機(jī)械零件有限元分析第四講網(wǎng)格劃分

第四講、網(wǎng)格劃分

幾何模型不參與有限元分析，所有施加在有限元邊界上的載荷或約束，必須最終傳遞到有限元模型上（節(jié)點(diǎn)和單元）進(jìn)行求解。有限元模型---節(jié)點(diǎn)，單元----可通過(guò)對(duì)幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分來(lái)實(shí)現(xiàn)1一、網(wǎng)格劃分的前提定義單元屬性：類(lèi)型實(shí)常數(shù)材料21、單元類(lèi)型不同的問(wèn)題需要不同特性的單元，單元選擇不當(dāng)影響計(jì)算和精度；Ansys中的每個(gè)單元有唯一編號(hào)。并按類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)。Ansys中有100多種單元類(lèi)型，如常用的單元類(lèi)型有：桿、梁、管、2D實(shí)體、3D實(shí)體、殼定義單元類(lèi)型的操作：Preprocessor—ElementType—Add/Edit/Delete32、實(shí)常數(shù)實(shí)常數(shù)是單元的一些輔助特性，如用面表示的實(shí)體單元SOLID82，要設(shè)單元厚度（深度）的實(shí)常數(shù)；SHELL單元的厚度特性；BEAM單元的橫截面特性等定義實(shí)常數(shù)操作：Preprocessor—RealConstants—Add/Edit/Delete4如：BEAM3單元的實(shí)常數(shù)Ansys中計(jì)算截面積與慣性矩的工具：Preprocessor—Sections--******Preview按鈕將顯示圖形的幾何形狀和主要參數(shù)的計(jì)算值5如：Preprocessor>Sections>Beam>CommonSections截面上劃分有限元網(wǎng)格，Apply后生效63、材料參數(shù)定義材料參數(shù)的操作：Preprocessor—MaterialProps—MaterialModels注意AddTemperature（不同溫度時(shí)的材料屬性）和Graph按鈕7例如：定義非線(xiàn)性材料Structural—Nonlinear—Inelastic--RateIndependent--IsotropicHardeningPlasticity--MisesPlasticity--Multilinear8二、網(wǎng)格劃分控制網(wǎng)格劃分工具欄Preprocessor—Meshing—MeshTool

給圖元定義單元屬性單元尺寸控制.同一實(shí)體不同的網(wǎng)格劃分

Smartsize分網(wǎng)控制

單元形狀控制.分網(wǎng)器選擇

網(wǎng)格劃分優(yōu)化

執(zhí)行網(wǎng)格劃分

91、設(shè)置單元屬性

（ElementAttributes欄）設(shè)置單元類(lèi)型、材料屬性、實(shí)常數(shù)、坐標(biāo)系及單元截面（不同的選項(xiàng)和情況會(huì)有不同的設(shè)置，如只有定義了BEAM單元或SHELL單元才有單元截面選項(xiàng)）102、Smartsize網(wǎng)格劃分控制

Smartsize是ANSYS提供的強(qiáng)大的自動(dòng)分網(wǎng)工具，它有自己的內(nèi)部計(jì)算機(jī)制，使用Smartsize在很多情況下更有利于在網(wǎng)格生成過(guò)程中生成形狀合理的單元。在自由分網(wǎng)時(shí)，建議使用Smartsize控制網(wǎng)格的大小。

11用Smartsize的分網(wǎng)水平值（大小從1到10）來(lái)控制網(wǎng)格劃分大小。12Smartsize的高級(jí)控制Smartsize的高級(jí)控制給用戶(hù)提供人工控制網(wǎng)格質(zhì)量的可能，如用戶(hù)可以改變諸如小孔和小角度處的粗化選項(xiàng)。Preprocessor—Meshing—SizeCntrls—Smartsize—AdvOpts彈出AdvancedSmartSizeSettings對(duì)話(huà)框如下圖：1314【FAC】：用于計(jì)算默認(rèn)網(wǎng)格尺寸的比例因子（與Smartsize下的滑動(dòng)條對(duì)應(yīng)）。當(dāng)沒(méi)有使用類(lèi)似于ESIZE的命令對(duì)對(duì)象劃分網(wǎng)格作出特殊指定時(shí)，該值的設(shè)置直接影響到單元的大小。取值范圍為0.2～5.0。下圖顯示了此參數(shù)的設(shè)置效果。

15FAC＝0.2FAC＝5FAC參數(shù)的控制效果16【EXPND】：分網(wǎng)脹縮因子。決定了面內(nèi)部單元尺寸與邊緣處的單元尺寸的比例關(guān)系。取值范圍為0.5～4。下圖顯示了此參數(shù)的設(shè)置效果17EXPND＝2EXPND＝0.5EXPND＝2EXPND參數(shù)的控制效果

18TRANS--膨脹速度因子，從邊界向內(nèi)部，膨脹的速度有多快，最好于1~4間TRANS=1TRANS=4其他參數(shù)為默認(rèn)值，未見(jiàn)差別！19【ANGL】：對(duì)于低階單元，該值設(shè)置了每單元邊界中允許的最大跨越角度。ANSYS默認(rèn)為22.5°（Smartsize的水平值為6時(shí)）?！続NGH】：對(duì)于高階單元，該值設(shè)置了每單元邊界中允許的最大跨越角度。ANSYS默認(rèn)為30°（Smartsize的水平值為6時(shí)）。20FAC=3ANGL=10ANGH=10FAC=3ANGL=30ANGH=30小孔21SMHLC

小孔粗化鍵,ON–--抑制可能導(dǎo)致非常小的單元邊界的單元細(xì)化。

SMANC

小角度粗化鍵,ON---(defaultforalllevels)抑制面中非常接近的小角度單元細(xì)化

22注意：一旦拖動(dòng)了Smartsize的滑塊后，高級(jí)控制對(duì)話(huà)框中的值就恢復(fù)為默認(rèn)值，所以高級(jí)對(duì)話(huà)框中修改了參數(shù)后應(yīng)該馬上進(jìn)行網(wǎng)格劃分??！233、單元尺寸控制在【SizeControls】選項(xiàng)組里，提供了對(duì)于【Global】、【Layer】、【Areas】、【Lines】或【Keypoint】進(jìn)行單元尺寸設(shè)置和網(wǎng)格清除的功能。

244、單元形狀控制在Mesh下拉列表框中可以選擇網(wǎng)格劃分的對(duì)像類(lèi)型，如Volumes、Areas、Lines或Keypoint。當(dāng)在下拉列表中選擇Areas時(shí)，Shape選項(xiàng)組的內(nèi)容將變?yōu)門(mén)ri（三角形）和Quad（四邊形），可以控制用三角形還是四邊形單元對(duì)面進(jìn)行劃分；當(dāng)在下拉列表中選擇Volumes時(shí)，Shape選項(xiàng)組的內(nèi)容將變?yōu)镠ex（六面體）和Tet（四面體），可以控制用六面體還是四面體單元對(duì)體進(jìn)行劃分。（與所選的單元類(lèi)型有關(guān)）255、網(wǎng)格劃分器選擇Free或Mapped

應(yīng)射網(wǎng)格劃分時(shí)要求邊的邊界由3或4條線(xiàn)組成。如果邊數(shù)大于4時(shí)，可通過(guò)線(xiàn)的聯(lián)結(jié)滿(mǎn)足映射要求：Preprocessor—Meshing—Concatenate—Line如果用pickCorner方式可以不限邊數(shù)，指定4個(gè)映射對(duì)應(yīng)點(diǎn)（1對(duì)2，3對(duì)4），其他段自適應(yīng)。體的映射網(wǎng)格劃分要注意：體模型應(yīng)為六面體、楔形體或棱柱體（5個(gè)面）、四面體.266、網(wǎng)格劃分優(yōu)化27三、實(shí)體模型網(wǎng)格劃分1、接受/拒絕網(wǎng)格劃分功能提示的設(shè)置Preprocessor—Meshing—MesherOpts2、關(guān)鍵點(diǎn)網(wǎng)格劃分對(duì)于質(zhì)量單元如Mass21，可用于對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。Preprocessor—Meshing—Mesh—Keypoints選點(diǎn)；OK。（也可用KMESH命令：KMESH，1，10----對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)1到10進(jìn)行網(wǎng)格劃分）注意：當(dāng)MeshTool面板打開(kāi)時(shí)Mesh菜單上看不到Keypoints和Lines?。。。?！283、線(xiàn)網(wǎng)格劃分可用LINK單元也可用BEAM單元LINK單元較簡(jiǎn)單，直接Preprocessor—Meshing—Mesh—Lines即可（尺寸設(shè)置入前），BEAM單元除以上操作外還要：定義梁截面；控制截面網(wǎng)格劃分：梁的截面信息有梁的實(shí)常數(shù)信息和形狀尺寸Preprocessor—Sections--******在定義截面尺寸時(shí)同時(shí)進(jìn)行網(wǎng)格粗細(xì)的調(diào)節(jié)，看網(wǎng)格的情況用Meshview按鈕。294、面網(wǎng)格劃分PLANE和SHELL單元可以對(duì)面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，操作方法同前5、體網(wǎng)格劃分Preprocessor—Meshing—Mesh—Volumes—free（無(wú)論單元類(lèi)型是什么，free方式自動(dòng)化分為四面體網(wǎng)格）（如果用meshtool，四面體單元只能free，六面體單元只能Map和sweep）30體網(wǎng)格的掃描網(wǎng)格劃分法先指定體積網(wǎng)格劃分的屬性Preprocessor—Meshing—MeshAttributes—PickedVolumes再設(shè)置掃描屬性（是否自動(dòng)選面，掃描線(xiàn)上分多少格，和變化率）：Preprocessor—Meshing—Mesh—VolumeSweep—SweepOpts對(duì)原面進(jìn)行預(yù)網(wǎng)格劃分設(shè)置（設(shè)置原面上的網(wǎng)格尺度）：Preprocessor—Meshing—SizeCntrls—ManualSize—Layers—PickedLines掃描生成網(wǎng)格：Preprocessor—Meshing—Mesh—VolumeSweep—Sweep（也可用VSWEEP命令，也可用meshtool直接做）316、網(wǎng)格的修改用新的單元尺寸重新定義劃分網(wǎng)格1、用“接受與拒絕”（accept/reject）提示對(duì)話(huà)框放棄生成的網(wǎng)格，然后重新劃分2、清除網(wǎng)格，重新定義網(wǎng)格控制并重新劃分網(wǎng)格細(xì)化局部網(wǎng)格用網(wǎng)格工具面板中的Refineat，設(shè)置細(xì)化水平（1--5），細(xì)化深度（細(xì)化的單元層數(shù)），細(xì)化要求。32對(duì)某一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化

對(duì)單元周?chē)M(jìn)行細(xì)化

33對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)周?chē)M(jìn)行細(xì)化

對(duì)線(xiàn)周?chē)M(jìn)行細(xì)化

34四、網(wǎng)格檢查不好的單元形狀會(huì)使分析結(jié)果不準(zhǔn)。設(shè)置形狀檢查項(xiàng)目：Preprocessor—CheckingCtrls—ToggleChecksAspectRatioTests縱橫比檢查Shear/TwistAnglDeviationTests---SHELL28拐角處偏角檢查ParalledSideTests平行度偏差檢查MaximumAngleTests最大扭角檢查JacobianRatioTests----Jacobian

比率檢查WarpTests---扭曲因子檢查35形狀檢查控制對(duì)話(huà)框：（設(shè)置與檢查網(wǎng)格質(zhì)量）Preprocessor—CheckingCtrls—ShapeChecking可用來(lái)關(guān)閉所有檢查項(xiàng)目（LevelofShapeChecking設(shè)為Off；SaveChange設(shè)為Yes）用來(lái)設(shè)置形狀限制參數(shù)（LevelofShapeChecking設(shè)為On；SaveChange設(shè)為Yes）用來(lái)顯示當(dāng)前參數(shù)（LevelofShapeChecking設(shè)為Status；SaveChange設(shè)為No）同時(shí)也用來(lái)查看網(wǎng)格質(zhì)量（LevelofShapeChecking設(shè)為Summary；SaveChange設(shè)為No）36五、自適應(yīng)網(wǎng)格ANSYS提供的近似技術(shù)，可以自動(dòng)估計(jì)特定分析類(lèi)型中（如熱分析，但結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變分析中無(wú)此項(xiàng)目?。┮?yàn)榫W(wǎng)格劃分帶來(lái)的誤差，通過(guò)這種誤差估計(jì)，程序可以確定網(wǎng)格是否足夠