING TOLERANCE (67) = 0.2000000
ERROR TOLERANCE (68) = 0.4000000
ELEMENT SHAPE CHECKING IS ON WITH DEFAULT LIMITS
7.5.7.5 改变形状参数限制
如果ANSYS程序的缺省形状参数限制不适合用户的目的。

可用命令方法〔SHPP， MODIFY，V ALUE1，V ALUE2〕或GUI方法加以改变。

关于如果使用命令方法，参见《ANSYS Commands Reference》中SHPP命令的叙述。

GUI方法是最简的。

也是首选的改变形状参数限制的方法。

按下列步骤：
1、选择菜单途径Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls>Shape
Checking。

出现形状检查控制对话框。

2、改变单元设置功能（Change setting）出现 Yes。

3、单击OK。

出现改变形状检查设置对话框。

4、对任何待改的限制，利用滚动条在所列范围内上下移动，输入新的限制。

5、当输入新范围完成后，单击OK。

7.5.7.5.1 改变形状参数限制的例子
ANSYS程序的形状检查控制提供了灵活性以适应不同分析所需。

例如：·也许用户不太关心纵横比的检查。

可在用户的start5x.ans文件中用
SHPP， OFF，ASPECT命令关闭所有的纵横比检查。

如对用户显过
于随意了，可选择指定SHPP，MODIFY，1，1000。

如此大的对纵横
比检查警告的松驰限制，并不完全地关闭此项检查。

·假设用户用耦合场顺序分析方法执行热应力分析。

计划先用SHELL57
单元作热分析，然后用SHELL63单元（带有几何非线性）进行结构
分析。

如果开始用SHELL57单元，ANSYS将用松散的扭曲限制检查
单元（即警告公差为0.1，错误公差为1.0，参照§7.5.7.4中提供的缺省
限制完整列表的输出例子。

）与此对比，对带有几何非线性的SHELL63
单元的缺省扭曲限制则十分严格（警告公差为0. 00001，错误公差为
0.01）。

因为对热分析ANSYS将按松散限制检查单元。

检查不会出现
任何单元超过非线性SHELL63的限制。

但对结构分析，转换单元类
型为SHELL63〔ETCHG，TTS〕并打开几何非线性〔NLGEOM，
ON〕ANSYS将重新检查单元形状。

因为第二个分析限制较为严格，
对热分析没有问题的单元在结构分析中可能会产生警告或错误。

用户
将面临选择：a）接受不好的结构单元，这将降低分析结果的质量；b）
修改网格开始一个新的热分析。

避免这种情况出现的一个途径是将
NLGEOM打开用SHELL63单元生成初始模型；对热分析转成
SHELL57单元；对结构分析再转回SHELL63单元。

另一个替代方法
是重置SHELL57 扭曲限制与打开NLGEOM的SHELL63单元一样
严格。

可用命令SHPP，MODIFY，53，0.0001和SHPP，MODIFY，
54，0.01来实现。

7.5.7.6恢复单元形状参数数据
可用*GE T和*VGET命令恢复单元形状参数数据。

命令：*GET, Par, ELEM, ENTNUM, SHPAR, IT1NUM
*VGET, ParR, ELEM, ENTNUM, SHPAR, IT1NUM,,, KLOOP
注意：不能用GUI途径恢复单元形状参数数据
例如：命令*GET，A，ELEM，3，SHPAR，ASPE返回到单元3的计算纵横比并存为参数A。

命令*VGET，A（1），ELEM，3，SHPAR，ASPE返回单元3的纵横比并存在A的第一个位置，对单元4、5、6等可继续进行恢复，直到连续排列位置已填满。

见《ANSYS Commands Reference》中*GET和*VGET命令的叙述。

7.5.7.7理解何种情况下ANSYS重新检查已有单元
通过定义单元改变单元类型可使先前的单元形状检查失效。

ANSYS设计成能自动捕捉单元类型的改变并重新对受影响单元进行检查。

ANSYS重新对已有单元进行检查的情况有：
·改变单元类型〔ET，Ename或ETCHG，CnV〕或其关键选项之一
〔KEYOPT〕。

·当改变一种单元的单元类型（TYPE）号〔EMODIF〕。

·当改变SHELL63单元的大变形指令〔NLGEOM，Key〕。

·当定义一种单元之后定义壳厚度（R），或改变已有厚度〔RMODIF〕,
或一种壳单元的REAL实常数〔EMODIF〕。

注意：单元类型与单元的类型TYPE号是不同的。

单元类型是单元的真实名称（例如，BEAM4或SHELL63，有时缩短简化为4或63）。

单元类型的TYPE号指定给一具体单元类型的任意号码；当给模型定义属性时，用TYPE号代表单元类型。

7.5.7.8确定单元形状是否可以接受
下列建议帮助用户确定是否应当关心单元形状警告：
·不要忽略单元形状警告，分析形状不好的单元给分析结果带来的影响。

·注意结构应力分析的目的在于确定特定区域的应力，对形状不好的单元
结果受到的影响较其它类型的分析（偏移或名义应力、模态、热、电
磁等）更为严重。

·形状不好的单元对结构动力分析的影响比其它类型的分析（挠度或名义
应力、模态、热场、磁场等）要严重得多。

·如果形状不好的单元位于临界区域（如在极限应力点附近），对分析的
影响将更坏。

·形状不好的高阶单元（带中间节点）一般其分析结果要比同样形状的线
性单元要好。

ANSYS缺省的形状参数限制对线性单元比高阶单元要严
格得多。

·无论单元是否产生形状警告，通过与其它分析、实验数据或手工计算的
分析结果相比较验证是必要的。

如果验证表明有高质量的结果，那么
没有必要担心形状警告。

·单元是否可以接受的最好定量测定是依据应力或热梯度区内单元与单
元的不连续的差错测定。

（见《ANSYS Basic Analysis Guide》中的通
用后处理器（POST1）。

预计产生形状警告的单元且与相邻单元相比
显示较高的差错测定。

）
对已有网格（ANSYS生成的网格或由CAD程序输入的网格）进行单元形状检查，用CHECK命令（Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Sel Bad Elems）。

关于单元形状检查参见《ANSYS Commands Reference》中SHPP命令的叙述。

7.5.8. 网格有效性的检查
有时,CHECK命令不能检查出网格划分中的潜在问题。

程序中CHECK命令是基于一定的形状标准分别检查每个所选单元的网格并提出警告或错误信息，而MCHECK命令则是根据各个单元的连接方式来检查网格的潜在问题。

图7-38所示的是一个有缺陷的网格划分，但是由于网格中所有单元的划分质量都是可以接受的，这种缺陷不会被CHECK命令检查出来。

然而，使用MCHECK命令将发现这个网格划分的连接问题并给出错误警告。

MCHECK命令对所选单元进行如下一系列网格有效性检查：
1、方向检查：当两个面单元共线的时候，MCHECK将检查每个单元的节
点顺序是否与其法向相一致。

2、体检查：当两个体单元共面时，MCHECK检查每一个完整体的符号是
否一致。

3、封闭面检查：MCHECK检查形成简单连接封闭面的单元外表面（这会
发现网格中的裂缝）。

4、网格孔洞的检查：如果环绕网格内部空腔的单元面数量很少，可能说明
这里存在一个或几个偶然遗漏的单元，而不是用户故意形成的孔洞。

此时，MCHECK命令会给出警告。

在这种情况下，环绕空腔的单元数量将与a）或b）中的较小值做比较。

a）单个单元面数的三倍，b）模型中单元总面数的十分之一。

与CHECK命令类似，MCHECK提供了一个选项，利用它可以不选择所有划分正确的单元，这样可以是划分有问题的单元突出的显示出来。

使用Lab=ESEL就可以不选择划分正确的网格。

检查网格的连接性：
命令: MCHECK,Lab
GUI: Main Menu>Preprocessor>Check Mesh>Check Connectivity。