网格划分和处理
第4章网格划分的处理
内容提要
主要介绍模型网络的划分和网格缺陷的处理方法，为Moldflow分析的前处理打好基础。
学习重点
网格划分方法、网格缺陷诊断处理方法。
4．1 前言
Moldflow作为成功的注塑产品成型仿真及分析软件，采用的基本思想也是工程领域中最常用的有限元方法。
简单来说，有限元方法就是利用假想的线（或面）将连续介质的内部和边界分割成有限大小的，有限数目的，离散的单元来研究。这样，就把原来一个连续简化成有限个单元的体系，从而得到真实的结构的近似模型，最终的数值计算就是在这个离散花的模型上进行的。直观上，物体被划分成“网格”状，在Moldflow中我们就将这些单元称为网格（mesh）。如图4-1所示。
正因为网格在整个数值防真计算的基础，所以网格的划分和处理在整个Moldflow分析中占有很重要的地位。
4．2网格的类型
在Moldflow中，划分成网格主要有三种类型：中面网格（Midplane）,表面网格（Fusion）和实体网格（3D），如图4-2所示。
中面网格（Midplane）是有三节点的三角形单元组成的，网格创建在模型壁厚的中间处，形成单格网格。在创建中面网格的过程中，要实时提取模型的壁厚信息，并赋予相应的三角单元。
表面网格（Fusion）也是由三节点的三角形单元组成，与中面网格不同，他是创建在模型的上下两层表面上。
实体网格（3D）是有四节点和四面体单元组成，每一个四面体单元又是四个Midplane 模型中的三角单元组成的，利用3D网格可以更为精确地进行三维流动防真。
4．3 网格的划分
首先，在已经建好的项目中导入所用模型，如图4-3，选择Import命令后，在对话框
中打开模型文件，此时会弹出一个对话框4-4。
接着，在图4-4的对话框中，选择网格划分类型，包括Midplane，Fusion，和Solid （3D）三种，同时还要选择导入模型所采用的单位，包括Millimeter(毫米),Centimeter（厘米），Meter(米)和Inch(英寸)。选择完毕，单击OK按钮后，模型被导入，如图4-5，此时网格尚未划分，仅仅选择了网格的类型。
然后，在任务窗口中双击Create Mesh图标，或者选择Mesh菜单中的Generate Mesh命令，会弹出网络生成对话框。
单击Advanced按钮，在Global length 右侧文本框中输入合理的网络单元边长。对于导入格式为IGES的情况，还要输入IGES merge tolerance（合并容差）,其默认值一般是0,01mm。单击Preview(预览)按钮可以查看网络划分的大致情况，同时作为参考。
最后，单击上述对话框中的Generate Mesh按钮，生成网格，如图4-8。此时，任务窗口中的图标变成，显示表明：网格类型为Fusion，单元个数为2820。
4．4网格状态统计
在Moldflow中，系统自动生成的网格随着制件形状的复杂程度存在着或多或少的缺陷，网格的缺陷不仅仅对计算结果的真确性和准确性产生影响，而且在网格质量严重低下的情况，会使计算根本无法进行。因此，进行Moldflow分析之前需要对网格状态进行统计，再根据统计的结果对现有的网格进行修改。
网格划分完毕后，选择Mesh菜单中的Mesh Statistices命令，网格统计的结果就会以窗口的形式弹出，如图4-9。
Enity counts: 实体个数，统计网格划分后模型中各类实体的个数；
Surface triangles: 三角形单元个数；
Nodes: 节点个数
Beams：一维单元个数
Connectivity regions：连通域的个数，统计模型网格划分后模型内独立的连通域，其值为1，否则说明模型存在问题；
Edge details: 单元边的信息；
Free edges: 自由边的信息，自由边是指一个三角形或3D单元的某一边没有与其他单元共用，如图4-10（a），在Fusion和3D类型网格中不允许存在自由边；
Manifold edges: 交叠边，交叠边是指由两个三角形或者3D单元所共用的一条边，如图4-10（b）,在Fusion类型网格中，只存在交叠边；
Non-manifold edges: 非交叠边是指由两个以上三角形或3D单元所共用的一条边，如图4-10（b），在Fusion网格类型中，不允许存在非交叠边。
Orientation details: 单元定向信息；
Elements not details: 统计没有定向的单元数，该值一定要为0；
Intersection details: 单元交叉信息；
Element intersections: 互相交叉的单元数，表示不同平面上的单元互相交叉的情况，如图4-11所示，其中情况2）单元互相交叉穿过是不允许的；
Fully overlapping elements: 单元重叠单元数，表示单元重叠的情况，如图4-12所示，第2中情况为单元部分重叠，第3中情况为单元完全重叠，这两种情况都是不允许发生的；
Duplicate beams: 一维单元重叠信息；
Surface triangle aspect ratio: 三角形单元的纵横比信息；
三角形的纵横比是指三角形的长高两个方向的极限尺寸之比，如图4-13中的w/h。单元纵横比对分析计算结果的精确性有很大的影响。一般在Midplane和Fusion类型网格的分析中，纵横比的推荐极大值是6，在3D类型网格中，推荐的纵横比极大极小值分别是50和5，平均应该在15左右。
Minimum aspect ratio: 纵横比的极小值；
Minimum aspect ratio：纵横比的极大值
Mverage aspect ratio : 纵横比的平均值；
Match ratio: 单元匹配率信息（仅仅针对Fusion类型的网格），在表示模型上下表面网格单元的相匹配程度。对于Flow分析，单元匹配率应大与85%是可以接受的，低与50%根本无法计算。对于Warp分析，单元匹配率同样要超过85%。如果单元匹配率太低，就应该重新划分网格。
4．5网格处理工具
经过网格信息的统计，一般都会发现网络中存在问题，这时就需要利用Moldfolw提供的网络工具，对网格进行处理。在网格缺陷的处理过程中，要保持模型的几何形状。尽可能不发生大的改变。
选择Mesh菜单中的Mesh Tools命令，弹出网格处理工具对话框，如图4-14。
Moldflow共提供了18种网格处理的工具，下面介绍其中的主要内容。
4．5．1自动修补
自动修补（Auto repair）功能，此功能对Fusion模型很有效，能自动搜索并处理模型网格中存在的单元交差和单元重叠的问题，同时可以改进单元的纵横比，在使用一次该功能后，在次使用该功能，可以提高修改的效率，但是不能期待该功能解决所有网格中存在的问题。
4．5．2处理纵横比
处理纵横比（Fix Aspect Ratio)功能可以降低模型网格的最大纵横比，并接近所给出的目标值，如图4-15和图4-16。
4．5．3全部合并
全部合并（Global Merge)功能可以一次合并所有间距小与Merge tolerance(合并容差)的节点，如图4-17。
4．5．4 合并节点
合并节点（Merge Nodes）该功能可以将多个起始点向同一个目标节点合并。其中，
Merge Nodes 对话框中要首先输入目标节点，然后输入起始节点。
当一次选择多个起点节点时要按住Ctrl键依次选择。图4-18和图4-19所示分别为
Merge Nodes对话框和节点合并示意图。
4．5．5
交换共用边（Swap Edge）功能可以交换两个相邻三角形单元的共用边，可以利用
这项功能降低纵横比如图4-21。
4.5.6 节点匹配
在手工修改大量网格之后，利用结点匹配（Match Node功能可以重新建立良好的网格匹配。对话筐框的Select nodes to project into mesh下拉列表框用于选择投影节点，Select nodes to project into mesh下拉列表框用于选择投影三角形。Match node 对话框如图4－22所示。
4.5.7 对某区域重新划分网格
对某区域重新划分网格（Remesh Area）功能可以已经划分好网格的模型在某一区域根据
给定的目标网格大小，重新进行网格划分。因而可以用来在形状复杂或者行装简单的模型区
域进行网格局部加密或局部稀疏。
在对话框中首先要选出进行网格重新华分的区域，然后指定重新网格的目标值。
图4－23和图4－24分别为Remesh aera对话框和网格重新划分示意图。
4.5.8 插入节点
插入节点（Insert Node）的功能在两个结点之间创建一个新的节点，可结合Merge Node
使用以修正或消除纵横比不是很理想的单元。图4－25所示为Insert Node对话框，图4－26
所示为插入节点合并结点示图。
4.5.9 移动节点
移动节点（Move Nodes）功能可以将一个或多个节点，按照所给出的绝对或相对坐标进
行移动，首先选择要移动的节点，对话框如图4－27所示。
对话框中，首先选择Nodes ti move (被移动的节点)然后在Location（坐标）文本框中输
入移动结点的目标位置。目标位置根据Absolute(绝对)和Relative(相对)两种不同的坐标计算
方式对应不同的数值。
如图4－28中，图（a）选择的点坐标为（193，-0.06，-12），假如执行将改点沿Z轴反
向移动2mm的操作，用户选择Absolute坐标输入方式时，应当在Location后输入（1.93，
-0.06，14）：选择Relative坐标输入方式时，则应当输入与该点移动前坐标相对的移动矢量
（0，0，2）。两种方法的操作结果相同。
还有一种移动结点的方法，就是直接将目标节点用鼠标拖动到目标位置，如图4-29所示。
4.4.10 排列节点
排列节点（Align Nodes）功能可以实现结点的重新排列，先要选定两个节点以确定一
条直线，然后选择需要重新排列的点列，单击Apply,所选点列将重新排列在选定的直线上，
如图4-30，图4-31。
对话框中的Alignment node 1和Alignment node 2为用户指定的排列基准点。Nodes to
move 对应的为即将进行重新排列操作的点。
图4-31中的1、2两点为基准，3、4为排列点。完成重新排列操作后，3、4两点的位
置移动到由1、2两点确定的直线上。
4.5.11 单元定向
单元定向（Orient Elements）功能可以将查找出来的定向不正确的单元重新定向，但
不适用于3D类型的网格。使用方法如下：选择定向存在问题的单元，然后选中对话框中的
Flip normal(翻转法线)单选按钮，单击Apply按钮即可。如图4-32，图4-33。
4.5.12 补洞
补洞（Fill hole）功能创建三角形单元来填补网格上所存在的洞孔或是缝隙缺陷。
首先，选择模型上的洞或是缝隙的边界线，手动选择所有边界节点。或者选择边界上的一个节点后，单击Serch(搜索)，这时系统会沿自由边（free edge）自动搜寻缺陷边界。如图4-34所示。
在边界选择完成后，单击Apply 按钮，Moldflow就会自动在该位置生成三角形单元，完成修补工作。如图所示4-35所示。
4.5.13 平滑节点
平滑节点（Smooth Nodes）功能实际上是将与选定节点有关的单元重新划分网格，目的是得到更加均匀的网格分布，从而有利于计算。Smooth nodes对话框如图4-36所示，平滑节点示意图如图4-37所示。
4.5.14 创建一维单元
创建一维单元（Create Beams）功能可以通过存在的节点创建一维单元。一维单元在创建浇铸系统、冷却系统时被大量使用。这个功能与Mesh 菜单中的Creat Beams命令是一样的。Creat Beams对话框和一维单元创建示意图分别为4-38和 4-39。
4.5.15 创建三角形单元
创建三角形单元（Create Triangles）功能可以通过存在的节点创建三角形单元。这个功能与Mesh 菜单中的Create Triangles命令是一样的。图4-40为Create Triangles对话框，图4-41为三角形单元创建示意图。
4.5.16 删除单元
删除单元（Delete Entities功能可删除所有鼠标选中的单元。
4.5.17 清除节点
清除节点（Purge Nodes）功能可以清除网格中，与其他单元没有联系的节点，在修补网格基本完成后，使用该功能用来清除多余节点。
4.5.18 全部单元重定向
Mesh菜单中的全部单元重定向（ORIENT A11）菜单项可以对网格的全部单元实施重定向。
4.6 网格缺陷诊断
为了更好地对网络存在的缺陷进行处理，Moldflow提供了丰富的网格缺陷诊断工具，将它们和网格处理工具相结合，可以很好地解决网格缺陷问题。网格诊断菜单项如图4-42。
4.6.1纵横比诊断
选择Mesh菜单中纵横比诊断（Aspect Ratio Diagnostic）命令。弹出对话框Aspect Ratio Diagnostic，如图4-43所示。
对话框中Minimum（最小值）和Maximum(最大值)分别定义在诊断报告中将显示单元的纵横比的最小值和最大值。一般情况下，推荐在Maximum一栏空白，这样模型中比最小纵横比值大的单元都将在诊断中显示，从而可以消除和修改这些缺陷。
Preferred definition包括两个选项Standard(标准)和Normalized（规格化），都是计算三角形单元纵横比的格式。其中推荐使用Normalized格式，因为Standard格式是为了保持Moldflow系统的兼容性而专门社记得，目的是与低版本的Moldflow网格纵横比计算相一致。
选中Place results in diagnostics layer(将诊断结果放入诊断层)复选框，把诊断结果单独放入一个名为Diagnostics的图形层中，方便用户查找诊断结果。
下拉列表框中提供了真的结果后，系统将用不同颜色的引出线指出了纵横比大小不同
的单元。单击引出线，可以选中存在纵横比缺陷的单元。图4-44为在模型中显示的诊断结果。
采用Text方式后，Moldflow将把诊断结果以文本的形式在对话框中给出，图4-45为用文本方式现实的诊断结果。
4.6.2重叠单元诊断
选择Mesh菜单中的Overlapping Elements Diagnostic命令，会弹出如图4-46重叠单元诊断对话框。
在对话框中选中Overlaps(重叠)和Intersections(相交)复选框，同时选择结果显示方式，就可以看到图象或者是文字诊断结果。土4-47为重叠单元诊断结果图，图4-48为单叠单元诊断结果文本。
图象显示结果中，用不同的颜色表示单元重叠和单元交叉，在文字结果中，则有详细的缺陷统计数据。
4.6.3 网格定向诊断
选择Mesh菜单中的Mesh Orientation Diagnostic命令，会弹出如图4-49所示的网格定向诊断对话框。
单击show(显示)按扭，得到如下结果。采用Display和Text的不同效果如图4-50、4-51所示。
4.6.4 网格连通性诊断
选择Mesh菜单中的Mesh Connectivity Diagnostic命令，会弹出如图4-52的网格连通诊断对话框。
Start connectivity search fron entity:表示从选中的单元开始，扩散开去检验网格的连通性，选中此项后在诊断模型连通性时将不考虑浇注系统和冷却系统。
结果显示如图4-54和图4-54所示。
4.6.5 网格自由边诊断
选择Mesh菜单中的Free Edges Dianostic命令，会弹出如图4-55所示的自由边诊断对话框。
该诊断可以显示模型网格中自由边的存在位置，便于修改缺陷。选中Include non-manifold edges复选框表示诊断结果将包括非交叠边，图4-56和图4-57分别对应诊断结果图示和诊断结果文本。
4.6.6 网格厚度诊断
选择Mesh菜单中的Mesh Thickness Diagnostic命令，弹出如图4-58所示厚度诊断对话框。图4-59所示为厚度诊断结果图示。
4.6.7 网格出现次数诊断
选择Mesh菜单中的Occurrence Number Diagnostic命令，弹出如图4-60的网格出现次数诊断对话框。
结果显示网格模型中任一部分实际出现的次数，仅对一模多腔的产品有意义。
4.6.8 网格匹配诊断
选择Mesh菜单中的Fusion Mesh Diagnostic命令，出如图4-61的网格匹配诊断对话框。
网格匹配诊断显示了Fusion模型网格上下表面网格单元的匹配程度，尤其对于warpage 分析，只有达到90%的匹配率，才能得到可靠准确的结果。网格匹配信息诊断图和网格匹配信息诊断结果文本分别对应图4-62和图4-63。
4.7 网格处理实例
前几个小节介绍了网格处理工具的使用方法，为了加强读者对网格缺陷处理的认识，同时更好的掌握网格处理的方法，下面给出一些常见的网格缺陷处理的实例。针对各种情况的判断与处理，还需要大量的时间来积累经验。
4.7.1 单元纵横比缺陷处理
网格在自动划分过程中，难免出现单元纵横比过大的现象，这就需要手动修改网格的纵横比缺陷，根据不同情况，有不同处理方法。
1．合并节点，减小纵横比
如图4-64（a）中，引出线所指网格单元十分“狭长”，纵横比情况很不理想。这种情况下，可以通过合并节点的方法，达到消除该单元的目的。利用Merge Nodes工具，将节点1向节点2合并，合并的方向十分重要，若节点2向节点1合并，则模型形状会发生较大的改变
2. 交换共用边，减小纵横比
采用交换共用边的方法，也可以达到减小单元纵横比的目的，如图4-65。利用Swap Edge 工具，将单元1与单元2的共用边交换。
3. 插入节点，减小纵横比
在2中出现的情况有时也可以通过插入节点来解决问题，如图4-66。利用Insert Node 工具，在节点1与节点2之间插入新节点3，然后再将节点3与节点4合并。
4.7.2 自由边缺陷处理
自由边也是网格中容易出现的缺陷，其产生的原因和处理的方法也很多，下面介绍其中一种。
首先，显示自由边缺陷，选择Mesh彩旦中的Free Edges Diagnostic命令，在对话框中选中Place results in diagnostics layer,再单击show按扭。
然后，在layer窗口中，只选中New nodes和Diagnostic results层进行显示。这时，自由边缺陷就会突出显示，如图4-67。
最后，利用Create Triangles工具，将网格中间的洞补上，自由边就会消失，如图4-68。
4.8 小结
本章主要介绍了有限元分析的基本思想，以及模型网格的划分和网格缺陷的处理方法，这些内容是读者完成MoldFlow分析前处理的基础。其中重点介绍的内容有：
●网格诊断各统计栏的内容说明；
●网格处理工具中各项内容的具体使用方法；
●网格缺陷的各种诊断及显示方法；
●网格缺陷处理实例。
ansysworkbenchmeshing网格划分总结
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['k??v?t??]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[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 Quadrilateral dominant [,kwɑdr?'l?t?r?l]四边形主导 triangles['tra???g(?)l]三角形
有限元网格划分的基本原则
有限元网格划分的基本原则 划分网格是建立有限元模型的一个重要环节，它要求考虑的问题较多，需要的工作量较大，所划分的网格形式对计算精度和计算规模将产生直接影响。为建立正确、合理的有限元模型，这里介绍划分网格时应考虑的一些基本原则。 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。 图1 位移精度和计算时间随网格数量的变化 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。图2是中心带圆孔方板的四分之一模型，其网格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b中网格疏密相差更大，它比图a中的网格少48个，但计算出的孔缘最大应力相差1%，而计算时间却减小了36%。由此可见，采用疏密不同的网格划分，既可以保持相当的计算精度，又可使网格数量减
网格划分的几种基本处理方法
网格划分的几种基本处理方法 贴体坐标法： 贴体坐标是利用曲线坐标，并使其坐标线与燃烧室外形或复杂计算区域边界重合，这样所有边界点能够用网格点来表示，不需要任何插值。一旦贴体坐标生成通过变换，偏微分方程求解可以不在任意形状的物理平面上，而在矩形或矩形的组合（空间问题求解域为长方体或它们的组合）转换平面上进行。这样计算与燃烧室外形无关，也与在物理平面上网格间隔无关。 而是把边界条件复杂的问题转换成一个边界条件简单的问题；这样不仅可避免因燃烧室外形与坐标网格线不一致带来计算误差，而且还可节省计算时间和内存，使流场计算较准确，同时方便求解，较好地解决了复杂形状流动区域的计算，在工程上比较广泛应用。 区域法： 虽然贴体坐标系可以使坐标线与燃烧室外形相重合，从而解决复杂流动区域计算问题。但有时实际流场是一个复杂的多通道区域，很难用一种网格来模拟，生成单域贴体网格，即使生成了也不能保证网格质量，影响流场数值求解的效果。因此，目前常采用区域法或分区网格，其基本思想是，根据外形特点把复杂的物理域或复杂拓扑结构的网格，分成若干个区域，分别对每个子区域生成拓扑结构简单的网格。由这些子区域组合而成的网格，或结构块网格。对区域进行分区时，若相邻两个子域分离边界是协调对接，称为对接网格；若相邻两子域有相互重叠部分，则此分区网格称为重叠网格。根据实际数值模拟计算的需要，把整个区域（燃烧室）分成几个不同的子区域，并分别生成网格。这样不仅可提高计算精度，而且还可节省计算机内存，提高收敛精度。但是计算时，必须考虑各区域连接边界处耦合以及变量信息及时、准确地传递问题。处理各个区域连接有多种方法，其中一个办法是在求解各变量时各区域可以单独求解若干次而对压力校正方程．设压力校正值在最初迭代时为零，为了保证流量连续各个区域应同时求解，然后对各个速度和压力进行校正。或者采用在两个区域交界处有一个重叠区，两个区域都对重叠区进行计算，重叠区一边区域内的值，要供重叠区另一边区域求解时用。或通过在重叠内建立两个区域坐标对应关系，实现数据在重叠区内及时传递。如果两个区采用网格疏密分布不相同，要求重叠区二边流量相等。区域法能合理解决网格生成问题，已被大量用来计算复杂形状区域流动。 区域分解法： 对于复杂几何形状的实际燃烧装置，为了保证数值求解流场质量，目前常采用区域分解法。该法基本要点是：根据燃烧室形状特点和流场计算需要，把计算区域分成一个主区域和若干个子区域，对各个区域（块）分别建立网格，并对各个区域分别进行数值求解。区域分解原则是尽量使每个子区域边界简便以便于网格建立，各个子区域大小也尽可能相同，使计算负载平衡有利于平行计算。各区域的网格间距数学模型以及计算方法都可以不同，通常在变量变化梯度大的区域，可以布置较细网格，并采用高阶紊流模型和描述复杂反应的紊流燃烧模型，以便更合理模拟实际流场。对于变量变化不太大区域，可采用较疏的网格和较简单的数学模型，这样可节省计算时间。各子区域的解在相邻子区域边界处通过耦合条件来实现光滑，相邻子区域连接重叠网格或对接网格来实现，在各子区域交界处通过插值法提供各子域求解变量的信息传递，满足各子域流场计算要求通量和动量守恒条件以便实现在交界面处各子域流场解的匹配和耦合，从而取得全流场解。 非结构网格法： 上述各方法所生成的网格均属于结构化网格，其共同特点是网格中各节点排列有序，每个节点与邻点之间关系是固定的，在计算区域内网格线和平面保持连续。特别是其中分区结构网格生成方法已积累了较多经验，计算技术也较成熟，目前被广泛用来构造复杂外形区域
ANSYS 13.0 Workbench 网格划分及操作案例
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、 CFX-MESH、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。【Mesh】组件在项目流程图中直接与其他 Workbench分析系统集成。 3.2 ANSYS 13.0 Workbench 网格划分 ANSYS 网格划分不能单独启动，只能在 Workbench 中调用分析系统或【Mesh】组件启 动，如图 3-1 所示。 图3-1 调入分析系统及网格划分组件
Deform网格划分原则及方法
[原]Deform网格划分原则及方法 2009-04-04 23:48 引言：划分网格是建立有限元模型的一个重要环节，它要求考虑的问题较多，需要的工作量较大，所划分的网格形式对计算精度和计算规模将产生直接影响。为建立正确、合理的有限元模型，这里介绍网格划分时的一些基本原则及方法。 关键词： Deform 网格 局部细化 一、网格划分的原则 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。 图1 位移精度和计算时间随网格数量的变化 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。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。 图2是中心
网格划分实例详细步骤
一个网格划分实例的详解 该题目条件如下图所示： Part 1：本部分将平台考虑成蓝色的虚线 1. 画左边的第一部分，有多种方案。 方法一：最简单的一种就是不用布置任何初始的2dmesh直接用one volume 画，画出来的质量相当不错。 One volume是非常简单而且强大的画法，只要是一个有一个方向可以 mapped的实体都可以用这个方法来画网格，而事实上，很多不能map的单元也都可以用这个命令来画，所以在对三维实体进行网格划分的时候，收件推荐用one volume来试下效果，如果效果不错的话，就没有必要先做二维单元后再来画。 方法二：先在其一个面上生成2D的mesh，在来利用general选项，这样的优点是可以做出很漂亮的网格。
相比之下：方法二所做出来的网格质量要比一要高。 2. 画第二段的网格，同样演示两种方法： 方法一：直接用3D>solid map>one volume 方法二：从该段图形来看，左端面实际上由3个面组成，右端面由一个部分组成，故可以先将左端面的另两个部分的面网格补齐，再用general选项来拉伸，但是，问题是左面砖红色的部分仅为3D单元，而没有可供拉伸的源面网格，故，应该先用face命令生成二维网格后，再来拉伸，其每一步的结果分见下：
在用general选项时，有个问题需要注意：在前面我们说过，source geom和elemes to drag二选一都可以，但是这里就不一样了，因为source geom选面的话，只能选择一个面，而此处是3个面，所以这里只能选elemes to drag而不能选择source geom.
详解Flunet Meshing：高级网格划分工具中的“扫地僧”
文章来源：安世亚太官方订阅号（搜索：peraglobal） ANSYS Fluent Meshing 是一款高级流体仿真前处理工具，具备从几何到求解的完整工作流程。其前身是Tgrid非结构体网格生成工具，并在最近的几个版本新增了Fluent风格的操作界面与几何导入技术，目前已经成为ANSYS主推的流体前处理软件。 图1 ANSYS Fluent Meshing前处理工具 一、Fluent Meshing有哪些亮点 作为高级的网格划分工具，如果没有几招“看家本例”来处理复杂的网格问题，那肯定是无法让人信服的，也就不能体现自己“高级”的身份和定位。当然，Fluent Meshing具备多种强大稳定的网格处理技术，是一定不会让大家失望的，下面就通过几个典型的特色做以介绍。 1、超级“高效”的网格划分速度 随着计算机的发展，越来越多的流体仿真问题需要我们使用更为复杂与细致的几何，对应的网格数量也越来越大。目前，千万级的网格已经成为大多数产品流体仿真工作的一个常用量级，为此，我们需要更快的网格划分效率来支持工作的进度要求。 Fluent Meshing具备极为高效的体网格生成技术。测试案例显示，在如下表所示的单机工作站上，Fluent Meshing生成5亿四面体网格所需的时间仅有75分钟，对应的网格文件（约29 Gb）输出时间也不超过11分钟。相比之下，其他流体工具在网格划分的速度上，就远远的落在后面了。
图2 ANSYS 流体网格划分效率对比 实际上，对于相对复杂的几何外形，Fluent Meshing生成1000万体网格也只需2-3分钟，而且稳定性好，内存利用率高，输出文件速度快，是提升流体工程师工作效率的必备工具。 2、丰富的网格“后”处理技术 作为一名Fluent流体工程师，可以说我们对*.msh（或*.cas）格式的网格文件是又爱又恨。爱它的原因自不用多说，它是Fluent求解器最常用的网格格式；恨他的原因也不在少数，尤其是当我们需要修改网格、但又不是自己划分的时候。如果没有Fluent Meshing，那么我们拿这些*.msh格式的网格文件是没有太多办法的，想修改无从下手，划分网格的原始几何和文件也无法找到。 当然，随着Fluent Meshing 的不断更新与发展，这个问题已经得到了很好的解决。Fluent Meshing把*.msh作为可编辑的格式，而且是唯一的；同时，还可以对读入的*.msh文件进行有针对性的修改，无论是六面体还是四面体，都能够在符合条件的范围内进行各种需求的处理。常见的网格修改包括： ●体网格质量（skewness）提升 ●局部加密 ●网格边界位置调整 ●体网格的复制、缩放与旋转 ●同名边界的准确分离 ●对已有的体网格新增边界层 ●多区域网格共节点拼接 ●…
网格划分的方法
网格划分的方法 1.矩形网格差分网格的划分方法 划分网格的原则： 1）水域边界的补偿。舍去面积与扩增面积相互抵消。2）边界上的变步长处理。 3）水、岸边界的处理。 4）根据地形条件的自动划分。 5）根据轮廓自动划分。
2.有限元三角网格的划分方法 1）最近点和稳定结构原则。 2）均布结点的网格自动划分。 3）逐渐加密方法。 35 30 25 20 15 10 5 05101520253035
距离(m)距 离 (m) 3. 有限体积网格的划分方法 1） 突变原则。 2） 主要通道边界。 3） 区域逐步加密。
距离(100m) 离距(100m )距离(100m)离距(100m )
4. 边界拟合网格的划分方法 1） 变换函数：在区域内渐变，满足拉普拉斯方程的边值问题。 ),(ηξξξP yy xx =+ ),(ηξηηQ yy xx =+ 2） 导数变化原则。 ?????? ??????=?????? ??????-ηξ1J y x ，???? ??=ηηξξy x y x J 为雅可比矩阵，??? ? ??--=-ηηξξy x y x J J 11， ξηηξy x y x J -= )22(1 222233ηηξηξηηξηξξηηηηηξξηηξξξηξy y x y y y x y y x x y y x y y x y J xx +-+-+-= 同理可得yy ξ，xx η，yy η。 变换方程为 020222=+++-=+++-）（）（ηξηηξηξξηξηηξηξξγβαγβαQy Py J y y y Qx Px J x x x 其中2222,,ξξηξξηηηγβαy x y y x x y x +=+=+=。
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。
网格划分的技巧和策略
在中国CAE论坛上看到这个，挺不错的 壳体单元网格划分时，如果能了解一些网格划分的技巧和策略，将会事半功倍。壳体网格划分可以从3个方面入手：几何模型、划分方法和解决策略。 1 几何模型 可以从以下几个方面了解和处理几何模型问题 （1）了解部件的形状，主要集中在尺寸小的部分。 （2）什么样的特征可以被忽略，例如小的倒角和圆孔。 （3）何种特征对分析是关键的特征，这些特征对确保好的单元质量是需要的。 2 划分方法(自动＋手工） 可以采用如下方法 （1）将部件分割为不同的区域。 （2）每个区域必须有可能只使用一种三维网格模式。 （3）寻找下述特点区域：大量生成区域、对称性区域、产生困难的区域。 （4）寻找大量不同区域和方法。 （5）注意什么样的二维网格模式被要求。 （6）观察周围区域：什么功能可以在那里使用。 （7）二维网格模式是否可以延伸到相邻区域中。 （8）寻找对网格模式不能处理位置进行网格划分的方法：如果这样做了，寻找网格可以触及的曲面；注意周围网格将与此模式相融合。 （9）小特征融入大特征中；大特征划分网格时必须考虑到小特征。 （10）注意网格模式。 3 解决策略 壳体网格划分的主要策略如下 （1）内部特征衔接外部特征： l 不能变成被限制的。 l 网格模式需要一个面流入以便它们可以停止 l 从内到外划分网格可以避免此问题。 （2）小特征融入到大特征中：注意模式、大特征划分网格时必须考虑到小特征。 （3）硬特征应当先处理，否则它们会变得难于处理。 （4）通常情况下首先进行大量的生成，后面的编辑是比较容易的。 某些区域比较重要的网格划分的质量要求高些，如力的作用区域，边界条件所在的区域。一些设计区域和离设计区域比较远的地方可以适当放宽要求，但是最好是一些网格性能指标要满足。
ANSYS网格划分控制 - 单元尺寸 - 单元形状
单元形状/Mshape： 0：四边形（缺省） 1：三角形 网格形式/Mshkey： 0：Free meshing（缺省） 1：Mapped meshing 2：Use mapped meshing if possible; otherwise, use free meshing Mshape：0 ；Mshkey ：0 Mshape：0 ；Mshkey ：1
Mshape：0 ；Mshkey ：2 Mshape：1 ；Mshkey ：0
Mshape：1 ；Mshkey ：1 Mshape：1 ；Mshkey ：2
Mshape：0 ；Mshkey ：1 【注】命令流： !实例- 下边密上边疏 /prep7 et,1,plane82 blc4,,,10,10 lsel,s,tan1,y !单元尺寸控制 lesize,all,,,10 lsel,s,loc,x,0 lesize,all,,,9,1/8 !左侧线space=1/8 lsel,s,loc,x,10 lesize,all,,,9,8 lsel,all mshape,0 !单元形状控制：四边形（缺省）mshkey,1 !网格类型控制:映射，缺省为自由amesh,all !实例–中间密两边疏 /clear /prep7 et,1,plane82
blc4,,,10,10 lsel,s,tan1,y lesize,all,,,10,-1/5 lsel,s,tan1,x lesize,all,,,9,-1/8 !space为负，表示中间段与两端的比值。 lsel,all mshape,0 mshkey,1 amesh,all
网格划分方法
网格划分的几种基本处理方法 学习2010-01-10 17:13:52 阅读48 评论0 字号：大中小 贴体坐标法： 贴体坐标是利用曲线坐标，并使其坐标线与燃烧室外形或复杂计算区域边界重合，这样所有边界点能够用网格点来表示，不需要任何插值。一旦贴体坐标生成通过变换，偏微分方程求解可以不在任意形状的物理平面上，而在矩形或矩形的组合（空间问题求解域为长方体或它们的组合）转换平面上进行。这样计算与燃烧室外形无关，也与在物理平面上网格间隔无关。 而是把边界条件复杂的问题转换成一个边界条件简单的问题；这样不仅可避免因燃烧室外形与坐标网格线不一致带来计算误差，而且还可节省计算时间和内存，使流场计算较准确，同时方便求解，较好地解决了复杂形状流动区域的计算，在工程上比较广泛应 用。 区域法： 虽然贴体坐标系可以使坐标线与燃烧室外形相重合，从而解决复杂流动区域计算问题。但有时实际流场是一个复杂的多通道区域，很难用一种网格来模拟，生成单域贴体网格，即使生成了也不能保证网格质量，影响流场数值求解的效果。因此，目前常采用区域法或分区网格，其基本思想是，根据外形特点把复杂的物理域或复杂拓扑结构的网格，分成若干个区域，分别对每个子区域生成拓扑结构简单的网格。由这些子区域组合而成的网格，或结构块网格。对区域进行分区时，若相邻两个子域分离边界是协调对接，称为对接网格；若相邻两子域有相互重叠部分，则此分区网格称为重叠网格。根据实际数值模拟计算的需要，把整个区域（燃烧室）分成几个不同的子区域，并分别生成网格。这样不仅可提高计算精度，而且还可节省计算机内存，提高收敛精度。但是计算时，必须考虑各区域连接边界处耦合以及变量信息及时、准确地传递问题。处理各个区域连接有多种方法，其中一个办法是在求解各变量时各区域可以单独求解若干次而对压力校正方程．设压力校正值在最初迭代时为零，为了保证流量连续各个区域应同时求解，然后对各个速度和压力进行校正。或者采用在两个区域交界处有一个重叠区，两个区域都对重叠区进行计算，重叠区一边区域内的值，要供重叠区另一边区域求解时用。或通过在重叠内建立两个区域坐标对应关系，实现数据在重叠区内及时传递。如果两个区采用网格疏密分布不相同，要求重叠区二边流量相等。区域法能合理解决网格生成问题，已被大量用来计算复杂形状区域流动。 区域分解法： 对于复杂几何形状的实际燃烧装置，为了保证数值求解流场质量，目前常采用区域分解法。该法基本要点是：根据燃烧室形状特点和流场计算需要，把计算区域分成一个主区域和若干个子区域，对各个区域（块）分别建立网格，并对各个区域分别进行数值求解。区域分解原则是尽量使每个子区域边界简便以便于网格建立，各个子区域大小也尽可能相同，使计算负载平衡有利于平行计算。各区域的网格间距数学模型以及计算方法都可以不同，通常在变量变化梯度大的区域，可以布置较细网格，并采用高阶紊流模型和描述复杂反应的紊流燃烧模型，以便更合理模拟实际流场。对于变量变化不太大区域，可采用较疏的网格和较简单的数学模型，这样可节省计算时间。各子区域的解在相邻子区域边界处通过耦合条件来实现光滑，相邻子区域连接重叠网格或对接网格来实现，在各子区域交界处通过插值法提供各子域求解变量的信息传递，满足各子域流场计算要求通量和动量守恒条件以便实现在交界面处各子域流场解的匹配和 耦合，从而取得全流场解。 非结构网格法： 上述各方法所生成的网格均属于结构化网格，其共同特点是网格中各节点排列有序，每个节点与邻点之间关系是固定的，在计算区域内网格线和平面保持连续。特别是其中分区结构网格生成方法已积累了较多经验，计算技术也较成熟，目前被广泛用来构造复杂外形区域内网格。但是，若复杂外形稍有改变，则将需要重新划分区域和构造网格，耗费较多人力和时间。为此，近年来又发展了另一类网格——非结构网格。此类网格的基本特点是：任何空间区域都被以四面体为单元的网格所划分，网格节点不受结构性质限制，能较好地处理边界，每个节点的邻点个数也可不固定，因此易于控制网格单元的大小、形状及网格的位置。与结构网格相比，此类网格具有更大灵活性和对复杂外形适应性。在20世纪80年代末和90年代初，非结构网格得到了迅速发展。生成非结构网格方法主要有三角化方法和推进阵面法两种。虽然非结构网格容易适合复杂外形，但与结构网格相比还存在一些缺点：（1）需要较大内存记忆单元节点之
有限元网格划分
有限元网格划分 摘要:总结近十年有限元网格划分技术发展状况。首先,研究和分析有限元网格划分的基本原则；其次,对当前典型网格划分方法进行科学地分类,结合实例,系统地分析各种网格划分方法的机理、特点及其适用范围,如映射法、基于栅格法、节点连元法、拓扑分解法、几何分解法和扫描法等；再次,阐述当前网格划分的研究热点,综述六面体网格和曲面网格划分技术；最后,展望有限元网格划分的发展趋势。 关键词:有限元网格划分；映射法；节点连元法;拓扑分解法；几何分解法；扫描法；六面体网格 1 引言 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。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。 2 有限元网格划分的基本原则 有限元方法的基本思想是将结构离散化,即对连续体进行离散化,利用简化几何单元来近似逼近连续体,然后根据变形协调条件综合求解。所以有限元网格的划分一方面要考虑对各物体几何形状的准确描述,另一方面也要考虑变形梯度的准确描述。为正确、合理地建立有限元模型,这里介绍划分网格时应考虑的一些基本原则。 2.1 网格数量 网格数量直接影响计算精度和计算时耗,网格数量增加会提高计
算精度,但同时计算时耗也会增加。当网格数量较少时增加网格，计算精度可明显提高,但计算时耗不会有明显增加;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就很小,而计算时耗却大幅度增加。所以在确定网格数量时应权衡这两个因素综合考虑。 2.2 网格密度 为了适应应力等计算数据的分布特点,在结构不同部位需要采用大小不同的网格。在孔的附近有集中应力,因此网格需要加密;周边应力梯度相对较小,网格划分较稀。由此反映了疏密不同的网格划分原则:在计算数据变化梯度较大的部位,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,网格则应相对稀疏。 2.3 单元阶次 单元阶次与有限元的计算精度有着密切的关联,单元一般具有线性、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。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,所以增加单元阶次可提高计算精度。但增加单元阶次的同时网格的节点数也会随之增加,在网格数量相同的情况下由高阶单元组成的模型规模相对较大,因此在使用时应权衡考虑计算精度和时耗。 2.4 单元形状 网格单元形状的好坏对计算精度有着很大的影响,单元形状太差的网格甚至会中止计算。单元形状评价一般有以下几个指标: (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。 (2)扭曲度:单元面内的扭转和面外的翘曲程度。 (3)节点编号:节点编号对于求解过程中总刚矩阵的带宽和波前因数有较大的影响,从而影响计算时耗和存储容量的大小 2.5 单元协调性 单元协调是指单元上的力和力矩能够通过节点传递给相邻单元。为保证单元协调,必须满足的条件是: (1)一个单元的节点必须同时也是相邻点,而不应是内点或边界
ANSYS 网格划分详细介绍
ANSYS 网格划分详细介绍 2008-09-27 18:01 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所有线段联成一条）来进行映射划分。 2 面上对边的网格划分数可以不同，但有一些限制条件。 3 面上可以形成全三角形的映射网格。 4 体可以是四面体、五面体、六面体或其它任意多面体。对于六面以上的多面体，必须用ACCAT命令将某些面联成一个面，以使得对于网格划分而言，仍然是四、五或六面体。 5 体上对应线和面的网格划分数可以不同，但有一些限制条件。
网格划分的原则
划分网格是建立有限元模型的一个重要环节，它要求考虑的问题较多，需要的工作量较大，所划分的网格形式对计算精度和计算规模将产生直接影响。为建立正确、合理的有限元模型，这里介绍划分网格时应考虑的一些基本原则。 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。 图1位移精度和计算时间随网格数量的变化 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。 图2是中心带圆孔方板的四分之一模型，其网格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b 中网格疏密相差更大，它比图a中的网格少48个，但计算出的孔缘最大应力相差1%，而计算时间却减小了36%。由此可见，采用疏密不同的网格划分，既可以保持相当的计算精度，又可使网格数量减小。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。
各种网格划分方法
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=2e112/m N 泊松比=0.3 密度=7.8e33 /m Kg 板壳： 厚度=0.02m 四条腿（梁）的几何特性： 截面面积=2e-42m 惯性矩=2e-84m 宽度=0.01m 高度=0.02m 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 0 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=2e112/m N 泊松比NUXY=0.3 密度DENS=7.8e33 /m Kg 第6步：建立有限元分析模型 1． 创建矩形，x1=0,x2=2,y1=0,y2=1 2． 将所有关键点沿Z 方向拷贝，输入DZ ＝－1 3． 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。 第7步：瞬态动力分析 1. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis ，弹出New Analysis 对话框。 2. 选择Transient ，然后单击OK ，在接下来的界面仍然单击OK 。 3. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Damping ， 弹出Damping Specifications 窗口。 4. 在Mass matrix multiplier 处输入5。单击OK 。 5. 选取菜单途径Main Menu > Solution > -Loads-Apply > -Structural- Displacement>On Nodes 。弹出拾取（Pick ）窗口，在有限元模型上点取节点232、242、252和262，单击OK ，弹出Apply U,ROT on Nodes 对话框。 6. 在DOFS to be constrained 滚动框中，选种“All DOF ”(单击一次使其高亮度显示， 确保其它选项未被高亮度显示）。单击OK 。 7. 选取菜单途径Utility Menu>Select>Everything 。 8. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>DB/Results File ，弹出Controls for Database and Results File Writing 窗口。 9. 在Item to be controlled 滚动窗中选择All items ，下面的File write frequency 中选择Every substep 。单击OK 。 10. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time – Time Step ，弹出Time – Time Step Options 窗口。 11. 在Time at end of load step 处输入1；在Time step size 处输入0.2；在Stepped or ramped b.c 处单击ramped ；单击Automatic time stepping 为on ；在Minimum time step size 处输入0.05；在Maximum time step size 处输入0.5。单击OK 。 12. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structure-Pressure>On Areas 。弹出Apply PRES on Areas 拾取窗口。 13. 单击Pick All ，弹出Apply PRES on Areas 对话框。 14. 在pressure value 处输入10000。单击OK 15. 选取菜单途径Main menu>Solution>Write LS File ，弹出Write Load Step File 对 话框。 16. 在Load step file number n 处输入1，单击OK 。 17. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time – Time Step ，弹出Time – Time Step Options 窗口。