ANSYS第3章 网格划分技术及技巧(完全版)

ANSYS 入门教程 (5) - 网格划分技术及技巧之

网格划分技术及技巧、网格划分控制及网格划分高级技术

第 3 章 网格划分技术及技巧

3.1 定义单元属性

单元类型 / 实常数 / 材料属性 / 梁截面 / 设置几何模型的单元属性 3.2 网格划分控制

单元形状控制及网格类型选择 / 单元尺寸控制 / 内部网格划分控制 / 划分网格 3.3 网格划分高级技术

面映射网格划分 / 体映射网格划分 / 扫掠生成体网格 / 单元有效性检查 / 网格修改

3.4 网格划分实例

基本模型的网格划分 / 复杂面模型的网格划分 / 复杂体模型的网格划分

创建几何模型后，必须生成有限元模型才能分析计算，生成有限元模型的方法就是对几何模型进行网格划分，网格划分主要过程包括三 个步骤：

⑴ 定义单元属性

单元属性包括：单元类型、实常数、材料特性、单元坐标系和截面号等。 ⑵ 定义网格控制选项

★ 对几何图素边界划分网格的大小和数目进行设置； ★ 没有固定的网格密度可供参考；

★ 可通过评估结果来评价网格的密度是否合理。 ⑶ 生成网格

★ 执行网格划分，生成有限元模型； ★ 可清除已经生成的网格并重新划分； ★ 局部进行细化。 3.1 定义单元属性 一、定义单元类型 1. 定义单元类型

命令：ET, ITYPE, Ename, KOP1, KOP2, KOP3, KOP4, KOP5, KOP6, INOPR ITYPE - 用户定义的单元类型的参考号。 Ename - ANSYS 单元库中给定的单元名或编号，它由一个类别前缀和惟一的编号组成，类别前缀可以省略，而仅使用单元编号。 KOP1~KOP6 - 单元描述选项，此值在单元库中有明确的定义，可参考单元手册。也可通过命令KEYOPT进行设置。

INOPR - 如果此值为 1 则不输出该类单元的所有结果。

例如：

et,1,link8 ! 定义 LINK8 单元，其参考号为 1；也可用 ET,1,8 定义 et,3,beam4 ! 定义 BEAM4 单元，其参考号为 3；也可用 ET,3,4 定义

2. 单元类型的 KEYOPT

命令：KEYOPT, ITYPE, KNUM, VALUE

ITYPE - 由ET命令定义的单元类型参考号。 KNUM - 要定义的 KEYOPT 顺序号。 VALUE - KEYOPT 值。

该命令可在定义单元类型后，分别设置各类单元的 KEYOPT 参数。 例如：

et,1,beam4 ! 定义 BEAM4 单元的参考号为 1 et,3,beam189 ! 定义 BEAM189 单元的参考号为 3

keyopt,1,2,1 ! BEAM4 单元考虑应力刚度时关闭一致切线刚度矩阵 keyopt,3,1,1 ! 考虑 BEAM189 的第 7 个自由度，即翘曲自由度

! 当然这些参数也可在 ET 命令中一并定义，如上述四条命令与下列两条命令等效： et,1,beam4,,1 et,3,beam189,1

3. 自由度集

命令：DOF, Lab1, Lab2, Lab3, Lab4, Lab5, Lab6, Lab7, Lab8, Lab9, Lab10 4. 改变单元类型 命令：ETCHG, Cnv

5. 单元类型的删除与列表

删除命令：ETDELE, ITYP1, ITYP2, INC 列表命令：ETLIST, ITYP1, ITYP2, INC 二、 定义实常数 1. 定义实常数

命令：R,NSET,R1,R2,R3,R4,R5,R6 续：RMORE,R7,R8,R9,R10,R11,R12 ......

其中：

NSET - 实常数组号（任意），如果与既有组号相同，则覆盖既有组号定义的实常数。

R1～R12 - 该组实常数的值。 使用 R 命令只能一次定义 6 个值，如果多于 6 个值则采用续行命令 RMORE 增加另外的值。每重复执行 RMORE 一次，则该组实常数增加 6 个值，如 7～12、13～18、19～24 等。 ★ 各类单元有不同的实常数值，其值的输入必须按单元说明中的顺序；

★ 如果实常数值多于单元所需要的，则仅使用需要的值；如果少于所需要的，则以零值补充。

★ 一种单元可有多组实常数，也有一些单元不需要实常数 (如实体单元)。

例如 BEAM4 单元，需要的实常数值有 12 个： AREA、IZZ、IYY、TKZ、TKY、THETA 和 ISTRN、IXX、SHEARZ、SHEARY、SPIN、ADDMAS 设采用直径为 0.1m 的圆杆，其实常数可定义为： D=0.1

PI=acos(-1) a0=pi*d*d/4 I0=pi*D**4/64

IX=pi*D**4/32

R,3,a0,i0,i0,d,d,0 ! 定义第 3 组实常数的 AREA、IZZ、IYY、TKZ、TKY、THETA Rmore,0,ix,0,0,0,2.0 ! 定义第 3 组实常数的其它实常数值

2. 变厚度壳实常数定义

命令：RTHICK,Par,ILOC,JLOC,KLOC,LLOC Par - 节点厚度的数组参数（以节点号引用），如 mythick(19) 表示在节点 19 的壳体厚度。

ILOC - 单元I节点的厚度在实常数组中的位置，缺省为 1。 JLOC---单元J节点的厚度在实常数组中的位置，缺省为 2。 KLOC---单元K节点的厚度在实常数组中的位置，缺省为 3。 LLOC---单元L节点的厚度在实常数组中的位置，缺省为 4。

该命令后面的四个参数顺序与节点厚度的关系比较复杂，例如设某个单元：节点厚度数组为 MYTH；单元节点顺序： I J K L；节点编号： NI NJ NK NL； RTHICK 命令参数： 3 2 4 1；IJKL 节点厚度： MYTH(NL)、MYTH(NJ)、MYTH(NI)、MYTH(NK)。 典型的如壳厚度为位置的函数，其命令流如下： finish $ /clear $ /PREP7

ET,1,63 $ blc4,,,10,10 $ ESIZE,0.5 $ AMESH,1

MXNODE = NDINQR(0,14) ! 得到最大节点号

*DIM,THICK,,MXNODE ! 定义数组，以存放节点厚度 *DO,i,1,MXNODE ! 以节点号循环对厚度数组赋值 THICK(i) = 0.5 + 0.2*NX(i) + 0.02*NY(i)**2

*ENDDO ! 结束循环 RTHICK,THICK(1),1,2,3,4 ! 赋壳厚度 /ESHAPE,1.0 $ eplot !带厚度显示壳单元 3. 实常数组的删除与列表

删除命令：RDELE, NSET1, NSET2, NINC

列表命令：RLIST, NSET1, NSET2, NINC

其中 NSET1,NSET2,NINC - 实常数组编号范围和编号增量， 缺省时 NSET2 等于 NSET1 且 NINC=1。NSET1 也可为 ALL。

三、 材料属性

每一组材料属性有一个材料参考号，用于识别各个材料特性组。一个模型中可有多种材料特性组。

1. 定义线性材料属性

命令：MP,Lab,MAT,C0,C1,C2,C3,C4 Lab - 材料性能标识，其值可取：

EX：弹性模量（也可为 EY、EZ）。

ALPX：线膨胀系数（也可为 ALPY、ALPZ）。 PRXY：主泊松比（也可为 PRYZ、PRXZ）。 NUXY：次泊松比（也可为 NUYZ、NUXZ）。 GXY：剪切模量（也可为 GYZ、GXZ）。 DAMP：用于阻尼的K矩阵乘子，即阻尼比。 DMPR：均质材料阻尼系数。 MU：摩擦系数。

DENS：质量密度。

MAT - 材料参考号，缺省为当前的 MAT 号（由 MAT 命令确定）。

C0 - 材料属性值，如果该属性是温度的多项式函数，则此值为多项式的常数项。 C1～C4 - 分别为多项式中的一次、二次、三次、四次项系数，如为 0 或空，则定义一个常数的材料性能。

2. 定义线性材料属性的温度表

命令：MPTEMP, STLOC, T1, T2, T3, T4, T5, T6

3. 定义与温度对应的线性材料特性

命令：MPDATA, Lab, MAT, STLOC, C1, C2, C3, C4, C5, C6 4. 复制线性材料属性组

命令：MPCOPY, --, MATF, MATT 5. 改变指定单元的材料参考号 命令：MPCHG, MAT, ELEM 6. 线性材料属性列表和删除

列表命令：MPLIST, MAT1, MAT2, INC, Lab, TEVL 删除命令：MPDELE, Lab, MAT1, MAT2,I NC 7. 修改与线胀系数相关的温度 命令：MPAMOD, MAT, DEFTEMP 8. 计算生成线性材料温度表

命令：MPTGEN, STLOC, NUM, TSTRT, TINC 9. 绘制线性材料特性曲线

命令：MPPLOT, Lab, MAT, TMIN, TMAX, PMIN, PMAX 10. 设置材料库读写的缺省路径 命令：/MPLIB, R-W_opt, PATH 11. 读入材料库文件

命令：MPREAD, Fname, Ext, --, LIB 12. 将材料属性写入文件

命令：MPWRITE, Fname, Ext, --, LIB, MAT 13. 激活非线性材料属性的数据表

命令：TB, Lab, MAT, NTEMP, NPTS, TBOPT, EOSOPT 14. 定义 TB 温度值

命令：TBTEMP, TEMP, KMOD

15. 定义 TB 数据表中的数据

命令：TBDATA, STLOC, C1, C2, C3, C4, C5, C6 16. 定义非线性数据曲线上的一个点 命令：TBPT, Oper, X, Y

17. 非线性材料数据表的删除和列表

删除命令：TBDELE, Lab, MAT1, MAT2, INC 列表命令：TBLIST, Lab, MAT 18. 非线性材料数据表的绘图

命令：TBPLOT, Lab, MAT, TBOPT, TEMP, SEGN 四、 梁截面

★ BEAM18x 单元，需定义单元的横截面（称为梁截面）； ★ BEAM44也可使用梁截面也可输入截面特性实常数；

★ 仅 BEAM18x 可使用多种材料组成的截面；

★ 仅 BEAM18x 可使用变截面梁截面，而 BEAM44 可输入实常数。 1. 定义截面类型和截面 ID

命令：SECTYPE,SECID,Type,Subtype,Name,REFINEKEY SECID - 截面识别号，也称为截面 ID 号。 Type - 截面用途类型，其值可取：

BEAM：定义梁截面，应用于等截面时，见下文。 TAPER：定义渐变梁截面（变截面梁）。 SHELL：定义壳

PRETENSION：定义预紧截面 JOINT：连接截面，如万向铰。

Subtype - 截面类型，对于不同的 Type 该截面类型不同，如：

当 Type=BEAM 时，Subtype 可取：

RECT：矩形截面； QUAD：四边形截面； CSOLID：实心圆形截面； CTUBE：圆管截面；CHAN：槽形截面； I：工字形截面； Z：Z形截面； L：L形截面； T：T形截面； HATS：帽形截面； HREC：空心矩形或箱形； ASEC：任意截面； MESH：自定义截面

当 Type=JOINT（有刚度可大角度旋转）时，Subtype 可取： UNIV：万向铰； REVO：销铰或单向铰；

Name - 8 个字符的截面名，字符可包含字母和数字。

REFINEKEY - 设置薄壁梁截面网格的精细水平，有 0（缺省）～5（最精细）六个水平。

2. 定义梁截面几何数据（Type = BEAM）

命令：SECDATA, VAL1, VAL2, VAL3, VAL4, VAL5, VAL6, VAL7, VAL8, VAL9, VAL10 其中 VAL1~VAL10 为数值，如厚度、边长、沿边长的栅格数等，每种截面的值是不同的。 ANSYS 定义了 11 种常用的截面类型，每种截面输入数据如下： ⑴ Subtype = RECT： 矩形截面 输入数据：B,H,Nb,Nh

B - 截面宽度。 H - 截面高度。

Nb - 沿宽度 B 的栅格数（cell），缺省为 2。 Nh - 沿高度 H 的栅格数，缺省为 2。

⑵ Subtype = QUAD：四边形截面

输入数据：yI, zI, yJ, zJ, yK, zK, yL, zL, Ng, Nh yI,zI,yJ,zJ,yK,zK,yL,zL - 各点坐标值。 Ng,Nh - 沿 g 和 h 的栅格数，缺省均为 2。 如果输入一个相同的坐标，可以退化为三角形。

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