《ansys建模和网格划分》第七章 对实体模型进行网格划分

广州有道资料网ANSYS中简化模型和划分网格的方法本文介绍了ANSYS中简化模型和划分网格的相关方法。

使在建立仿真模型时，经验是非常有助于用户决定哪些部件应该考虑因而必须建立在模型中，哪些部件不应该考虑因而不需建立到模型中，这就是所谓的模型简化。

此外，网格划分也是影响分析精度的另外一个因素。

本文将集中讨论如何简化模型以获得有效的仿真模型以及网格划分需要注意的一些问题。

理想情况下，用户都希望建立尽可能详细的仿真模型，而让仿真软件自己来决定哪些是主要的物理现象。

然而，由于有限的计算机资源或算法限制，用户应该简化电磁仿真的模型。

模型简化模型简化主要取决于结果参数及结构的电尺寸。

例如，如果用户希望分析安装在某电大尺寸载体上的天线的远场方向图，那么模型上距离源区超过一个波长的一些小特征和孔径(最大尺度小于/50)就可以不考虑。

另一方面，如果用户希望分析从源到用带有小孔的屏蔽面屏蔽的导线之间的耦合，那么必须对小孔、靠近源的屏蔽面以及导线进行精确建模。

另外一个常用的简化是用无限薄的面来模拟有限厚度的导体面。

一般而言，厚度小于/100的金属面都可以近似为无限薄的金属面。

有限导电性和有限厚度的影响可以在SK卡中设置。

对于比较厚的导体面，如果这种影响是次要的，那么用户仍然可以采取这种近似。

例如，当建立大反射面天线的馈源喇叭模型时，喇叭壁的有限厚度对于反射面天线主波束的影响就是次要的。

然而，如果喇叭天线用于校准标准时，那么喇叭壁的有限厚度就不能忽略。

网格划分一般而言，网格划分的密度设置为最短波长的十分之一。

然而，在电流或电荷梯度变化剧烈的区域，如源所在区域、曲面上的缝隙和曲面的棱边等，必须划分得更密。

一个实用的指导原则是网格大小应该与结构间的间隔距离(d)相比拟(%26lt;=2d)。

同样地，如果需要计算近场分布，那么网格大小应该同场点到源点间距离(d)相比拟。

总之，用户建立的几何模型应该抓住主要的物理现象，而网格划分则需要权衡输出结果相对于网格大小的收敛性。

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。

文章编号:1002-6886(2009)06-0059-02ANS YS 网格划分方法的分析袁国勇(贵州大学省部共建教育部现代制造技术重点实验室,贵州贵阳550003)作者简介:袁国勇(1981-),男,汉族,贵州人,贵州大学硕士研究生,机械制造及自动化专业,主要研究方向:计算机辅助工程。

收稿日期:2009-6-17摘要: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。

本文介绍ANS YS 软件分析实体模型的过程中,几种网格划分的相关知识。

关键词:有限元 ANS YS 建模 网格划分中图分类号:TP319 文献标识码:AAna l ysis ofM eshi ng D i risi on Met hodYUAN Guo yo ngAbstract :For fi nite el e m ent analysis ,them esh is one of themost criti cal step .In them esh to t he sol uti on of a direct m i pacts on the ac curacy and s peed of cal cul ation .This arti cl e descri bes the analysi s of ANS YS s oft ware process mode,l several gri d kno w ledge .Key words :finite ele men;t ANS YS ;modeli ng ;meshi ng d i vi si on0 引言ANS YS 软件是通用有限元分析软件,越来越广泛地应用于我国的航空航天、机械制造、汽车交通、铁道、能源、化工等领域。

在对模型有限元分析来说,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。

第六章输入实体模型本章讨论ANSYS内置的IGES转换过滤器，它不是诸如ANSYS Connection Kit for SAT这样的ANSYS接口产品。

接口产品是独立授权的，接口工具包是独立的，独立的文档产品包括在ANSYS安装CD盘中。

若想获得更多的信息，可参看《ANSYS Connection User’s Guide》。

用户可以在ANSYS里直接建立模型，当然，作为一种可供替换的方案，也可以先在用户擅长的CAD系统里建立实体模型，把模型存为IGES文件格式，然后把这个模型输入到ANSYS中。

一旦模型成功地输入后，就可以象在ANSYS 中创建的模型那样对这个模型进行网格划分。

6.1从IGES文件中输入实体模型初始图形交换标准（IGES）是一种被普遍接受的中间标准格式，用来在不同的CAD和CAE系统之间交换几何模型。

ANSYS的IGES输入能力在工业界中是位于最强者之列。

而且，因为过滤器程序可以输入部分的文件，所以用户至少可以输入模型的一些部分。

对于输入IGES文件，ANSYS提供了下面两种选项：·SMOOTH (NURBS-based 或RV52)-- 这个选项使用标准的ANSYS几何数据库。

SMOOTH选项没有自动生成体的能力，而且通过这个转换器输入的模型还需要一些手工的修补。

必须使用标准的PREP7 几何工具来修改模型。

但是，通过这个转换器输入的模型不能使用FACETED选项拓扑和几何修改工具。

·FACETED(或RV53)──这个选项使用defeaturing数据库。

这种转换包括自动地合并和生成体，为模型划分网格做准备。

如果FACETED选项在转换IGES文件时遇到问题，ANSYS会提示用户并激活一组增强的拓扑和几何工具，这些工具是专门设计成采用交互方式修改输入模型的。

对大而复杂的模型建议不要采用这个选项。

确保在输入或创建模型之前设置了输入选项。

一旦模型输入或创建就不能改变这个选项了。

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。

实体网格划分在机械结构静力、动力学分析中，会遇到大量的实体结构，如活塞曲柄、汽车轮毂、齿轮等。

对实体划分网格，常用四面体网格和六面体网格。

四面体网格可以快速、自动地生成，用户不用太多干预并且网格划分成功率高，适合于复杂几何形状。

相较于六面体网格，在获得同等结果精度条件下，四面体网格需要更多的单元节点数，因而将耗费更长的CPU计算时间和更多的数据存储空间。

另外，动力学分析（如模态、谐响应分析）需要均匀尺寸的网格，六面体网格仍然是首选，甚至有些显示有限元求解器只接受六面体网格。

通常情况下，CAE工程师遇到的几何体都不会很规整，想要得到高质量的六面体网格，除了要对几何进行简化，如去掉不影响结果的倒角、细孔等特征，还需要耗费大量的时间和精力对几何体进行切割。

Multizone网格划分Multizone(多区)网格划分是ANSYS Workbench中的一种网格划分方法，其基于ICEM CFD Hexa程序块，能将目标区域自动分解成多个可以扫掠或是自由划分的区域，再生成高质量的网格。

对于一些比较规整的单体部件，传统扫掠方法仍然难以直接扫掠得到六面体网格，而MMultizone网格划分只需要简单的指定源面、设置网格控制参数等，即可对零件进行自动分区进行得到高质量的网格，大大提高网格划分效率。

螺栓网格划分实例如图所示的螺栓模型，如果想划分规则的六面体网格，按照传统方法，需要先对螺栓进行体切割，再分段扫掠生成六面体网格。

现在我们采用Multizone网格划分方法，只需要进行简单的设定，如指定源面、边的分段等，如下图。

不用分割体，Multizone网格划分生成的六面体单元如下图。

小结相较于传统的分割、扫掠生成六面体单元的网格划分方法，Multizone网格划分方法省略了分割步骤，适当参数设置即可生成高质量六面体网格，方便快捷、大大提高前处理建模效率。

第七章对实体模型进行网格划分7.1 如何对实体模型进行网格划分生成节点和单元的网格划分过程包括三个步骤：·定义单元属性（在§7.2中论述）·定义网格生成控制（可选择的）。

ANSYS程序提供了大量的网格生成控制，可按需选择。

见§7.3和§§7.4对网格控制的论述）。

·生成网格（在§7.5中论述）。

第二步定义网格生成控制不是必须的，因为缺省的网格生成控制对多数模型生成都是合适的。

如果没有指定网格生成控制，程序会在DESIZE命令使用缺省设置生成自由网格。

可用Smartsize项替代产生质量更好的自由网格（见本章中的§7.3.5）7.1.1 自由网格还是映射网格？在对模型进行网格划分之前，甚至在建立模型之前，对于确定采用自由网格还是映射网格进行分析更为合适是十分重要的。

自由网格对于单元形状无限制，并且没有特定的准则。

与自由网格相比，映射网格对包含的单元形状有限制，而且必须满足特定的规则。

映射面网格只包含四边形或三角形单元，而映射体网格只包含六面体单元。

而且，映射网格典型具有规则形状，明显成排的单元。

如果想要这种网格类型，必须将模型生成具有一系列相当规则的体或面才能接受映射网格划分。

图7─1 自由网格和映射网格可用MSHKEY命令或相应的GUI途径（后面有述）选择自由网格或映射网格。

注意所用网格控制将随自由网格或映射网格划分而不同。

后面将详细说明自由网格和映射网格划分。

7.2 定义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。

即必须设定：·单元类型（如：BEAM3，SHELL61等）。

·定义实常数（给定诸如厚度或截面积等单元的几何特性）。

·定义材料特性（如杨氏模量、热传导率等）。

·单元坐标系·截面号（只对BEAM44，BEAM188和BEAM189单元有效─见§7.5.2）注意：在对梁划分网格时，还需给定方向关键点作为线的属性。

各种网格划分方法1．输入实体模型尝试用映射、自由网格划分，并综合利用多种网格划分控制方法本题提供IGES文件1．以轴承座为例,尝试对其进行映射，自由网格划分，并练习一般后处理的多种技术，包括等值图、云图等图片的获取方法，动画等。

2．一个瞬态分析的例子练习目的：熟悉瞬态分析过程瞬态(FULL)完全法分析板-梁结构实例如图所示板-梁结构，板件上表面施加随时间变化的均布压力，计算在下列已知条件下结构的瞬态响应情况。

全部采用A3钢材料，特性：杨氏模量=2e112N泊松比=0.3 密度=7.8e33/m/mKg板壳：厚度=0.02m四条腿（梁）的几何特性：截面面积=2e-42m宽度=0.01m高度=0.02mm惯性矩=2e-84压力载荷与时间的关系曲线见下图所示。

图质量梁-板结构及载荷示意图50000 1 2 4 6 时间（s）图板上压力-时间关系分析过程第1步：设置分析标题1.选取菜单途径Utility Menu>File>Change Title。

2.输入“The Transient Analysis of the structure”，然后单击OK。

第2步：定义单元类型单元类型1为SHELL63，单元类型2为BEAM4第3步：定义单元实常数实常数1为壳单元的实常数1，输入厚度为0.02（只需输入第一个值，即等厚度壳）实常数2为梁单元的实常数，输入AREA为2e-4惯性矩IZZ=2e-8，IYY＝2e-8宽度TKZ=0.01，高度TKY=0.02。

第5步：杨氏模量EX=2e112N泊松比NUXY=0.3 密度DENS=7.8e33/mKg/m第6步：建立有限元分析模型1．创建矩形，x1=0,x2=2,y1=0,y2=12．将所有关键点沿Z方向拷贝，输入DZ＝－13．连线。

将关键点1，5；2，6；3，7；4，8分别连成直线。

4．设置线的分割尺寸为0.1，首先给面划分网格；然后设置单元类型为2，实常数为2，对线5到8划分网格。

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。

自由网格和映射网格划分控制一.自由网格划分自由网格划分操作，对实体模型无特殊要求。

任何几何模型，尽管是不规则的，也可以进行网格划分。

所用单元形状依赖于是对面还是对体进行网格划分。

对面进行网格划分，自由网格可以只由四边形单元组成，或只由三角形单元组成，或两者混合。

对体进行划分，自由网格一般限定为四面体单元。

棱锥形单元作为过渡也可加入到四面体网格中。

如果选择的单元类型严格地限定为三角形或四面体（例如PLANE2和SOL192），程序在网格划分时只用这种单元。

但是，如果选择的单元类型允许多于一种形状（如，PLANE82或SOLID95），可通过下列方法指定用哪一种（或几种）形状：命令：MSHAPEGUI：Main Menu>Preprocessor>Meshing-Mesher Opts还必须指定对此模型用自由网格划分：命令：MSHKEY，0GUI：Main Menu>Preprocessor>Meshing-Mesher Opts对于支持多于一种形状的面单元，缺省地会生成混合形状（通常是四边形单元占多数）。

可用[MSHAPE，1，2D和MSHKEY，0]来要求全部生成三角形网格，但如果用低次单元时建议不要这样做。

注意：可能会遇到全部网格都必须为四边形网格的情况。

当面边界上总的线分割数为偶数时，面的自由网格划分会全部生成四边形网格，并且四边形单元质量不会出错。

通过打开SmartSizing项并让它来决定合适的单元数，可以增加面边界线分割总数为偶数的机率（而不是通过LESIZE命令人工设置任何边界划分的单元数）。

应保证四边形分裂项关闭[MOPT，SPLIT，OFF]，以使ANSYS不将形状较差的四边形单元分裂成三角形（四边形单元分裂时出错单元缺省是打开的。

参见MOPT命令的叙述）。

使体生成一种自由网格，应当选择只允许一种四面体形状的单元类型，或利用支持多种形状的单元并只设四面体一种形状功能[MSHAPE，1，3D和MSHKEY，0]。

(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。