注意:SmartSizing(SMRTSIZE)不能用于映射网格划分,另外,硬点不支持映射网格划分。
1面映射网格划分
面映射网格包括全部是四边形单元或者全部是三角形单元,面映射网格须满足以下条件:
①该面必须是三条边或者四条边(有无连接均可)。
②如果是四条边,对边必须划分为相同数目的单元,或者是划分一过渡型网格。如果是三条边,则线分割总数必须为偶数且每条边的分割数相同。
③网格划分必须设置为映射网格。 如图2-17所示为一面映射网格的实例。
如果一个面多于四条边,则不能直接用映射网格划分,但可以使某些线合并,或者连接时总线数减少到4条之后再用映射网格划分,如图2-18所示,方法如下:
连接线。 命令:LCCAT
GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Mapped>Concatenate>Lines 合并线。 命令:LCOMB
GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Lines
需指出的是,线、面或体上的关键点将生成节点,因此,一条连接线至少有线上已定义的与关键点数同样多的分割数,而且,指定的总体单元尺寸(ESIZE)是针对原始线而不是针对连接线,如图2-19所示。用户不能直接给连接线指定线分割数,但可以对合并线(LCOMB)指定分割数,所以通常来说,合并线比连接线有一些优势。
命令AMAP(GUI:Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Mapped>By Corners)提供了获得映射网格划分的最便捷途径,它使用所指定的关键点作为角点并连接关键点之间的所有线,面自动全部用三角形或四边形单元进行网格划分。
对于前面连接的例子,现利用AMAP方法进行网格划分。注意到在已选定的几个关键点之间有多条线,在选定面之后,已按任意顺序拾取关键点1、3、4和6,得到映射网格,如图2-20所示。
另一种生成映射网格的途径是指面的对边的分割数,以生成过渡映射四边形网格,如图2-21所示。需指出的是,指定的线分割数必须与图2-22和图2-23的模型相对应。 除了过渡映射四边形网格之外,还可以生成过渡映射三角形网格。为生成过渡映射三角形网格 ,必须使用支持三角形的单元类型,且须设定为映射划分 (MSHKEY,1),并指定
形状为容许三角形(MSHAPE,1,2D)。实际上,过渡映射三角形网格的划分是在过渡映射四边形网格划分的基础上自动将四边形网格分割成三角形,如图2-24所示,所以,各边的线分割数目依然必须满足图2-22和图2-23的模型。
2体映射网格划分
要将体全部划分为六面体单元,必须满足以下条件:
①该体的外形应为块状(6个面)、楔形或棱柱(5个面)、四面体(4个面)。 ②在边上必须划分相同的单元数,或分割符合过渡网格形式适合六面体网格划分。 ③如果是棱柱或者四面体,三角形面上的单元分割数必须是偶数,如图2-25所示。 与面网格划分的连接线一样,当需要减少围成体的面数以进行映射网格划分时,可以对面进行加(AADD)或者连接(ACCAT)。如果连接面有边界线,线也必须连接在一起,必须线连接面,再连接线,举例如下(命令流格式):
说明:一般来说,AADD(面为平面或者共面时)的连接效果优于ACCAT。
如上所述,在连接面(ACCAT)之后一般需要连接线(LCCAT),但是,如果相连接的两个面都是由4条线组成(无连接线)的,则连接线操作会自动进行,如果2-26所示,另外须注意,删除连接面并不会自动删除相关的连接线。
命令:ACCAT.
GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Concatenates>Areas Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Mapped 将面相加的方法如下: 命令:AADD
GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operates>Booleans>Add>Areas
注意:ACCAT命令不支持用IGES功能输入的模型,但是,可用ARMERGE命令合并由CAD文件输入模型的两个或更多面。而且,当以此方法使用ARMERGE命令时,在合并线之间删除了关键点的位置而不会有节点。
与生成过渡映射面网格类似,ANSYS程序允许生成过渡映射体网格。过渡映射体网格的划分只适合六面体(有无连接面均可),如图2-27所示。
2.5给实体模型划分有限元网格
构造好几何模型、定义了单元属性和网格划分控制之后,即可生成有限元网格了,通常建议用户在划分网格之前线保存模型,方法如下:
命令:SAVE
GUI: Utility Menu>File>Save as Jobname.db 2.5.1用xMESH命令生成网格
为对模型进行网格划分,必须使用适合待划分网格图元类型的网格划分操作,对关键点、线、面和体分别使用下列命令和GUI菜单路径进行网格划分:
1在关键点处生成点单元(如MSAA21)。 命令:KMESH
GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Keypoints 2在线上生成线单元(如LINK31) 命令:LMESH
GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Lines 3在面上生成面单元(如PLANE82) 命令:AMESH,AMAP
GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Mapped>3 or 4 sided Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Target Surf Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Mapped>By Corners 4在体上生成体单元(如SOLID90) 命令:VMESH
GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Mapped>4 to 6 sided Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free 5在分界线或者分解面处生成单位厚度的界面单元(如INTER192) 命令:IMESH
GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Interface Mesh>2D Interface Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Interface Mesh>3D Interface 另外还需要说明的是,使用xMESH命令有如下几点注意事项:
有时需要对实体模型用不同维数的多种单元划分网格。例如,带筋的壳有梁单元(线单元)和壳单元(面单元),另外还有用表面作用单元(面单元)覆盖于三维实体单元(体单元)。这种情况可按照任意顺序使用相应的网格划分操作(KMESH,LMESH,AMESH和VMESH),只需在划分网格之前设置合适的单元属性。
无论选取何种网格划分器(MOPT,VMESH,Value),在不同的硬件平台上对统一模型进行划分可能会得到不同的网格结果,这是正常。
2.5.2生成带方向节点的梁单元网格
可定义方向关键点作为线的属性对梁进行网格划分,方向关键点与待划分的线是独立的,在这些关键点位置处,ANSYS会沿着梁单元自动生成方向节点。支持这种方向节点的单元有:BEAM4,BEAM24,BEAM44,BEAM161,BEAM188和BEAM189。定义方向关键点的方法如下:
命令:LATT
GUI: Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>All Lines Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Picked Lines
如果一条线由两个关键点(KP1和KP2)组成且两个方向关键点(KB和KE)已定义为线的属性,方向矢量在线的开始处从KP1延伸到KB,在线的末端从KP2延伸到KE。ANSYS通过上面给定两个方向矢量的插入方向来计算方向节点。如图2-28,图2-29,图2-30,图2-31。
下面简单介绍定义带方向节点梁单元的GUI菜单路径:
①选择菜单路径Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Piked Lines,弹出Line Attributes对话框,如图2-32所示,在其中选择相应材料号(MAT)、实常数号(REAL)、单元类型号(TYPE)和梁截面号(SECT),然后在Pick Orientation Keypoints后面单击使其显示为Yes,单击OK按钮。在继续弹出的选择关键点的对话框中,选择适当的关键点作为方向关键点。
注意:第一个选中的关键点将作为KB,第二个将作为KE,如果只选择了一个 ,那么KE=KB。这之后就可以按普通的梁那样划分梁单元,在此不详述。
②如果想屏幕显示带方向点的梁单元,选择菜单路径Utility
Menu>PlotCtrls>Style>Size and Shape,弹出Size and Shape对话框,如图2-33所示,在ESHAPE后面单击On,然后单击OK按钮,屏幕即会显示如图2-31所示的梁单元。
2.5.3在分界线或者分界面处生成单元厚度的界面单元
为了真实模拟模型的接缝,有时候必须划分界面单元,用户可以用线性的或者非线性的2D或者3D分界面单元在结构单元之间的接缝层划分网格。图2-34是一个接缝模型的实例,下面针对该模型简单介绍一下如何划分界面网格。
1定义相应的材料属性和单元属性。
2利用AMESH或者VMESH(或者相应的GUI路径)给包含源面(如图2-34所示)的实体划分单元。
3利用IMESH,LINE;或者IMESH,AREA;或者VDRAG命令(或者相应的GUI路径)给接缝处(即分界层)划分单元。
4利用AMESH或者VMESH(或者相应的GUI路径)给包含目标面(如图2-34所示)的实体划分单元。
2.6 延伸和扫掠生成有限元模型
下面介绍一些相对上述方法而言更为简便的划分网格模式,即拖拉、旋转和扫掠生成有限员网格模型。其中延伸方法主要用于利用二维模型和二维单元生成三维模型和三维单元,如果不指定单元,那么就只会生成三维几何模型,有时候它可以成为布尔操作的替代方法 ,而且通常更为简便,详见2.6.1节。扫掠方法是利用二维单元在已有的三维几何模型上生成三维单元,详见2.6.2节,该方法对于从CAD中输入的实体模型通常特别游泳。显然,延伸方法与扫掠方法最大的区别在于:前者能在二维几何模型的基础上生成新的三维模型,同时划分好网格,而后者必须是在完整的几何模型基础上来划分网格。
2.6.1延伸生成网格
先用下面方法指定延伸(Extrude)的单元属性,如果不指定的话,后面的延伸操作都只会产生相应的几何模型而不会划分网格。另外,值得注意的是:如果想生成网格模型,则在源面(或者线)上必须划分相应的面网格(或者线网格):
命令:EXTOPT
GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Elem Ext Opts. 弹出“Element Extrusion Options”对话框,如图2-35所示,指定想要生成的单元类型(TYPE)、材料好(MAT)、实常数(REAL)、单元坐标系(ESYS)、单元数(VAL1)、单元比率(VAL2),以及指定是否要删除源面(ACLEAR)。
用以下命令可以执行具体的延伸操作: 1面沿指定轴线旋转生成体。 命令:VROTATE。
GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Areas>About Axis 2面沿指定方向延伸生成体。 命令:VEXT
GUI: Main Menu>Preprocesso>Modeling>Operate>Extrude>Areas>By XYZ Offset 3面沿其法线生成体。 命令:VOFFST
GUI: Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Areas>Along Normal