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ANSYSWorkbench结构分析网格划分的总体控制和局部控制解析导读：网格划分是有限元分析前处理的重要环节。
一般来说，需要首先设置网格控制选项，然后再进行网格划分。
在ANSYS Mechanical界面中，网格划分的控制选项可分为总体控制和局部控制两大类。
总体控制可通过Mesh分支来实现，局部控制通过Mesh分支上下文菜单或Mesh工具栏实现。
本文将向读者朋友介绍ANSYS Workbench结构分析中的常用网格划分选项及其作用原理。
更多相关内容，可以关注尚晓江博士等编著的《ANSYS Workbench结构分析理论详解与高级应用》（中国水利水电出版社，2020年版）。
一、网格划分总体控制选项网格划分总体控制选项通过Mesh分支的Details选项进行设置，如下图所示。
常用的总体控制包括Defaults、Sizing、Quality、Advanced等，Quality为网格质量评价信息，感兴趣的读者可以参考之前发布的文章：ANSYS Mechanical中的网格质量评价方法与应用。
Inflation选项多用于CFD边界层的网格控制，在结构分析中较少使用。
Statistics为网格统计信息，如节点总数、单元总数等。
下面对Defaults、Sizing及Advanced等总体选项进行介绍。
1、Defaults总体控制选项如下图所示，Defaults是网格划分的缺省选项。
其中Element Order用于控制单元的阶数（老版本中为Element Midside Nodes选项），可以选择Program Controlled、Linear或Quadratic。
对于实体结构通常会自动选择二次的186和187单元。
Element Size用于设置缺省的总体网格尺寸，直接定义一个数值即可。
Mechanical旧版本中是通过Relevance选项设置总体网格相对尺寸的，新版本已经不再采用。
2、Sizing总体控制选项Sizing包含网格划分总体尺寸控制，具体选项与Use Adaptive Sizing设置有关。
第 3章 ANSYS 13.0 Workbench网格划分及操作案例网格是计算机辅助工程（CAE）模拟过程中不可分割的一部分。
网格直接影响到求解精 度、求解收敛性和求解速度。
此外，建立网格模型所花费的时间往往是取得 CAE 解决方案所 耗费时间中的一个重要部分。
因此，一个越好的自动化网格工具，越能得到好的解决方案。
3.1 ANSYS 13.0 Workbench 网格划分概述ANSYS 13.0 提供了强大的自动化能力，通过实用智能的默认设置简化一个新几何体的网 格初始化，从而使得网格在第一次使用时就能生成。
此外，变化参数可以得到即时更新的网 格。
ANSYS 13.0 的网格技术提供了生成网格的灵活性，可以把正确的网格用于正确的地方， 并确保在物理模型上进行精确有效的数值模拟。
网格的节点和单元参与有限元求解，ANSYS 13.0在求解开始时会自动生成默认的网格。
可以通过预览网格，检查有限元模型是否满足要求，细化网格可以使结果更精确，但是会增 加 CPU 计算时间和需要更大的存储空间，因此需要权衡计算成本和细化网格之间的矛盾。
在 理想情况下，我们所需要的网格密度是结果随着网格细化而收敛，但要注意：细化网格不能 弥补不准确的假设和错误的输入条件。
ANSYS 13.0 的网格技术通过 ANSYS Workbench的【Mesh】组件实现。
作为下一代网格 划分平台， ANSYS 13.0 的网格技术集成 ANSYS 强大的前处理功能， 集成 ICEM CFD、 TGRID、 CFXMESH、GAMBIT网格划分功能，并计划在 ANSYS 15.0 中完全整合。
【Mesh】中可以根 据不同的物理场和求解器生成网格，物理场有流场、结构场和电磁场，流场求解可采用 【Fluent】、【CFX】、【POLYFLOW】，结构场求解可以采用显式动力算法和隐式算法。
不同的 物理场对网格的要求不一样，通常流场的网格比结构场要细密得多，因此选择不同的物理场， 也会有不同的网格划分。
A N S Y S W O R KB E NC H中划分网格的几种方法-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN转自宋博士的博客如何在ANSYS WORKBENCH中划分网格？经常有朋友问到这个问题。
我整理了一下，先给出第一个入门篇，说明最基本的划分思路。
以后再对某些专题问题进行细致阐述。
ANSYS WORKBENCH中提供了对于网格划分的几种方法，为了便于说明问题，我们首先创建一个简单的模型，然后分别使用几种网格划分方法对之划分网格，从而考察各种划分方法的特点。
1. 创建一个网格划分系统。
2. 创建一个变截面轴。
先把一个直径为20mm的圆拉伸30mm成为一个圆柱体再以上述圆柱体的右端面为基础，创建一个直径为26mm的圆，拉伸30mm得到第二个圆柱体。
对小圆柱的端面倒角2mm。
退出DM.3.进入网格划分程序，并设定网格划分方法。
双击mesh进入到网格划分程序。
下面分别考察各种网格划分方法的特点。
（1）用扫掠网格划分。
对整个构件使用sweep方式划分网格。
结果失败。
该方法只能针对规则的形体（只有单一的源面和目标面）进行网格划分。
（2）使用多域扫掠型网格划分。
结果如下可见ANSYS把该构件自动分成了多个规则区域，而对每一个区域使用扫略网格划分，得到了很规则的六面体网格。
这是最合适的网格划分方法。
（3）使用四面体网格划分方法。
使用四面体网格划分，且使用patch conforming算法。
可见，该方式得到的网格都是四面体网格。
且在倒角处网格比较细密。
其内部单元如下图（这里剖开了一个截面）使用四面体网格划分，但是使用patch independent算法。
忽略细节。
?、网格划分结果如下图此时得到的仍旧是四面体网格，但是倒角处并没有特别处理。
（4）使用自动网格划分方法。
得到的结果如下图该方法实际上是在四面体网格和扫掠网格之间自动切换。
当能够扫掠时，就用扫掠网格划分；当不能用扫掠网格划分时，就用四面体。
基于ANSYS WORKBENCH的装配体有限元分析模拟装配体的本质就是设置零件与零件之间的接触问题。
装配体的仿真所面临的问题包括：（1）模型的简化。
这一步包含的问题最多。
实际的装配体少的有十几个零件，多的有上百个零件。
这些零件有的很大，如车门板；有的体积很小，如圆柱销；有的很细长，如密封条；有的很薄且形状极不规则，如车身；有的上面钻满了孔，如连接板；有的上面有很多小突起，如玩具的外壳。
在对一个装配体进行分析时，所有的零件都应该包含进来吗？或者我们只分析某几个零件？对于每个零件，我们可以简化吗？如果可以简化，该如何简化？可以删除一些小倒角吗？如果删除了，是否会出现应力集中？是否可以删除小孔，如果删除，是否会刚好使得应力最大的地方被忽略？我们可以用中面来表达板件吗？如果可以，那么，各个中面之间如何连接？在一个杆件板件混合的装配体中，我们可以对杆件进行抽象吗？或者只是用实体模型？如果我们做了简化，那么这种简化对于结果造成了多大的影响，我们可以得到一个大致的误差范围吗？所有这些问题，都需要我们仔细考虑。
（2）零件之间的联接。
装配体的一个主要特征，就是零件多，而在零件之间发生了关系。
我们知道，如果零件之间不能发生相对运动，则直接可以使用绑定的方式来设置接触。
如果零件之间可以发生相对运动，则至少可以有两种选择，或者我们用运动副来建模，或者，使用接触来建模。
如果使用了运动副，那么这种建模方式对于零件的强度分析会造成多大的影响？在运动副的附近，我们所计算的应力其精确度大概有多少？什么时候需要使用接触呢？又应该使用哪一种接触形式呢？（3）材料属性的考虑。
在一个复杂的装配体中所有的零件，其材料属性多种多样。
我们在初次分析的时候，可以只考虑其线弹性属性。
但是对于高温，重载，高速情况下，材料的属性不再局限于线弹性属性。
此时我们恐怕需要了解其中的每一种材料，它是超弹性的吗？是哪一种超弹性的？它发生了塑性变形吗？该使用哪一种塑性模型？它是粘性的吗？它是脆性的吗？它的属性随着温度而改变吗？它发生了蠕变吗？是否存在应力钢化问题？如此众多的零件，对于每一个零件，我们都需要考察其各种各样的力学属性，这真是一个丰富多彩的问题。
第3期(总第136期)2006年6月机械工程与自动化M ECHAN I CAL EN G I N EER I N G & AU TOM A T I ON N o 13Jun 1文章编号:167226413(2006)0320041203复杂模型的AN SYS 有限元网格划分研究高志刚1,刘泽明2,李 娜1(11内蒙古工业大学机械工程学院,内蒙古呼和浩特 010051;21中国航天科工集团公司第六研究院,内蒙古呼和浩特 010010)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。
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有限元网格划分问题作简要阐述,并给出一个复杂模型的AN SYS 有限元网格划分实例。
为工程设计提供参考。
关键词:复杂模型;AN SYS ;有限元;网格划分中图分类号:TB 115 文献标识码:A收稿日期:2005211218;修回日期:2006201220作者简介:高志刚(19782),男,内蒙古呼和浩特人,硕士研究生。
0 引言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AN SYS 中,网格划分有以下3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和划分网格。
在这里,我们仅对划分网格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有限元网格划分问题作简要阐述,并给出一个复杂模型的AN SYS 有限元网格划分实例。
1 与复杂模型相关的有限元网格划分问题111 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AN SYS 的智能尺寸控制技术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并控制疏密分布以及选择分网算法等。
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。
第3章 Workbench网格划分 几何模型创建完毕后，需要对其进行网格划分以便生成包含节点和单元的有限元模型。
网格划分在的求解器提供对应的网格文件。
有限元分析离不开网格的划分，网格划分的好坏将直接关★ 了解3.1 网格划分平台ANSYS Workbench中提供ANSYS Meshing应用程序（网格划分平台）是为了提供通用的网格划分格局。
网格划分工具可以在任何分析类型中使用。
FEA仿真：包括结构动力学分析、显示动力学分析（AUTODYN、ANSYS LS/DYNA）、电磁场分析等。
CFD分析：包括ANSYS CFX、ANSYS FLUENT等。
3.1.1 网格划分特点在ANSYS Workbench中进行网格划分，具有以下特点：ANSYS网格划分的应用程序采用的是Divide & Conquer（分解克服）方法。
几何体的各部件可以使用不同的网格划分方法，亦即不同部件的体网格可以不匹配或不一致。
所有网格数据需要写入共同的中心数据库。
3D和2D几何拥有各种不同的网格划分方法。
ANSYS Workbe nch 17.0有限元分析从入门到精通ANSYS Workbench 中提供的网格划分法可以在几何体的不同部位运用不同的方法。
1．对于三维几何体对于三维几何体（3D ）有如图3-1所示的几种不同的网格划分方法。
（1）自动划分法（Automatic ） 自动设置四面体或扫掠网格划分，如果体是可扫掠的，则体将被扫掠划分网格，否则将使用Tetrahedrons 下的Patch Conforming 网格划分器划分网格。
同一部件的体具有一致的网格单元。
（2）四面体划分法（Tetrahedrons ）四面体划分法包括Patch Conforming 划分法（Workbench 自带功能）及Patch Independent 划分法（依靠ICEM CFD Tetra Algorithm 软件包实现）。
四面体划分法的参数设置如图3-2所示。
２００８第１期总第１８２期现代制造技术与装备有限元分网的一般过程包括：ＣＡＤ模型的读入、几何模型的编辑修改、网格划分。
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等。
特别对于多应用之间的交互网格划分是数值模拟的有一难题。
本文探索了用于手机外壳跌落和振动分析的多应用网格划分。
１模型导入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Ｓｏｉｌｄ－Ｗｏｒｋｓ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，工程结构中常用的薄壳结构，如压力容器、手机外壳、飞机蒙皮和汽车外壳等，均是由圆柱、圆锥、球面等规则曲面或Ｂｅｚｉｅｒ、Ｎｕｒｂｓ等自由曲面组合而成的。
本文中手机壳体是基于Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ生成。
由于现有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。
通过标准图形格式如ＩＧＥＳ、ＳＡＴ和ＰａｒａＳｏｌｉｄ传递。
采用传统的ＩＧＥＳ格式传递数据，在ＡＮＳＹＳ环境下还需要进行大量的修补工作，只是因为该格式只包含线和面的信息，而没有体的信息，而且ＩＧＥＳ格式会丢掉部分信息甚至产生错误几何信息，产生多于的面等。
所以在从Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ导入到ＡＮＳＹＳ中使用ＰａｒａＳｏｌｉｄＧ格式。
２有限元网格划分基本原理２．１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，而且网格数量增加到一定程度后对计算精度影响不大，所以网格数量有一定的合理性。
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。
手机外壳的跌落实验属于低阶模态，网格数量应尽量取小。
２．２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。
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。
在分析手机振动的实验中主要考虑的是壳体的固有频率和振型，所以网格疏密应趋于均匀。
２．３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基于ＡＮＳＹＳＷＯＲＫＢＥＮＣＨ手机外壳有限元网格划分研究陈金玉杨来侠（西安科技大学机械工程学院，西安７１００５４）摘要：根据有限元网格划分原理和薄壳的网格划分方法，利用ＡＮＳＹＳＷＯＲＫＢＥＮＣＨ的Ｄｅｓｉｇｎｍｏｄｅｌｅｒ和ＡｄｖａｎｃｅｄＭｅｓｈｉｎｇ运行环境对手机外壳进行分网。
ＡＮＳＹＳＷＯＲＫＢＥＮＣ提供统一分网环境，帮助用户实现基于物理的网格划分解决方案，利用网格均匀性、划分速度和网格质量等控制自动定义，多重网格控制方法，备份网格划分方法以改善网格划分的整体鲁棒性，提供一个智能的、灵活且鲁棒的网格划分能力，为多个应用之间的交互提供了附加的灵活性。
关键词：ＡＮＳＹＳＷＯＲＫＢＥＮＣＨ手机外壳有限元分网５８自动化与控制型规模要大得多，因此在使用时应权衡考虑计算精度和时间。
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。
有时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。
手机外壳如果增加单元阶次就要用到二阶四边形单元，单元节点数将大大增加，所以易采用增加网格密度的方法。
继续采用一阶四边形单元。
综上所述，对手机进行跌落和振动分析时，要保证网格数量少而且均匀。
所以单元大小可根据ＭａｘＥｌｅｍｅｎｔｓｉｚｅｔｏ０．０２５＊ｔｈｅｂｏｕｎｄｉｎｇｂｏｘｄｉａｇｏｎａｌｏｆｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｙ。
ＧＵＩ：Ｍｅｓｈ＞ＧｌｏｂａｌＭｅｓｈＰａｒａｍｅｔｅｒｓ＞ＭａｘＥｌｅｍｅｎｔ但同时兼顾计算规模，采用一阶单元，所以要求在壳体大曲率处局部细化，以保证精度。
如图１，如不进行局部细化，在壳体拐角处有大量狭长面，且网格粗糙（网格太疏）有冗余。
可以应用ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ的高级分网功能进行局部分网。
细分结果如图２。
细分方法：ＧＵＩ：ＥｄｉｔＭｅｓｈ＞ＡｄｊｕｓｔＭｅｓｈＤｅｎｓｉｔｙ３薄壳的网格划分手机外壳基本上属于薄壳，薄壳有限元模型单元主要有基于薄膜理论的薄膜单元、基于板壳理论的壳单元和基于连续介质理论的实体块单元三种类型。
薄膜单元基于平面应力假设，构造简单，内存要求较低，计算效率高。
薄膜理论忽略了弯曲效应，从而不能模拟弯曲效应引起的回弹和起皱，考虑到的内力仅为沿薄壳厚度均匀分布的平行于中面的应力，忽略弯矩、扭矩和横向剪切，认为应力沿厚度分布是均匀的，薄膜理论单元只适用于分析胀形等弯曲效应不明显的成型过程。
基于连续介质理论的实体块单元，考虑了弯曲效应和剪切效应，但是对于厚度较薄的手机外壳，在板厚尺寸过小的情况下，容易引起刚度矩阵奇异，采用实体单元其网格数量和密度要求很高，计算时间长，内存开销大。
基于板壳理论的壳单元既能处理弯曲和剪切效应，同时不需要实体单元的网格数量、计算时间和内存空间，而且对手机外壳的后续应力、应变、跌落和振动，要求考虑的东西相当多，因此，板壳理论的壳单元多用于薄壁零件。
分析板壳理论包括基于Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ板壳理论的壳单元和基于Ｍｉｎｄｌｉｎ理论的壳单元。
基于Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ理论的壳单元要求构造Ｃ１连续的插值函数，而对于复杂三维形体构造Ｃ１连续的插值函数非常困难。
基于Ｍｉｎｄｌｉｎ的壳单元由于采用位移和转动独立的插值策略，从而将Ｃ１连续性插值函数转化为Ｃ０连续性插值函数，简化了问题，其在有限元数值模拟中应用广泛。
在ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中，壳单元类型有全三角形、全四边形、四边形占主要和少量四边形等。
根据手机外壳结构特点，在拐角出不可能用四边形，所以采用四边形占主要的壳单元类型。
方法如下：ＵＧＩ：Ｍｅｓｈ＞ＧｌｏｂａｌＭｅｓｈＰａｒａｍｅｔｅｒｓ＞ＳｈｅｌｌＭｅｓｈｉｎｇＰａ－ｒａｍｅｔｅｒｓ＞ＱｕａｄＤｏｍｉｎａｎｔ在ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中，网格划分的方法有独立的网格划分，顾名思义它是在划分网格的时候不考虑模型的外型和边界条件，如模型的一些小细节狭长面、小孔、小圆角等，它的优点是网格结构均匀，在分析不考虑应力应变的分析中应用比较广，还有在精度要求不高的情况下可以使用。
非独立的网格划分是在划分网格的时要依靠模型边界，依靠模型的凹凸来划分。
就好像将网格可在模型表面上。
它的特点能够精确的模拟模型的细节特点。
因此，在手机外壳的分析中应该选用非独立的网格划分。
方法如下：ＵＧＩ：Ｍｅｓｈ＞ＧｌｏｂａｌＭｅｓｈＰａｒａｍｅｔｅｒｓ＞ＳｈｅｌｌＭｅｓｈｉｎｇＰａ－ｒａｍｅｔｅｒｓ＞ＰａｔｃｈＤｅｐｅｎｄｅｎｔ图３为最终分网结果：网格详细信息如下４网格质量评估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。
在ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中，检查网格质量的方法：ＧＵＩ：ＥｄｉｔＭｅｓｈ＞ＣｈｅｃｋＭｅｓｈＥｄｉｔＭｅｓｈ＞ＤｉｓｐｌａｙＭｅｓｈＱｕａｌｉｔｙＳｔａｎｄａｌｏｎｅ表示合格的单元数，ｄｅｌａｕｎａｙ表示三角形单元的节点进入相邻单元的外接球范围内，超出了外接圆范围导致，对结果影响非常小。
再就是ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ，它是用来检查接触的，由于本例只是对网格划分的研究，没有定义接触，所以ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ出错是正常现象。
所以网格划分图１图２５９２００８第１期总第１８２期现代制造技术与装备现实技术进行了大量研究工作，并初步应用到了生产领域。
我国对虚拟现实技术的研究仅仅是刚刚开始，成功的案例还很少。
可以预见虚拟设计和虚拟现实技术在汽车设计和测试方面有着广泛的应用前景，应该加紧这方面的研究。
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