ANSYS网格划分方法的分析

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。

血管模型网格划分

网格划分即将所用的模型划分为有限体积或单元，这里我们使用Ansys自身的网格划分器对提取出来的血管模型（STL格式的三维模型）进行网格划分。具体步骤为：

一、软件启动

单击开始---所有程序--Ansys14.0---Meshing---ICEM

CFD 14.0。

二、模型导入

1、单击主菜单栏中的File---Import Geometry---STL，如下图：

主菜单烂 2、在下拉菜单对话框中选取血管模型并确定后，血管模型导入完成，如下图；

三、图形参数设置（封闭模型）

1、单击Geometry工具栏中的Repair Geometry图标，后单击Build Diagnostic按钮单击Apply按钮运行，如下图：

单击此处可调整显示边框与实体

Geometry工具栏

Repair Geometry按钮

单击此按钮后单击Apply按钮 运行后端口显示封闭黄线

2、运行完成后，单击左侧工具栏中的Close Holes图标，然后单击鼠标图形按钮，而后单击模型端口处黄线并单击Apply运行，从而使模型端口封闭，模型有几个端口则反复操作几次，如下图：

四、网格化分参数设置

1、单击Mesh工具栏的Compute Mesh按钮，选取Volume

mesh按钮，后单击Compute按钮，而后单击YES按钮，进行初步的电脑网格划分；

Close Holes按钮 运行结束后端口封闭

Mesh工具栏，Compute Mesh 按钮

单击此按钮，而后在下面的Mesh方法中选择，一般选择默认的方法

2、完成上步操作后，单击Mesh工具栏中的Globe mesh

setup按钮，一般不更改默认设置，单击Apply按钮运行完成；

3、再次重复单击Compute Mesh按钮，后单击Apply按钮，而后单击YES按钮，进行初步的电脑网格划分，注：（1）可用多种方式进行划分而后单击融合操作，直至满意；（2）若模型有其他漏洞，程序会提示是否修复，一般选择不修复；

ANSYS有限元网格划分原则

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。