ANSYS第章网格划分技术及技巧完全版.docx

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ANSYS第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：

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。

 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,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

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。

 ⑶ Subtype=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。

 ⑷ Subtype=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。

  ⑸ Subtype=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

  ⑹ Subtype=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

 ⑺ Subtype=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

 ⑻ Subtype=L：

 L形截面

   输入数据：

W1,W2,t1,t2

       W1,W2-腿长。

       t1,t2-腿厚度。

 ⑼ Subtype=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。

 ⑽ Subtype=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。

⑾ Subtype=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。

 ⑿ Subtype=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。

⒀ Subtype=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。

    梁截面定义示例：

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 $