第07讲_划分网格.ppt

1、剖分网格ANSYS ,第07讲,2003年5月,剖分网格概述,剖分网格 包括三个步骤: 定义单元属性 指定网格剖分控制 生成网格 本章将详细讲解这三个步骤，另外还将讨论剖分网格的附加选项。 本章主题包括: A. 多单元属性 E. 六面体四面体（Hex-to-Tet） 剖分 B. 控制网格密度F. 网格拖拉（Extrusion） C. 改变网格G. 扫掠（Sweep） 剖分 D. 映射（映射 ）剖分 H. Workshop,2003年5月,剖分网格A. 多单元属性,如前面所讨论的，任何一个单元都具有如下的属性: 单元类型 (TYPE) 实常数 (REAL) 材料性质 (MAT) 大多数有限元模型

2、都含有多个单元属性。例如，图示的筒仓具有两种单元类型、三种实常数和两种材料。,MAT 1 = concrete MAT 2 = steel,REAL 1 = 3/8” thickness REAL 2 = beam properties REAL 3 = 1/8” thickness,TYPE 1 = shell TYPE 2 = beam,2003年5月,剖分网格.多单元属性,当你采用多种单元类型、实常数和材料特性时，你需要确认各种单元是否都被赋予正确的属性。有三种方法完成这一工作: 在剖分网格前将属性赋于所选的实体模型 在剖分网格前激活单元类型、实常数和材料特性的全局设置 在剖分网格后修改

3、单元的属性 若没有进行属性赋值， ANSYS 对模型中的所有单元应用缺省设置 MAT=1, TYPE=1, and REAL=1 。注意，当前激活的 TYPE, REAL, and MAT 将被用于网格剖分操作。,2003年5月,剖分网格.多单元属性,为实体模型赋属性 1.首先定义所有必需的单元类型、材料特性和实常数。 2.然后应用分网工具（ MeshTool Preprocessor MeshTool ）的 “Element Attributes” : 选择实体类型，然后点击SET 按钮 拾取准备赋属性的实体 在后续的对话框中设置相应的属性 或者选择实体并且应用VATT, AATT, LAT

4、T, 或 KATT 命令 3.当你对所选实体剖分网格时，它的属性被自动地传给单元。,2003年5月,剖分网格.多单元属性,应用全局属性设置 1.定义所有必需的单元类型、实常数、材料特性设置 2.然后应用分网工具(Preprocessor MeshTool)中的单元属性 “Element Attributes” 部分 : 选择 Global 然后按下 SET 按钮 在“Meshing Attributes” 对话框中激活所需的属性组合，这些属性就成为TYPE, REAL, and MAT 设置 或应用 TYPE, REAL, and MAT 命令 3.对所选实体剖分网格,2003年5月,剖分网格

5、.多单元属性,修改单元属性 1.定义所有必需的单元类型、实常数、材料特性设置 2.激活所需的TYPE, REAL, and MAT 设置： Preprocessor -Attributes- Define Default Attribs. 或应用 TYPE, REAL, and MAT 命令 3.修改单元属性: 执行 EMODIF,PICK 命令，或选择 Preprocessor Move/Modify -Elements- Modify Attrib 然后拾取需要修改属性的单元 在后续的对话框中将属性设置为 “All to current.”,2003年5月,剖分网格.多单元属性,注意事项:

6、 可以通过激活属性编号检查单元属性: Utility Menu PlotCtrls Numbering 或者执行 /PNUM,attr,ON, 命令，这里 attr 可以是 TYPE, MAT, 或 REAL,直接分配到模型实体上的单元属性将代替该实体缺省的属性设置 对模型的实体直接分配单元属性可以避免再分网过程中重新设置属性。由于ANSYS剖分网格的算法对所有的实体同时进行剖分效率最高，因此这样直接分配单元属性具有优越性。 由于属性是直接分配到实体上的，以后的有限元操作（如清除节点和单元）并不影响实体模型的单元属性。,2003年5月,剖分网格.多单元属性,Demo: Resume ribge

7、om.db List element types, real constants, and materials. One of each has been defined. Bring up MeshTool, choose area attributes, and press Set Pick the single area, show the Area Attributes dialog box, and press OK. (There is only one set of attributes, but this illustrates the general procedure.),

8、2003年5月,网格密度控制剖分网格.网格密度控制,智能尺寸（ SmartSizing） 根据线段的曲率、距孔的距离和其他特性以及单元的阶数分别确定所有线段的分割长度，并以此确定单元的尺寸。 在缺省状态SmartSizing 是处于关闭状态，但是建议在自由剖分网格时打开SmartSizing，这并不影响映射剖分（映射 Meshing） (有关Free Meshing 和 映射 Meshing将在以后讨论),2003年5月,剖分网格.网格密度控制,应用 SmartSizing: 进入MeshTool (Preprocessor MeshTool), 打开 SmartSizing, 并且设置所需的

9、尺寸级别 或者应用 SMRT,level 尺寸级别范围是从1 (最密) 到 10 (最粗)，缺省值是 6。 然后同时剖分所有的体（或面），不要一个一个地剖分。,2003年5月,剖分网格.网格密度控制,例如采用不同的 SmartSize 级别进行四面体剖分的效果如图所示。 高级 SmartSize 控制，例如网格扩展和过渡因子是可以通过SMRT命令或图形用户界面Preprocessor -Mwshing- Size Cntrls -SmartSize- Adv Opts.设置的。 可以通过MeshTool或者执行smrt,off命令关闭SmartSizing。,2003年5月,剖分网格.网格密度

10、控制,全局单元尺寸 允许对实体模型设置最大单元边界长度（或者每条线段的分割段数）: ESIZE,SIZE Preprocessor MeshTool “Size Controls - Global” Set Preprocessor -Meshing- Size Cntrls -Global- Size,可以单独应用或与SmartSizing联合应用 。 单独应用 ESIZE 命令 (SmartSizing off) 可对实体（或面）剖分均匀的网格。 在 SmartSizing on的状态下， ESIZE 只发挥“指导”作用，其所指定的尺寸要服从于适应线段曲率等特性。,2003年5月,剖分网格

11、.网格密度控制,缺省尺寸 如果没有指定任何控制，ANSYS则应用缺省设置，基于单元的阶数设置最小、最大线段划分段数、纵横比率等。 缺省尺寸主要用于映射剖分（映射 Meshing），但若在 SmartSizing off 状态，也可用于自由剖分。 可以调整缺省尺寸设置 DESIZE Preprocessor -Meshing- Size Cntrls -Global- Other.,2003年5月,剖分网格.网格密度控制,关键点尺寸 在关键点控制单元尺寸: Preprocessor MeshTool “Size Controls: Keypt” Set Preprocessor -Meshing

12、- Size Cntrls -Keypoints - KESIZE 命令 不同的关键点可以有不同的关键点尺寸，这样可以对网格做更多的控制。 这在应力集中区域特别有用。 指定的尺寸要服从于SmartSizing以适应线段曲率等特性。,2003年5月,剖分网格.网格密度控制,线尺寸 通过线控制单元尺寸: Preprocessor MeshTool Size Controls: Lines Set or LESIZE command or Preprocessor -Meshing- Size Cntrls -Lines- 不同的线段可以有不同的线尺寸LESIZEs. 尺寸定义可以是“硬”的也可以是

13、“软”的 网格划分器即使在SmartSizing是“on”的情况下，也总是依据“硬”尺寸划分网格。它高于其它尺寸控制。 “软”尺寸要服从于SmartSizing. 也可以指定一个比率最后一个分割与第一个分割的比率。通常将分割朝一端或朝中间偏置。,Yes for “soft” No for “hard”,2003年5月,剖分网格.网格密度控制,面尺寸 控制面内单元的尺寸: Preprocessor MeshTool “Size Controls: Areas” Set or AESIZE command or Preprocessor -Meshing- Size Cntrls -Areas-

14、不同的面可以有不同的面尺寸AESIZEs. 若没有定义LESIZE or KESIZE，并且相邻面没有很小的尺寸，面的边界线将采用设定的尺寸。 设定的尺寸要服从于SmartSizing以适应线的曲率、距孔的距离等特性。,2003年5月,剖分网格.网格密度控制,Demo: Resume ribgeom.db Mesh with SMRT,6. (Not a very good mesh) Re-mesh with SMRT,3 (good mesh) Set ESIZE to 0.2 and re-mesh. The mesh becomes coarse even though SMRT is

15、 set to 3, because the smart-mesher takes ESIZE into account. Also note that the element sizes are not uniform (because SMRT is on). Turn off SMRT and re-mesh. Element sizes are now uniform.,2003年5月,剖分网格C. 网格修改,若认为划分的网格不满意，可以采用以下三步重新划分网格: 1.清除网格 清除 操作是分网操作的逆操作，它清楚单元和节点。 应用 MeshTool上的Clear键, 或者应用 VCL

16、EAR, ACLEAR, 命令等 (若正在应用MeshTool，可以跳过这一步，因为当执行第3步时，程序将提示是否清除网格) 2.指定新的或不同的网格控制。 3.再一次划分网格。,2003年5月,剖分网格.网格修改,剖分网格的另一个选项是在指定的区域细分“refine” 网格。 该选项只是对所有的面单元和四面体单元是有效的。 最简单的方式是应用 MeshTool: 首先保存数据库 选择指定细分区域的方式 节点、单元、关键点、线或面等 然后按 Refine 键 选择需要细分的实体（若选择 “All Elems”则不需要这一步） 最后选择细分的级别，一般从级别1（最小的细分）开始 。,2003年5

17、月,剖分网格.网格修改,Demo: Continuing the last demo (ribgeom has been meshed with ESIZE = 0.2) Choose refinement at Lines and press Refine Pick the top line, then choose the default “minimal refinement”,2003年5月,剖分网格.映射 剖分网格,自由网格 容易生成，不需要将复杂形状分割成规则形状。 体单元剖分只能采用四面体单元，导致单元数目很多。 只能应用高阶四面体单元 (10-node) 因此模型的自由度数目非

18、常大. 映射网格 通常单元数目较少。 可以应用低阶单元。 面和体的形状必须是“规则”的，并且网格划分要受到一定的限制。 对于具有复杂性中的体，很难成功地划分。,2003年5月,剖分网格.映射 剖分网格,生成自由网格 对于剖分面和体，自由网格是缺省设置。 生成自由网格是比较容易的: 打开 MeshTool 并且改变自由剖分网格的设置 一般情况下建议采用SmartSizing 剖分自由网格，因此激活 SmartSizing 并且设置其尺寸级别。保存数据库。 然后点击 Mesh 键开始剖分网格。 出现拾取框后，点击 Pick All 选取所有实体 (建议） 或者应用 VMESH,ALL 命令或 AM

19、ESH,ALL,2003年5月,剖分网格.映射 剖分网格,生成映射网格 因为剖分的体和面必须满足一定的要求，生成映射网格不象生成自由网格那样容易: 面必须包含三条或四条线 (三角形或四边形) 体必须包含4、5或6个面 (四面体、三角锥或六面体) 单元相对边的剖分数必须一致 三角形面或四面体，所分单元数必须是偶数,2003年5月,剖分网格.映射 剖分网格,对于四边形面或六面体，允许相对线分割数不一致，如图所示的例子，但是分割数必须满足下页所示的公式。,2003年5月,剖分网格.映射 剖分网格,2003年5月,剖分网格.映射 剖分网格,映射剖分网格 包含三个步骤: 确认分割实体是一规则形状，即面具

20、有三条或四条边，体具有四、五或六条边。 设定尺寸和形状控制 生成网格,2003年5月,剖分网格.映射 剖分网格,确认分割实体是一规则形状 在大多数情况下，几何模型的面多于四条线，体多于六条边，为将其转化为规则形状，需要做以下操作中的一种或两种: 将面（或体）分割，简化形状。 连接两条或多条线（或面）以减少实体边的总数。,2003年5月,剖分网格.映射 剖分网格,分割可以由布尔（Boolean）操作中的 divide 完成 可以选用工作平面、面或线作为分割工具 有时生成一个新线或新面要比将工作平面移动并定位在正确位置还要容易,2003年5月,剖分网格.映射 剖分网格,连接（ Concatenat

21、e） 生成一条新线 (用于剖分网格的目的) ，这是两条线或多条线的组合，因此可以减少组成面的线。应用 LCCAT 命令或 Preprocessor -Meshing- Concatenate Lines, 然后拾取需要连接的线 对于面的连接采用ACCAT 命令或 Preprocessor -Meshing- Concatenate Areas,2003年5月,剖分网格.映射 剖分网格,也可以通过简单地指定面的三个或四个角点来隐含连接，在这种情况下，ANSYS在内部生成一个连接 。 为此目的，在MeshTool 中选择 Quad 和 Map 网格。 然后将下面的下拉菜单的 3 or 4 side

22、d 改成 Pick corners。 单击 Mesh 按钮，拾取面，然后拾取形成规则形状的3或4个角点 。,2003年5月,剖分网格.映射 剖分网格,连接需注意的问题: 这是纯粹用于剖分网格的一个操作，因此应当是所有实体建模完成以后，剖分网格前的最后一步，由连接操作得到的实体不能被用于实体建模操作。 可以通过删除连接所产生的面或线来 “undo” 连接操作。 对于映射剖分体网格，连接面是比连接线更复杂，因为连接面也需要连接一些线。仅当两个相连的具有四条边的面被连接时，相应的线才自动连接。 若线或面相切，应当考虑应用布尔运算的加操作。,2003年5月,剖分网格.映射 剖分网格,设定尺寸和形状控制

23、 这是剖分映射网格过程的第二步。 选择形状是简单的。在MeshTool中，剖分面选择Quad ，剖分体选择Hex，然后选择Mapped。 在以下情况下通常应用尺寸和级别控制: 一般情况下，线段尺寸 LESIZE 总是要设定的。 如果指定单元的全局尺寸ESIZE ，没有设定线段尺寸的线段将采用单元全局尺寸。 如果没有指定单元的全局尺寸ESIZE ，没有设定线段尺寸的线段将采用缺省的单元尺寸DESIZE 。 SmartSizing 是不可用的。,2003年5月,剖分网格.映射 剖分网格,如果指定线段分割，要记住： 相对边的分割数要匹配，可以只设定一条边，映射分割自动地将线段分割数传到对边。 若已执

24、行了连接操作，分割数只是被施加于原先的线段，而不施加于对边。,6 divisions specified on each original line. 12 divisions will be automatically applied to this line (opposite to composite line). How many divisions are used for the other two lines? (Upcoming demo will answer it.),2003年5月,剖分网格.映射 剖分网格,生成映射网格 一旦确认规则形状并设定合适的分段后，生成网格时很简

25、单的，只需单击的 MeshTool 的 Mesh 键，然后在拾取器中选取 Pick All 或者拾取准备划分网格的实体即可。,2003年5月,剖分网格.映射 剖分网格,Demo: Resume ribfull.db Bring up MeshTool and apply 6 divisions to top and right lines Map-mesh the area using “Pick corners.” Notice that the left and bottom lines get only two divisions each (from DESIZE). Now spec

26、ify ESIZE,4 (4 divisions per line) and re-mesh Finally, clear line divisions, specify ESIZE,0.1 (size), and re-mesh,2003年5月,剖分网格E. Hex-to-Tet 剖分网格,到目前为止，我们所接触到的实体网格剖分只有两类: 自由剖分网格，全部为四面体网格。尽管这种网格剖分很容易，但在很多情况下这并不是我们所期望的，因为它所产生的单元数和节点数太多。 映射剖分网格，全部为六面体网格，这是我们所期望的，但在很多情况下要得到这样的网格时非常困难的 。 Hex-to-tet 剖分网格

27、 提供了第三种选择，它允许根据结构实体的具体情况，分别选择六面体网格或四面体网格，并且在不破坏网格的一致性的前提下形成两种网格的组合。,2003年5月,剖分网格.Hex-to-Tet 剖分网格,这一选择是通过在六面体网格和四面体网格转换区域生成金字塔形状的网格而实现的。 要求能够划分六面体网格 (或至少在共享面内可以划分四边形网格)。 首先产生所有的四边形，然后在转换区域内将四面体单元组合、形成金字塔单元。 以上操作仅仅对同时支持四面体形状和金字塔形状的单元是可用的。即: Structural SOLID95, 186, VISCO89 Thermal SOLID90 Multiphysics

28、 SOLID62, 117, 122,SOLID95,即使是在转换区域，结果也是很好的。并且即使是在线性六面体单元到二次四面体单元转换时，单元界面也是协调的。,2003年5月,剖分网格.Hex-to-Tet 剖分网格,Hex-to-tet 剖分网格 同时允许 quadratic-to-quadratic 和 linear-to-quadratic 转换. 单元类型必须支持九节点金字塔单元。,Hex Mesh,Transition Layer,Tet Mesh,Quadratic to Quadratic,Linear to Quadratic,2003年5月,剖分网格.Hex-to-Tet 剖

29、分网格,四个步骤: 1.生成六面体网格 首先应用映射网格剖分规则体 (或者应用四边形剖分共享面) 对于应力分析，可以选择8节点块体 (SOLID45 or SOLID185) 或20节点块体 (SOLID95 or SOLID186),2003年5月,剖分网格.Hex-to-Tet 剖分网格,2.激活同时支持金字塔形状和四面体形状的单元类型。 常用能将阶成金字塔形状或四面体形状的块体单元。可通过单元手册找出哪类单元是满足这一要求的。 例如: Structural SOLID95, 186, VISCO89 Thermal SOLID90 Multiphysics SOLID62, 117, 1

30、22,2003年5月,剖分网格.Hex-to-Tet 剖分网格,3.生成四面体单元 首先激活自由剖分。 然后剖分准备剖分成四面体网格的体。 在界面上自动生成金字塔单元。,2003年5月,剖分网格.Hex-to-Tet 剖分网格,4.将退化的四面体单元转换为10节点四面体单元。 这样生成的四面体单元包含退化的四面体单元，例如由20节点块体单元退化成的10节点四面体单元。 这些单元不如真实的四面体单元有效，例如SOLID92，在求解过程中所用内存更少、所写的结果文件也更少。 将退化的四面体单元转换为真实的四面体单元: Preprocessor -Meshing- Modify Mesh Chang

31、e Tets. 或应用 TCHG 命令,2003年5月,剖分网格.Hex-to-Tet 剖分网格,Demo: Resume hextet.db Show element type list using Element Type Add/Edit/Delete. There are two element types: SOLID45 & 95 Bring up MeshTool and set ESIZE,1 (size) Map-mesh the regular shaped volume Set element type to 2, and activate tet-Meshing Fre

32、e-mesh the other volume Convert degenerate tets to SOLID92 Show element type list. There are now three element types. Select elements of type 2 (SOLID95 pyramids) and plot elements,2003年5月,剖分网格F. 网格拉伸,当将面拉伸为体时，可以同时将面单元拉伸为体单元。这叫做网格拉伸。 优点: 容易将体全部剖分成块单元（六面体）或六面体单元和金字塔单元的组合。 要实现网格拉伸，体必须具有可以进行拉伸操作的形状。,Ex

33、trude,2003年5月,剖分网格.网格拉伸,步骤 1.定义两种单元类型 一种面单元和一种体单元。 面单元: 选择 MESH200 四边形单元， MESH200 是一种仅用于划分网格（不进行求解）的单元，并且没有自由度和材料性质。 体单元: 应当是与MESH200相协调的单元。例如，若 选择具有中间节点的MESH200 单元，则应当选择具有中间节点的三维实体单元。 ET command or Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete,2003年5月,剖分网格.网格拉伸,2.用MESH200单元剖分准备拉伸的面。 定义需要的网格密度，采用映射剖分或自由

34、剖分。 Preprocessor MeshTool 3.选择单元拉伸选项。,EXTOPT 命令或 Preprocessor Operate Extrude Elem Ext Opts 典型选项是: 激活类型属性(应当是三维实体) 在拉伸方向的单元划分数 (即厚度方向的单元数)，必须大于零；否则只拉伸面而没有单元。,2003年5月,剖分网格.网格拉伸,4.拉伸面 首先删除连接线，如果存在连接线，ANSYS不能执行拉伸操作。 Preprocessor -剖分网格- Concatenate -Del Concats- Lines 然后根据需要选用任意一种拉伸方式拉伸面。,2003年5月,剖分网格.网

35、格拉伸,Demo: Resume ribgeom.db Bring up the Element Types dialog, delete PLANE82 element type, and replace it with MESH200 4-node quad Also add SOLID45 as element type 2 Bring up MeshTool and set ESIZE,0.1 Choose free quad-Meshing and mesh the area Set extrusion options: TYPE=2, number of element divisions = 4 Rotate view to ISO Extrude area along normal with offset = 0.4 Save the database to ribvol.db,2003年5月,剖分网格G. 扫掠 剖分网格,