有限元分析的网格生成方法

有限元分析的网格生成方法

在anyss中，对于简单的小型模型，直接配置单元和节点以生成有限模型的方法相对容易，从而完全控制几何结构以及每个节点和单元的编号。然而，对于复杂模型，通常首先创建实体模型，然后网络提取包含节点和单元的有限模型。网格和网格分离的优点直接决定了ansys平方计算的准确性和精度。这里,为了更好的解决实际问题和满足需求,介绍了一些特殊的有限元网格生成方法。(一)建立网格划分建立有限元模型一般是把实体模型按区域分别进行网格划分,全部划分完后则形成了整体有限元模型。各部分的网格划分包括3个步骤:1.定义单元属性,包括指定单元类型、实常数、材料属性等。命令为:xATT(当对象为线时,x为L,对象为面时,x为A,对象为体时,x为V)。2.设置网格划分控制,建立对实体模型划分网格所需要的各种参数,如单元形状、中间节点位置、单元大小等,这是整个分析中最重要的因素之一,因为这些设置将决定生成的模型能否满足分析的准确性和经济性。这里,可以设置的参数有很多,如可以设置用自由划分或映射划分,智能划分等。主要命令有:MSHKEY,MSHAPE,xESIZE(当对象为线时,x为L,对象为面时,x为A)。3.生成网格。命令有:xMesh(当对象为线时,x为L,对象为面时,x为A,对象为体时,x为V)。生成后,还可用“细化网格”进一步对网格进行细化,最终得到满意的有限元模型。(二)网格生成的特殊方法1.对于贝的有限元模型若模型中有一些相同的部分,则可以考虑使用拷贝操作。拷贝操作不仅适用于几何体而且适用于其网格。即可以先建立一个模型中的相同部分的实体模型,对其划分网格形成有限元模型,然后对其进行拷贝,形成多个有限元模型,这样可以简化操作步骤。特殊的拷贝有移动和镜面映射:移动实际上是拷贝的特例,若拷贝完成后删除原几何对象则成了移动。镜面映射也可以说是一种特殊的拷贝。如果模型中存在几何对称,就可以先创建一半模型并划分单元网格,然后由对称性创建另一半模型和网格。2.高维数几何对象拖拉是利用低维数的几何对象按照一定方式(法向延伸、增量延伸、路径拖拉与绕轴旋转)获得高维数的几何对象。其中有:(1)关键点沿线拖拉生成平行线或者绕轴旋转生成弧线;(2)线沿轨迹拖拉或者绕轴旋转生成面;(3)拖拉面生成几何体。其中在(2)、(3)中,如果线或面已经划分了单元网格,则可以在拖拉生成面或体的同时生成面单元或体单元。3.几何模型的建立划分体扫掠网格,要求几何体具有一对拓扑结构相同的源面和目标面(源面与目标面允许形状不同,但可能导致扫掠失败),并且源面与目标面的对应顶点之间都用一条棱线相连,即是一个柱体或旋转体几何模型。扫掠体网格划分方法是:首先给源面划分面网格(自动进行,不需要事先人为划分面网格),然后沿柱体或旋转体棱线扫掠贯穿整个柱体或旋转体生成多层体网格(三棱柱体单元和六面体单元)。4.区域网格划分在一些实际问题中,需要在模型中某些区域网格密度大、某些区域网格密度小,为实现这种要求,可以根据网格密度把模型划分为多个子区域,并且在网格密度悬殊的区域之间建立过渡区域。如下例:区域1中的网格密度很大,而区域4中的密度很小,为了划分网格成功,在它们间设立了2个过渡区域2、3,这2个区域的网格密度介于1、4之间。这样既保证了网格划分成功,又使整个模型不会过于复杂。5.求解次数的确定自适应网格划分是程序自动估计网格划分误差,来确定网格是否足够细,如果不够的话,将自动细化网格以减少误差,然后通过一系列的求解过程使得误差低于用户指定的数值(或直到用户指定的最大求解次数)。但并不是所有的情况都能适用于自适应网格划分,需要满足一些条件:(1)ANSYS软件中包含一个预先写好的宏,ADAPT.MAC,完成自适应网格划分的功能。而标准的ADAPT过程只适用于单次求解的线性静力结构分析和线性稳态热分析。(2)模型最好使用一种材料类型。(3)模型必须使用支持误差计算的单元类型。(4)模型必须是可以划分网格的:即模型中不能有引起网格划分出错的地方。6.模型边界的计算子模型是得到模型部分区域中更加精确解的有限元技术,子模型方法又称为切割边界位移法或特定边界位移法。切割边界就是子模型从整个较粗糙的模型中分割开的边界。整体模型切割边界的计算位移值即为子模型的边界条件。子模型技术有以下优点:(1)它减少甚至消除了有限元实体模型中所需的复杂的传递区域。(2)它使用户可以在感兴趣的区域就不同的设计进行分析。(3)它帮助用户证明网格划分是否足够细。但也有一些限制:(1)只对体单元和壳单元有效。(2)子模型的原理要求切割边界应远离应力集中区域。(三)计算网格尽量简单,尽量提高网格大小对于千差万别的实际情况和研究需求,需要建立合适的有限元模型。而模型的建立,网格生成是一个很关键的步骤,它不仅要求网格足够精细,以满足计算精度,而且考虑到计算时间和效率,又