第3章网格划分技术及技巧.docx

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第3章网格划分技术及技巧

第3章网格划分技术及技巧

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

3.1.1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

3.1.2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

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RMORE命令增加另外的值。

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，也有单元不需要实常数的。

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：

IJKL

节点编号：

NINJNKNL

RTHICK命令参数：

3241

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。

3.1.3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,INC

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

3.1.3截面梁

★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：

⑴Subtype=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。

⑵Subtype=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。

如退化为三角形也可，输入一个相同的坐标。

⑶Subtype=CSOLID：

实心圆截面

输入数据：

R,N,T

R---半径。

N---圆周方向划分的段数，缺省为8。

T---半径方向划分的段数，缺省为2。

⑷Subtype=CTUBE：

圆管截面

输入数据：

Ri,R0,N

Ri---管的内半径。

R0---管的外半径。

N---沿圆周的栅格数，缺省为8。

⑸Subtype=CHAN：

槽形截面

输入数据：

W1,W2,W3,t1,t2,t3

W1,W2---翼缘宽度。

W3---全高。

t1,t2---翼缘厚度。

t3---腹板厚度

⑹Subtype=I：

工字形截面

输入数据：

W1,W2,W3,t1,t2,t3

W1,W2---翼缘宽度。

W3---全高。

t1,t2---翼缘厚度。

t3---腹板厚度

⑺Subtype=Z：

Z形截面

输入数据：

W1,W2,W3,t1,t2,t3

W1,W2---翼缘宽度。

W3---全高。

t1,t2---翼缘厚度。

t3---腹板厚度

⑻Subtype=L：

L形截面

输入数据：

W1,W2,t1,t2

W1,W2---腿长。

t1,t2---腿厚度。

⑼Subtype=T：

T形截面

输入数据：

W1,W2,t1,t2

W1---翼缘宽长。

W2---全高。

t1---翼缘厚度。

t2---腹板厚度。

⑽Subtype=HATS：

帽形截面

输入数据：

W1,W2,W3,W4,t1,t2,t3,t4,t5

W1,W2---帽沿宽度。

W3---帽顶宽度。

W4---全高。

t1,t2---帽沿厚度。

t3---帽顶厚度。

t4,t5---腹板厚度。

⑾Subtype=HREC：

空心矩形截面或箱形截面

输入数据：

W1,W2,t1,t2,t3,t4

W1---截面全宽。

W2---截面全高。

t1,t2,t3,t4---壁厚。

⑿Subtype=ASEC：

任意截面

输入数据：

A,Iyy,Iyz,Izz,Iw,J,CGy,CGz,SHy,SHz

A---截面面积。

Iyy---绕y轴惯性矩。

Iyz---惯性积。

Izz---绕z轴惯性矩。

Iw---翘曲常数。

J---扭转常数。

Cgy---质心的y坐标。

CGz--质心的z坐标。

SHy---剪切中心的y坐标。

SHz---剪切中心的z坐标。

⒀Subtype=MESH：

自定义截面

当截面不是常用的11个截面时，可采用自定义截面。

自定义截面具有很大的灵活性，可定义任意形状的截面，材料也可不同，因此对于梁截面该自定义截面可满足各种情况下的使用要求。

自定义截面要使用SECWRITE命令和SECREAD命令。

finish$/clear$/prep7

sectype,1,beam,rect!

定义矩形截面，ID=1

secdata,2,3

sectype,2,beam,quad!

定义四边形截面，ID=2

secdata,-1,-1,1.2,-1.2,1.4,1.3,-1.1,1.2

sectype,3,beam,csolid!

定义实心圆截面，ID=3

secdata,4

sectype,4,beam,ctube!

定义圆管截面，ID=4

secdata,8,9

sectype,5,beam,chan!

定义槽形截面，ID=5

secdata,80,90,160,10,12,8

sectype,6,beam,I!

定义工字形截面，ID=6

secdata,80,60,150,10,8,12

sectype,7,beam,z!

定义Z形截面，ID=7

secdata,70,80,120,10,10,8

sectype,8,beam,l!

定义L形截面，ID=8

secdata,120,70,8.5,8.5

sectype,9,beam,t!

定义T形截面，ID=9

secdata,120,140,10,12

sectype,10,beam,hats!

定义帽形截面，ID=10

secdata,40,50,60,130,10,12,16,10,10

sectype,11,beam,hrec!

定义箱形截面，ID=11

secdata,40,50,10,10,10,10

!

可采用SECPLOT,ID（ID输入相应的号）查看截面及数据。

3.定义变截面梁几何数据（Type=TAPER）

命令：

SECDATA,Sec_IDn,XLOC,YLOC,ZLOC

Sec_IDn---已经定义的梁截面识别号，用于端点1（I）和2（J）截面ID。

XLOC,YLOC,ZLOC---整体坐标系中Sec_IDn的位置坐标。

变截面梁的定义首先需要定义两个梁截面，然后根据拟定义的变截面梁再定义各个梁截面ID所在的空间位置。

两端的两个截面拓扑关系相同，即必须满足具有相同的Subtype类型、相同的栅格数和相同的材料号。

例如下面给出了工字形截面的变截面应用示例。

finish$/clear$/prep7

sectype,1,beam,I

secdata,160,120,200,10,10,8!

定义梁截面ID=1及其数据

sectype,2,beam,I

secdata,320,240,300,16,16,12!

定义梁截面ID=2及其数据

!

创建3个关键点和一条线

k,1$k,2,800,300$k,100,400,400$l,1,2

sectype,3,taper!

定义变截面梁Id=3

secdata,1,kx

（1）,ky

（1）,kz

（1）!

一个端点的截面采用ID1,位置用坐标给出

secdata,2,kx

（2）,ky

（2）,kz

（2）!

另一端点的截面采用ID2,位置用坐标给出

et,1,beam189$mp,ex,1,2.1e5$mp,prxy,1,0.3!

定义单元及材料属性

lesize,all,,,8$latt,1,,1,,100,,3$lmesh,all!

网分控制、为线赋单元属性、网分

/eshape,1$eplot!

查看单元形状

4.定义截面偏移

当Type=BEAM时命令：

SECOFFSET,Location,OFFSETY,OFFSETZ,CG-Y,CG-Z,SH-Y,SH-Z

Location---偏移有4个选择位置，分别为：

CENT：

梁节点偏移到质心（缺省）。

SHRC：

梁节点偏移到剪心。

ORIGIN：

梁节点偏移到横截面原点。

USER：

梁节点偏移到用户指定位置（相对横截面原点）

，由OFFSETY,OFFSETZ确定。

OFFSETY,OFFSETZ---仅当Location=USER时，梁节点相对于横截面原点的偏移量。

CG-Y,CG-Z,SH-Y,SH-Z---用于覆盖程序自动计算的质心和剪心位置。

高级用户可用其创建复合材料的横截面模型。

还可使用SECCONTROL命令控制横截面剪切刚度。

当Type=SHELL时命令：

SECOFFSET,Location,OFFSET

Location---偏移也有4个选择位置，分别为：

TOP：

壳节点偏移到顶面。

MID：

壳节点偏移到中面。

BOT：

壳节点偏移到底面。

USER：

用户定义，偏移梁由OFFSET指定。

OFFSET---仅当Location=USER时，相对于中面的偏移距离。

5.梁截面特性列表

命令：

SLIST,SFIRST,SLAST,SINC,Details,Type

6.删除所定义的截面

命令：

SDELETE,SFIRST,SLAST,SINC,KNOCLEAN

其中KNOCLEAN为预紧单元清除参数，如为0则删除预紧单元并通过PMESH时再形成；如为1则不删除预紧单元。

其余参数同SLIST命令。

7.绘制所定义截面

命令：

SECPLOT,SECID,VAL1,VAL2

SECID---截面ID号。

VAL1,VAL2---输出控制参数。

对BEAM：

VAL1=0则不显示栅格；VAL1=1则显示栅格。

对SHELL：

VAL1和VAL2表示显示层号的范围。

8.自定义截面的存盘和读入

存盘命令：

SECWRITE,Fname,Ext,--,ELEM_TYPE

读入命令：

SECREAD,Fname,Ext,--,Option

Fname---文件名及其路径（可达248个字符）。

Ext---文件名的扩展名，缺省为“SECT”。

ELEM_TYPE---单元类型属性指示器，此参数意义不大。

Option---从何处读入的控制参数。

如Option=LIBRARY（缺省）则从截面库中读入截面数据。

如Option=MESH则从用户网分的截面文件中读入，该文件包含了栅格和栅点等数据。

创建自定义截面的基本步骤有：

①创建2D面，可完全表达截面形状。

②定义且仅能定义PLANE82或MESH2000单元，如果有多种材料则定义材料号。

③定义网分控制并划分网格。

④用SECWRITE命令写入文件。

⑤用SECTYPE和SECREAD命令定义截面ID等。

由两种材料组成，其分界线如图中所示，其自定义截面命令流如下：

!

EX3.2自定义多种材料截面

finish$/clear$/prep7

Ro=1.5$Ri=1.0!

定义两个半径

csys,1$cyl4,,,ri$cyl4,,,ro!

设置柱坐标系，创建两个圆面

aptn,all!

作面分割运算

wprota,,90$asbwa,all!

切分面

wprota,,,90$asbw,all$wpcsys!

切分面

et,1,plane82!

定义单元类型为PLANE82

mymat1=4$mymat2=7!

定义两个材料参数，分别赋值4和7

mp,ex,mymat1,1.0$mp,ex,mymat2,2.0!

定义材料参考号，具体特性可任意

asel,s,loc,x,0,ri$aatt,mymat1,,1!

内部圆面为材料mymat1

asel,s,loc,x,ri,ro$aatt,mymat2,,1!

外部环面为材料mymat2

allsel$esize,0.25$mshape,0,2d!

定义网格控制、单元形状

mshkey,1$amesh,all!

定义网格划分方式并网分

secwrite,mycsolid,sect!

将截面写入mycsolid.sect文件

!

下面准备读入截面并使用

finish$/clear$/prep7

et,1,beam189!

定义单元类型为BEAM189

mym1=4$mym2=7!

定义两个材料参数，此值与MYMAT对应

mp,ex,mym1,3.0e10

mp,prxy,mym1,0.167!

定义材料参考号MYM1和具体特性值

mp,ex,mym2,2.1e11

mp,prxy,mym2,0.3!

定义材料参考号MYM2和具体特性值

sectype,1,beam,mesh!

定义用户梁截面

secread,mycsolid,sect,,mesh!

读入mysolid.sect文件

k,1$k,2,,,10$l,1,2$lesize,all,,,20!

创建关键点和线，及线的网格划分控制

latt,,,1,,,,1!

此处采用了缺省材料参考号，即便指定材料参考号也不起作用

lmesh,all$/eshape,1!

划分网格，打开单元形状