ANSYS有限元网格划分的基本原则
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。映射划分用于曲线、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，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。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，采用网格数量、边长及曲率来控制网格的质量。
3 ANSYS网格划分基本原则
3.1 网格数量
网格数量的多少将影响计算结果的精度和计算规模的大小。一般来讲，网格数量增加，计算精度会有所提高，但同时计算规模也会增加，所以在确定网格数量时应权衡两个因数综合考虑。
图1 位移精度和计算时间随网格数量的变化
图1中的曲线1表示结构中的位移随网格数量收敛的一般曲线，曲线2代表计算时间随网格数量的变化。可以看出，网格较少时增加网格数量可以使计算精度明显提高，而计算时间不会有大的增加。当网格数量增加到一定程度后，再继续增加网格时精度提高甚微，而计算时间却有大幅度增加。所以应注意增加网格的经济性。实际应用时可以比较两种网格划分的计算结果，如果两次计算结果相差较大，可以继续增加网格，相反则停止计算。
在决定网格数量时应考虑分析数据的类型。在静力分析时，如果仅仅是计算结构的变形，网格数量可以少一些。如果需要计算应力，则在精度要求相同的情况下应取相对较多的网格。同样在响应计算中，计算应力响应所取的网格数应比计算位移响应多。在计算结构固有动力特性时，若仅仅是计算少数低阶模态，可以选择较少的网格，如果计算的模态阶次较高，则应选择较多的网格。在热分析中，结构内部的温度梯度不大，不需要大量的内部单元，这时可划分较少的网格。
3.2 网格疏密
网格疏密是指在结构不同部位采用大小不同的网格，这是为了适应计算数据的分布特点。在计算数据变化梯度较大的部位(如应力集中处)，为了较好地反映数据变化规律，需要采用比较密集的网格。而在计算数据变化梯度较小的部位，为减小模型规模，则应划分相对稀疏的网格。这样，整个结构便表现出疏密不同的网格划分形式。下面通过实例给出网格疏密对计算精度的影响。
图2 较粗网格的有限元模型图3 图2网格对应得环向应力云图
图4 缺口处较细网格图5 较密网格所得的环向应力云图
图2是中心带圆孔方板的对称模型，其网格划分反映了疏密不同的划分原则。小圆孔附近存在应力集中，采用了比较密的网格。板的四周应力梯度较小，网格分得较稀。其中图3中在缺口处网格划分较疏；而图4种在缺口处的网格划分较密。其应力计算结果：图4在缺口处的计算精度高于图2中的有限元模型计算得结果。由此可见，不同的地方应该采用不同的网格划分。因此，网格数量应增加到结构的关键部位，在次要部位增加网格是不必要的，也是不经济的。
划分疏密不同的网格主要用于应力分析(包括静应力和动应力)，而计算固有特性时则趋于采用较均匀的钢格形式。这是因为固有频率和振型主要取决于结构质量分布和刚度分布，不存在类似应力集中的现象，采用均匀网格可使结构刚度矩阵和质量矩阵的元素不致相差太大，可减小数值计算误差。同样，在结构温度场计算中也趋于采用均匀网格。
3.3 单元阶次
许多单元都具有线性、二次和三次等形式，其中二次和三次形式的单元称为高阶单元。选用高阶单元可提高计算精度，因为高阶单元的曲线或曲面边界能够更好地逼近结构的曲线和曲面边界，且高次插值函数可更高精度地逼近复杂场函数，所以当结构形状不规则、应力分布或变形很复杂时可以选用高阶单元。但
高阶单元的节点数较多，在网格数量相同的情况下由高阶单元组成的模型规模要大得多，因此在使用时应权衡考虑计算精度和时间。
图6 高阶单元的有限元网格图7 高阶单元的计算结果
图6中的有限元模型采用了8节点的单元，图2中的单元采用了4节点的单元，从其计算结果中可以看出，高阶单元在应力集中处即使较粗糙的网格划分，也可以计算得到较精确的应力值。因此，在有应力集中和刚度突变的地方，应该采用高阶单元来对其进行网格划分。
增加网格数量和单元阶次都可以提高计算精度。因此在精度一定的情况下，用高阶单元离散结构时应选择适当的网格数量，太多的网格并不能明显提高计算精度，反而会使计算时间大大增加。为了兼顾计算精度和计算量，同一结构可以采用不同阶次的单元，即精度要求高的重要部位用高阶单元，精度要求低的次要部位用低阶单元。不同阶次单元之间或采用特殊的过渡单元连接，或采用多点约束等式连接。
3.4 网格质量
网格质量是指网格几何形状的合理性。质量好坏将影响计算精度。质量太差的网格甚至会中止计算。直观上看，网格各边或各个内角相差不大、网格面不过分扭曲、边节点位于边界等份点附近的网格质量较好。网格质量可用细长比、锥度比、内角、翘曲量、拉伸值、边节点位置偏差等指标度量。划分网格时一般要求网格质量能达到某些指标要求。在重点研究的结构关键部位，应保证划分高质量网格，即使是个别质量很差的网格也会引起很大的局部误差。而在结构次要部位，网格质量可适当降低。当模型中存在质量很差的网格(称为畸形网格)时，计算过程将无法进行。网格分界面和分界点，结构中的一些特殊界面和特殊点应分为网格边界或节点以便定义材料特性、物理特性、载荷和位移约束条件。即应使网格形式满足边界条件特点，而不应让边界条件来适应网格。常见的特殊界面和特殊点有材料分界面、几何尺寸突变面、分布载荷分界线(点)、集中载荷作用点和位移约束作用点等。
单元的质量和数量对求解结果和求解过程影响较大，如果结构单元全部由等边三角形、正方形、正四面体、立方六面体等单元构成，则求解精度可接近实际值，但由于这种理想情况在实际工程结构中很难做到。因此根据模型的不同特征，设计不同形状种类的网格，有助于改善网格的质量和求解精度。单元质量评价一般可采用以下几个指标：
（1）单元的边长比、面积比或体积比以正三角形、正四面体、正六面体为
参考基准。理想单元的边长比为1，可接受单元的边长比的范围线性单元长宽比小于3，二次单元小于10。对于同形态的单元，线性单元对边长比的敏感性较高阶单元高，非线性比线性分析更敏感。
（2）扭曲度：单元面内的扭转和面外的翘曲程度。
（3）疏密过渡：网格的疏密主要表现为应力梯度方向和横向过渡情况，应力集中的情况应妥善处理，而对于分析影响较小的局部特征应分析其情况，如外圆角的影响比内圆角的影响小的多。
（4）节点编号排布：节点编号对于求解过程中的总体刚度矩阵的元素分布、分析耗时、内存及空间有一定的影响。合理的节点、单元编号有助于利用刚度矩阵对称、带状分布、稀疏矩阵等方法提高求解效率，同时要注意消除重复的节点和单元。
3.5 位移协调性
位移协调是指单元上的力和力矩能够通过节点传递相邻单元。为保证位移协调，一个单元的节点必须同时也是相邻单元的节点，而不应是内点或边界点。相邻单元的共有节点具有相同的自由度性质。否则，单元之间须用多点约束等式或约束单元进行约束处理。
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
ANSYS有限元网格划分的基本原则 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。映射划分用于曲线、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，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。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，采用网格数量、边长及曲率来控制网格的质量。 3 ANSYS网格划分基本原则 3.1 网格数量 网格数量的多少将影响计算结果的精度和计算规模的大小。一般来讲，网格数量增加，计算精度会有所提高，但同时计算规模也会增加，所以在确定网格数量时应权衡两个因数综合考虑。
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
(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
虽说是ansys网格划分，但是同时也适用于其他的软件，因为网格生成思想是一样的。 1、面映射网格划分(map) 需满足以下条件：1）该面必须是3或4条边；面的对边必须划分为相同数目的单元或与一个过渡形状网格的划分匹配。2）该面如果有三条边，则划分的单元必须为偶数且各边单元数相等。3）网格划分必须设置为映射网格，结果得到全部四边形网格单元或三角形单元的映射网格，依赖于当前单元类型和单元形状设置。 如果变的数目多于4条，可以通过合并或连结线使面中连接线的数目减少到4条。建议采用AMAP替代连接线，对拾取面的3或4个角点对面进行映射网格划分。 2、体映射网格划分（vmap) 需满足条件：1）该体的外形应为块状（6个面）、楔形（5个面）或四面体。2）体的对边必须划分相同的单元数或分割符合过渡网格形式适用于六面体网格划分。3）如果体是棱柱或四面体，三角形面上的单元分割数必须是偶数。 组成体的面数超过上述条件限制时，需减少面数以进行映射网格划分。可以对面进行加或连接操作，如果连接面有交界线，则线必须连接在一起，必须连接面后连接线。 3、体扫掠方法（VSWEEP) 可以从一边界面网格扫掠贯穿整个体（该体必须存在且未划分网格）生成体单元。如果源面网格有四边形网格组成，则生成六面体网格。如果面由三角形网格组成，则生成楔形单元。如果面有三角形和四边形组成，则体由楔形和六面体共同填充。 ==============================个人总结================================== 同时划分体单元的还有(VROTAT,VEXT,VOFFST,VDRAG)，这些划分方式需要先建立一个已划分网格的面，然后利用该面进行旋转、拉伸、偏移等。 很多时候，我们需要将一个体进行切割，分成许多个适合划分的体，切割的技巧很多，以后慢慢的再谈。ansys建模计算－常用单元和材料类型 土木计算过程中常用的单元和材料类型！ 一、单元 （1）link(杆)系列： link1(2D)和link8(3D)用来模拟珩架，注意一根杆划一个单元。
Ansys划分网格原则 1、网格的数量 在决定网格数量时应考虑分析数据的类型。在静力分析时，如果仅仅是计算结构的变形，网格数量可以少一些。如果需要计算应力，则在精度要求相同的情况下应取相对较多的网格。同样在响应计算中，计算应力响应所取的网格数应比计算位移响应多。在计算结构固有动力特性时，若仅仅是计算少数低阶模态，可以选择较少的网格，如果计算的模态阶次较高，则应选择较多的网格。在热分析中，结构内部的温度梯度不大，不需要大量的内部单元，这时可划分较少的网格。 2、网格的疏密： 划分疏密不同的网格主要用于应力分析(包括静应力和动应力)，而计算固有特性时则趋于采用较均匀的钢格形式。这是因为固有频率和振型主要取决于结构质量分布和刚度分布，不存在类似应力集中的现象，采用均匀网格可使结构刚度矩阵和质量矩阵的元素不致相差太大，可减小数值计算误差。同样，在结构温度场计算中也趋于采用均匀网格。 3、单元阶次 增加网格数量和单元阶次都可以提高计算精度。因此在精度一定的情况下，用高阶单元离散结构时应选择适当的网格数量，太多的网格并不能明显提高计算精度，反而会使计算时间大大增加。为了兼顾计算精度和计算量，同一结构可以采用不同阶次的单元，即精度要求高的重要部位用高阶单元，精度要求低的次要部位用低阶单元。不同阶次单元之间或采用特殊的过渡单元连接，或采用多点约束等式连接。 4、网格质量 划分网格时一般要求网格质量能达到某些指标要求。在重点研究的结构关键部位，应保证划分高质量网格，即 使是个别质量很差的网格也会引起很大的局部误差。而在结构次要部位，网格质量可适当降低。当模型中存在质量很差的网格(称为畸形网格)时，计算过程将无法进行。 5、网络分界面个分界点 结构中的一些特殊界面和特殊点应分为网格边界或节点以便定义材料特性、物理特性、载荷和位移约束条件。即应使网格形式满足边界条件特点，而不应让边界条件来适应网格。常见的特殊界面和特殊点有材料分界面、几何尺寸突变面、分布载荷分界线(点)、集中载荷作用点和位移约束作用点等。 6、位移协调性 位移协调是指单元上的力和力矩能够通过节点传递相邻单元。为保证位移协调，一个单元的节点必须同时也是相邻单元的节点，而不应是内点或边界点。相邻单元的共有节点具有相同的自由度性质。否则，单元之间须用多点约束等式或约束单元进行约束处理。 7、网格布局 当结构形状对称时，其网格也应划分对称网格，以使模型表现出相应的对称特性(如集中质矩阵对称)。不对称布局会引起一定误差。 8、节点和单元编号 节点和单元的编号影响结构总刚矩阵的带宽和波前数，因而影响计算时间和存储容量的大小，因此合理的编号有利于提高计算速度。但对复杂模型和自动分网而言，人为确定合理的编号很困难，目前许多有限元分析软件自带有优化器，网格划分后可进行带宽和波前优化，从而减轻人的劳动强度。
ANSYS的建模方法和网格划分 ANSYS的建模方法和网格划分 ANSYS是一种广泛应用于工程领域的数值分析软件，它的 建模方法和网格划分是进行仿真分析的关键步骤。本文将介绍ANSYS的建模方法和网格划分的基本原理和常用技术。 一、建模方法 1.1 几何建模 在ANSYS中，几何建模是将实际物体转化为计算机能够识别和处理的几何形状，是进行仿真分析的基础。几何建模可以通过直接绘制几何形状、导入CAD模型或利用几何操作进行创建。 直接绘制几何形状是最简单的建模方法，可以通过ANSYS 的几何绘制工具直接绘制点、线、面、体等几何形状。这种方法适用于几何形状较简单的情况。 导入CAD模型是将已有的CAD文件导入到ANSYS中进行分析。导入的CAD文件可以是各种格式，如IGES、STEP、SAT等。通过导入CAD模型，可以方便地利用已有的CAD设计进行分析。 几何操作是通过几何操作工具进行模型的创建和修改。几何操作工具包括旋转、缩放、挤压、倒角等操作。利用几何操作可以对模型进行非常灵活的设计和修改。 1.2 材料属性定义 在进行仿真分析前，需要定义材料的物理性质和力学性能。在ANSYS中，可以通过在建模环境中定义材料属性的方法进行。 定义材料属性包括确定材料的密度、弹性模量、泊松比、热膨胀系数等物理性质。这些属性对于仿真分析的准确性和可靠性起到重要作用。 定义材料的力学性能包括确定材料的材料模型和本构关系，
如线弹性、非线弹性、塑性、强化塑性等。这些性能可以根据实际需要进行选择和确定。 1.3 界面条件设置 界面条件设置是定义与外部环境或其他系统之间的边界条件和加载条件。在ANSYS中，可以通过多种方式进行界面条件设置。 界面条件设置包括确定材料与外界的热传导、流体传输、气固反应、接触等边界条件。这些条件对于模拟实际工程问题的边界反应至关重要。 加载条件设置包括定义外加力、固定边界、压力加载、温度加载等力学和热力加载条件。通过加载条件设置，可以模拟实际工程中的载荷和边界约束。 二、网格划分 网格划分是ANSYS进行仿真分析的关键步骤。合适的网格划分可以保证仿真结果的准确性和稳定性。 2.1 网格类型 在ANSYS中，常见的网格类型包括结构化网格和非结构化网格。 结构化网格是由规则的几何元素组合而成，如四边形或六面体。结构化网格具有规则、对称、精确和易处理等优点，适用于规则几何形状和简单流动情况。 非结构化网格是由任意形状的几何元素组合而成，如三角形或四面体。非结构化网格具有适应性强、适用范围广的特点，适用于复杂几何形状和复杂流动情况。 2.2 网格质量 网格质量是指网格划分的准确性和稳定性。良好的网格质量可以有效提高仿真结果的准确度和可靠性。 网格质量的评价指标包括网格密度、网格形状、网格大小和网格扭曲程度等。优化网格质量可以通过改变网格划分的方
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
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LE
结构有限元分析中的网格划分技术及其应用实例 结构有限元分析中的网格划分是否直接关系到解算的效果。本文简述了网格划分应用的基本理论，并以空间自由曲面覆盖件和大型整体网络钢筋壳体产品的有限元分析中的网格划分为实例对象，详细讲述了空间自由和三维实体的网格划分基本理论及其在工程中的实际应用，非常具有现实意 义和借鉴价值。 一、前言 有限元网格划分是进行有限元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。 CAD软件中流行的实体建模包括基于特征的参数化建模和空间自由曲面混合造型两种方法。Pro/E和S oildWorks是特征参数化造型的代表，而 CATIA与Unigraphics等则将特征参数化和空间自由曲面混合造型有机的结合起来。现有CAD软件对表面形态的表示法已经大大超过了CAE软件，因此，在将CAD实体模型导入CAE软件的过程中，必须将CAD模型中其他表示法的表面形态转换到CAE软件的表示法上，转换精度的高低取决于接口程序的好坏。在转换过程中，程序需要解决好几何图形（曲线与曲面的空间位置）和拓扑关系（各图形数据的逻辑关系）两个关键问题。其中几何图形的传递相对容易实现，而图形间的拓扑关系容易出现传递失败的情况。数据传递面临的一个重大挑战是，将导入CAE程序的CAD模型改造成适合有限元分析的网格模型。在很多情况下，导入CAE程序的模型可能包含许多设计细节，如细小的孔、狭窄的槽，甚至是建模过程中形成的小曲面等。这些细节往往不是基于结构的考虑，保留这些细节，单元数量势必增加，甚至会掩盖问题的主要矛盾，对分析结果造成负面影响。 CAD模型的“完整性”问题是困扰网格剖分的障碍之一。对于同一接口程序，数据传递的品质取决于C AD模型的精度。部分CAD模型对制造检测来说具备足够的精度，但对有限元网格剖分来说却不能满足要求。值得庆幸的是，这种问题通常可通过CAD软件的“完整性检查”来修正。改造模型可取的办法是回到CAD 系统中按照分析的要求修改模型。一方面检查模型的完整性，另一方面剔除对分析无用的细节特征。但在很多情况下，这种“回归”很难实现，模型的改造只有依靠 CAE软件自身。CAE中最直接的办法是依靠软件具有的“重构”功能，即剔除细部特征、缝补面和将小面“融入”大曲面等。有些专用接口在模型传递过程中甚至允许自动完成这种工作，并且通过网格剖分器检验模型的“完整性”，如发现“完整性”不能满足要求，接口程序可自动进行“完整性”修复。当几何模型距 CAE分析的要求相差太大时，还可利用C AE程序的造型功能修正几何模型。“布尔运算”是切除细节和修理非完整特征的有效工具之一。 目前数据传递一般可通过专用数据接口，CAE程序可与CAD程序“交流”后生成与CAE程序兼容的数据格式。另一种方式是通过标准图形格式如IGES、 SAT和ParaSolid传递。现有的CAD平台与通用有限元平台一般通过IGES、STL、Step、Parasolid等格式来数据交换，早期 IGES接口应用比较广泛，但由于该标准本身的不严格性，导致多数复杂模型的传递以失败告终，如图1所示为某汽车覆盖件在UGII中以IGE S格式输出时产生的信息，可以看出其包含大量有限元分析不必要的几何信息。而SAT与ParaSolid标准较为严格，被多数CAD程序采用。由于典型通用有限元软件（如MSC.PATRAN、MSC.MARC、ANSYS、ABAQUS、ADINA等）的建模功能都不是很强，尤其是在面对包含复杂空间曲面的产品结构时表现出明显的不足，同时不利于建立后续的单元网格划分模型。因此，利用现有CAD平台（如CATIA、UGII、PRO/E）完成网格划
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。这些方法可以根据不同的几何体和模拟需求选择合适的网格划分方法来提高分析效率和准确性。同时，ANSYS还提供了自动和手动方式进行网格划分，使用户能够根据需要对网格进行精确的控制和调整。
ANSYS有限元网格划分浅析 ANSYS有限元网格划分浅析 有限元分析作为现代工程设计领域中不可或缺的工具，旨在通过对复杂结构进行数值模拟，预测其力学行为和性能。而有限元网格划分作为有限元分析的前提条件，直接影响着分析结果的准确性和计算效率。本文将对ANSYS有限元网格划分的原理和技巧进行浅析，并探讨其在工程设计中的应用。 一、有限元网格划分的基本原理 有限元网格划分是将连续物体离散化成有限个离散单元，构建有限元模型的过程。其原理主要涉及两个方面：几何划分和节点生成。 1.1 几何划分 几何划分是将实际结构划分为有限单元的过程，主要包括自动划分和手动划分两种方式。 自动几何划分是ANSYS通过对实际结构进行自动网格划分的功能，根据用户指定的几何参数进行自适应划分，最大程度地保持结构的准确形状。这种划分方法具有快速、高效的优点，特别适用于复杂结构的网格划分。 手动几何划分是由用户通过手动操作构建网格划分，使用ANSYS提供的几何划分工具进行几何实体的划分和组合，根据 结构形状和特点进行网格划分的方式。这种划分方法需要用户具备一定的几何划分技巧和经验，能够对结构进行合理的划分。 1.2 节点生成 节点生成是指根据坐标系和几何划分，自动生成有限元网格中的节点坐标。在划分完成后，节点将根据有限元单元的形状和尺寸进行生成。
节点生成过程中主要包括节点编号、坐标值和自由度的定义。节点编号是为每个节点赋予唯一的标识，方便在后续分析中进行节点相关的计算；坐标值是节点在几何坐标系中的坐标值，用于描述节点在空间中的具体位置；自由度的定义是为节点定义相应的位移或位移的导数，用于后续求解分析中的节点位移计算。 二、ANSYS有限元网格划分的技巧 2.1 网格密度的控制 网格密度是指网格单元数目与结构体积之比，其决定了有限元模型对结构细部行为的描述能力。合理控制网格密度能够提高分析结果的准确性和计算效率。一般来说，细节丰富的区域应采用较小的网格单元，而结构较简单的区域可以采用较大的网格单元。 2.2 网格质量的改善 网格质量是指网格划分的各个单元的形状和尺寸的合理性和规则性。良好的网格质量能够提高分析结果的准确性和计算效率。常见的改善网格质量的方法包括：增加网格密度，调整网格形状，减小网格划分的变形程度等。 2.3 网格连接的优化 网格连接是指相邻有限元单元之间的节点连接。良好的网格连接能够提高分析结果的准确性和计算效率。在进行网格划分时应尽量保持相邻单元的节点连接一致，避免节点间长距离连接和邻接面错位等情况。 三、ANSYS有限元网格划分在工程设计中的应用 3.1 结构强度分析 有限元网格划分是进行结构强度分析的基础工作。合理划分网格可以更真实地模拟结构的形状和细节，提高强度分析的
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
Base point and delta创建出的点重合时看不到 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）在中心质量差，四面体在边界层处质量差，边界层处用棱柱网格prism。 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 Sweep扫掠网格划：只有单一的源面和目标面，膨胀层可生成纯六面体或棱柱网格 Multizone多域扫掠网格：对象是多个简单的规则体组成时（六面体）——mapped mesh type映射网格类型：包括hexa、hexa/prism ——free mesh type自由网格类型：包括not allowed、tetra、hexa dominant、hexa core（六面体核心） ——src/trg selection源面/目标面选择，包括automatic、manual source手动源面选择 patch conforming：考虑一些小细节（四面体），包括CFD的膨胀层或边界层识别 patch independent：忽略一些小细节，如倒角，小孔等（四面体），包括CFD 的膨胀层或边界层识别 ——max element size 最大网格尺寸 ——approx number of elements大约网格数量 mesh based defeaturing 清除网格特征 ——defeaturing tolerance 设置某一数值时，程序会根据大小和角度过滤掉几何边 Use advanced size function 高级尺寸功能 ——curvature['kɜːvətʃə]曲率：有曲率变化的地方网格自动加密，如螺钉孔，作用于边和面。 ——proximity[prɒk'sɪmɪtɪ]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min size使用。控制面网格尺寸可起到相同细化效果。 hex dominant六面体主导：先生成四边形主导的网格，然后再得到六面体再按需要填充棱锥和四面体单元。 ——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 ——对体积和表面积比小的薄复杂体无用 ——对于CFD无边界层识别 ——主要对FEA分析有用 Automatic自动网格：在四面体网格（patch conforming考虑细节）和扫掠网格（sweep）之间自动切换。 2D
Ansys划分网格 第二章划分网格 学习要点 分配单元属性 网格划分的控制 有限元网格模型生成 编号控制 本章小结 2.1 有限元网格概论 生成节点和单元的网格划分过程包括以下3个步骤： ①定义单元属性 ②定义网格生成控制（非必须），ANSYS程序提供了大量的网格生成控制，用户可按需要选择。 ③生成网格。 2.2设定单元属性 在生成节点和单元网格之前，必须定义合适的单元属性，包括如下几项： ①单元类型（例如。BEAM3,SHELL61等）。 ②实常数（例如厚度和横截面积）。 ③材料性质（例如杨氏弹性模量、热传导系数等）。 ④单元坐标系。 ⑤截面号（只对BEAM44,BEAM188,BEAM189单元有效）。 注意：对于梁结构网格的划分，用户有时候需要指定方向关键点。 2.2.1生成单元属性表 为了定义单元属性，首先必须建立一些单元属性表。典型的包括单元类型、实常数、材料性质。 利用LACAL、CLOCAL等命令可以创建坐标系表。这个表用来给单元分配单元坐标系。 注意：并非所有的单元类型都可用这种方式来分配单元坐标系。 对于用BEAM44、BEAM188、BEAM189单元划分的梁网格，可利用命令SECTYPE和SECDATA 创建截面号表格。 注意：方向关键点是线的属性而不是单元属性，用户不能创建方向关键点表格。 用户可以用命令ETLIST来显示单元类型，用命令RLIST来显示实常数，用命令MPLIST来显示材料属性。另外，用户还可以用命令CSLIST来显示坐标系，用命令SLIST来显示截面号。 2.2.2在划分网格之前分配单元属性 一旦建立了单元属性表，用过指向表中合适的条目即可对模型的不同部分分配单元属性。指针就是参考号码集，包括材料号（MAT）、实常数号（TEAL）、单元类型号（TYPE）、坐标系号（ESYS），以及使用BEAM188和BEAM189单元时的截面号（SECNUM）。可以直接给所选的实体模型图元分配单元属性，或者定义默认的属性在生成单元的网格划分中使用。 注意：如前面所提到的，在给梁划分网格时，给线分配的方面关键点是线的属性而不是单元属性，所以必须是直接分配给所选线，而不能定义默认的方向关键点以备后面划分网格时直接使用。 1 直接给实体模型图元分配单元属性 给实体模型分配单元属性时，允许对模型的每个区域预置单元属性，从而避免在网格划分过程中重置单元属性。清除实体模型的节点和单元不会删除直接分配给图元的属性。
有限元法理论及应用大作业 1、试简要阐述有限元理论分析的基本步骤主要有哪些？ 答：有限元分析的主要步骤主要有： （1）结构的离散化，即单元的划分； （2）单元分析，包括选择位移模式、根据几何方程建立应变与位移的关系、根据虚功原理建立节点力与节点位移的关系，最后得到单元刚度方程； （3）等效节点载荷计算； （4）整体分析，建立整体刚度方程； （5）引入约束，求解整体平衡方程。 2、有限元网格划分的基本原则是什么？指出图示网格划分中不合理的地方。 题2图 答：一般选用三角形或四边形单元，在满足一定精度情况，尽可能少一些单元。 有限元划分网格的基本原则: 1.拓扑正确性原则。即单元间是靠单元顶点、或单元边、或单元面连接 2.几何保持原则。即网络划分后，单元的集合为原结构近似 3.特性一致原则。即材料相同，厚度相同 4.单元形状优良原则。单元边、角相差尽可能小 5.密度可控原则。即在保证一定精度的前提下，网格尽可能的稀疏一些。（a）(b)中节点没有有效的连接，且（b）中单元边差相差很大。 （c）中没有考虑对称性，单元边差很大。 3、分别指出图示平面结构划分为什么单元？有多少个节点？多少个自由度？
题3图 答：（a ）划分为杆单元， 8个节点，12个自由度。 （b ）划分为平面梁单元，8个节点，15个自由度。 （c ）平面四节点四边形单元，8个节点，13个自由度。 （d ）平面三角形单元，29个节点，38个自由度。 4、什么是等参数单元？。 答：如果坐标变换和位移插值采用相同的节点，并且单元的形状变换函数与位移插值的形函数一样，则称这种变换为等参变换，这样的单元称为等参单元。 5、在平面三节点三角形单元中，能否选取如下的位移模式，为什么？ (1). ⎪⎩⎪⎨⎧++=++=2 65432 21),(),(y x y x v y x y x u αααααα (2). ⎪⎩⎪⎨⎧++=++=2 65242 3221),(),(y xy x y x v y xy x y x u αααααα 答：（1）不能，因为位移函数要满足几何各向同性，即单元的位移分布不应与人为选取的 坐标方位有关，即位移函数中的坐标x,y 应该是能够互换的。所以位移多项式应按巴斯卡三角形来选择。 （2）不能，位移函数应该包括常数项和一次项。