ANSYS 入门教程 - 网格划分控制

leiwang0714

3.2   网格划分控制

    在 3.1 节中介绍了如何定义单元属性和怎样赋予几何图素这些性质，这里则介绍如何控制网格密度或大小、划分怎样的网格及如何实施划分网格等问题。
    但是网格划分控制不是必须的，因为采用缺省的网格划分控制对多数模型都是合适的；如果不设置网格划分控制则 ANSYS 自动采用缺省设置对网格进行划分。

一、单元形状控制及网格类型选择

1.   单元形状控制
    命令：MSHAPE, KEY, Dimension
        KEY - 划分网格的单元形状参数，其值可取：
            KEY=0：如果 Dimension=2D 则用四边形单元划分网格；如果 Dimension=3D 则用六面体单元划分网格。
            KEY=1：如果 Dimension=2D 则用三角形单元划分网格；如果 Dimension=3D 则用四面体单元划分网格。
    在设置该命令的参数时，应考虑所定义的单元类型是否支持这种单元形状。

2.   网格类型选择
    命令：MSHKEY, KEY
    其中 KEY 表示网格类型参数，其值可取：
        KEY=0（缺省）：自由网格划分（free meshing）
        KEY=1：映射网格划分（mapped meshing）
        KEY=2：如果可能则采用映射网格划分，否则采用自由网格划分。
    单元形状和网格划分类型的设置共同影响网格的生成，二者的组合不同，所生成的网格也不相同。



                            ANSYS支持的单元形状和网格划分类型组合


                   没有指定单元形状和网格划分类型时将发生的情况




3.   中间节点的位置控制
    命令：MSHMID, KEY
    其中 KEY 为边中间节点位置控制参数，其值可取：
        KEY=0（缺省）：边界区域单元边上的中间节点与区域线或面的曲率一致。
        KEY=1：设置所有单元边上的中间节点使单元边为直的，允许沿曲线进行粗糙的网格划分。
        KEY=2：不生成中间节点，即消除单元的中间节点。

    上述几条命令的应用示例如下命令流。
        !  EX3.4 A   两种单元形状和两种网格划分比较
        finish  $ /clear  $ /prep7
        et,1,plane82                                         ! 定义单元类型
        k,1  $ k,2,8  $ k,3,7,6  $ k,4,1,6            ! 创建关键点
        a,1,2,3,4  $ esize,1                               ! 创建面、定义单元尺寸
        mshape,0  $ mshkey,0                          ! 四边形单元、自由网格划分




        ! mshape,0  $ mshkey,1         !四边形形状、映射网格划分
        ! mshape,1  $ mshkey,1         !三角形形状、映射网格划分
        ! mshape,1  $ mshkey,0         !三角形形状、自由网格划分




    对于中间节点的位置控制比较如下命令流所示。
        !  EX3.4B 中间节点位置控制网格划分比较
        finish  $ /clear  $ /prep7
        et,1,plane82  $ cyl4,,,4,,8,60  $ lesize,all,,,2         ! 定义单元类型、创建面、设置单元尺寸
        mshape,0  $ mshkey,1                                          ! 设置四边形单元形状、映射网格划分类型
        mshmid,0                                                              !（缺省）中间节点在曲边上，与几何模型一致
        !mshmid,1                                                             ! 中间节点在直线的单元边上，与几何模型有差别
        !mshmid,2                                                             ! 无中间节点，与几何模型有差别
        amesh,all                                                              ! 划分网格




二、单元尺寸控制

    单元尺寸控制命令有 DESIZE、SMRTSIZE 及 AESIZE、LESIZE、KESIZE、ESIZE 等 6 个命令。
    DESIZE 命令为缺省的单元尺寸控制，通常用于映射网格划分控制，也可用于自由网格划分但此时必须关闭 SMRTSIZE 命令；
    SMRTSIZE 命令仅用于自由网格划分而不能用于映射网格划分。
    因此可以说映射网格划分采用 DESIZE 命令，而自由网格划分采用 SMRTSIZE 命令。

1.   映射网格单元尺寸控制的 DESIZE 命令
    命令：DESIZE, MINL, MINH, MXEL, ANGL, ANGH, EDGMN, EDGMX, ADJF, ADJM
        MINL - 当使用低阶单元时每条线上的最小单元数，缺省为 3。
            如 MINL=DEFA 则采用缺省值；
            如 MINL=STAT 则列表输出当前的设置状态；
            如 MINL=OFF 则关闭缺省的单元尺寸设置；
            如 MNIL=ON 则重新激活缺省的单元尺寸设置（缺省时该命令是激活的）。
        MINH - 当使用高阶单元时每条线上的最小单元数，缺省为 2。
        ANGL - 曲线上低阶单元的最大跨角，缺省为 15°。
        ANGH - 曲线上高阶单元的最大跨角，缺省为 28°。
        EDGMN - 最小的单元边长，缺省则不限制。
        EDGMX - 最大的单元边长，缺省则不限制。
        ADJF - 仅在自由网格划分时，相近线的预定纵横比。
        对 h 单元缺省为 1（等边长），对 p 单元缺省为 4。
        ADJM - 仅在映射网格划分时，相邻线的预定纵横比。对h单元缺省为 4（矩形），对 p 单元缺省为 6。
        DESIZE 命令的缺省设置仅在没有用 KESIZE、LESIZE、AESIZE、ESIZE  指定单元尺寸时使用，即该命令设置的级别低于上述 4 个命令（与命令的先后顺序无关）。

2.   自由网格单元尺寸控制的 SMRTSIZE 命令
    命令：SMRTSIZE,  SIZLVL,  FAC,  EXPND,  TRANS,  ANGL,  ANGH,  GRATIO,  SMHLC,  SMANC,  MXITR,  SPRX
        SIZLVL - 网格划分时的总体单元尺寸等级，控制网格的疏密程度，可取：
            N：智能单元尺寸等级值，其值在 1（精细）～10（粗糙）之间，此时其它参数无效。
        STAT - 列表输出 SMRTSIZE 设置状态。
        DEFA - 恢复缺省的 SMRTSIZE 设置值。
        OFF - 关闭智能化网格划分。


3.   局部网格划分单元尺寸控制
    映射网格和自由网格划分的单元尺寸控制，总体上可分别采用 DESIZE 和 SMRTSIZE 命令进行设置，以获得缺省的单元尺寸和网格。但大多数情况下仍需要深入网格划分过程，以获得理想或满意的网格和单元尺寸， 这时可通过 LESIZE、KESIZE 和 ESIZE 更多地进行控制。

⑴   线的单元尺寸定义
    命令：LESIZE, NL1, SIZE, ANGSIZ, NDIV, SPACE, KFORC, LAYER1, LAYER2, KYNDIV
        NL1 - 线编号，其值可取 ALL、组件名或装配名及 P 进入 GUI 选择线。
        SIZE - 如 NDIV 为空，则 SIZE 为单元边长。分段数将自动根据线长计算并圆整，如 SIZE 为 0  或空，则采用 ANGSIZ 或 NDIV 参数。
        ANGSIZE - 将曲线分割成许多角度，按此角度将线划分为多段。该参数仅在 SIZE 和 NDIV 为空或 0 时有效。
        NDIV - 如为正则表示每条线的分段数。
        SPACE - 分段的间隔比率。如为正，表示最后一个分段的长度与第 1 段长度之比（大于 1 表示单元尺寸越来越大，小于 1 表示单元尺寸越来越小）。如为负，则 |SPACE| 表示中间的分段长度与两端的分段长度之比。
        KFORC - 修改线分段控制参数，仅用于 NL1=ALL 时。KFORC 可取：
            0：仅修改没有指定划分段的线。
            1：修改所有线。
            2：仅修改划分段数小于本命令设定值的线。
            3：仅修改划分段数大于本命令设定值的线。
            4：仅修改 SIZE、ANGSIZ、NDIV、SPACE、LAYER1、LAYER2 不为 0 的线。
       如果 KFORC=4  或 0 或空，则原有设置保持不变。

        LAYER1 - 层网格控制参数，用来指定内层网格的厚度。
        LAYER2 - 层网格控制参数，用于设置外层网格的厚度.
        KYNDIV - 当 KYNDIV=0、NO 或 OFF 时，表示 SMRTSIZE 设置无效；如果线的分段数不匹配，则映射网格划分失败。当 KYNDIV=1、YES 或 ON 时，表示 SMRTSIZE 设置优先，即对大曲率或相邻区域优先采用 SMRTSIZE 的设置。

    示例：
        !  下边密上边稀
        finish  $ /clear  $ /prep7
        et,1,plane82  $ blc4,,,10,10                     ! 定义单元类型、创建面
        lsel,s,tan1,y  $ lesize,all,,,10                    ! 水平线定义 10 个分段数
        lsel,s,loc,x,0  $ lesize,all,,,9,1/8                ! 左侧线定义 SPACE=1/8
        lsel,s,loc,x,10  $ lesize,all,,,9,8                 ! 右侧线定义 SPACE=8，左右侧线起终点方向不同
        lsel,all  $ mshape,0  $ mshkey,1              ! 定义单元形状和划分类型
        amesh,all



        !  中间密外边稀
        finish  $ /clear  $ /prep7
        et,1,plane82  $ blc4,,,10,10                         ! 定义单元类型、创建面
        lsel,s,tan1,y  $ lesize,all,,,10,-1/5                 ! 水平线中间段是两边段的 1/5
        lsel,s,tan1,x  $ lesize,all,,,9,-1/8                   ! 竖直线中间段是两边段的 1/8
        lsel,all  $ mshape,0  $ mshkey,1                  ! 定义单元形状和划分类型
        amesh,all



⑵   关键点最近处单元边长定义
    命令：KESIZE, NPT, SIZE, FACT1, FACT2
        NPT - 关键点编号，也可为 ALL、P、组件名或装配名。
        SIZE - 沿线接近关键点 NPT 处单元的边长（覆盖任何较低级的尺寸设置）。如 SIZE=0，则使用 FACT1 和 FACT2 参数。
        FACT1 - 比例因子，作用于以前既有的 SIZE 上，仅在本 SIZE=0 或空时有效。
        FACT2 - 比例因子，作用于与关键点 NPT 相连的线上设置的最小分段数。该参数适用于自适应网格细分，仅在本 SIZE 和 FACT1 为 0 或空时有效。

⑶   线划分的缺省尺寸
    命令：ESIZE,SIZE,NDIV
        SIZE - 线上单元边长，线的分段数根据边长自动计算。如 SIZE=0 或空则使用 NDIV 参数。
        NDIV - 线上单元的分段数，如果输入了 SIZE 则该参数无效。
    该命令设置区域边界线上的分段数或单元长度，也可用 LESIZE 或 KESIZE 命令设置。


⑷   面内部的单元尺寸定义
    命令：AESIZE,ANUM,SIZE
        ANUM - 面的编号，也可为 ALL、P、组件名或装配名。
        SIZE - 单元尺寸值。
    该命令对面内部的单元网格设置尺寸， 而 LESIZE、KESIZE 和 ESIZE 等则设置面边界线的分段或单元尺寸。对于没有指定单元尺寸的线和关键点，AESIZE 命令也可用于线的单元尺寸设置。



⑸   单元尺寸定义的优先级
    用 DESIZE 定义单元尺寸的优先级 (一般对应 MAP 方式)，对任何给定线为：
        A：用 LESIZE 命令设置的划分常是高级别；
        B：如果未用 LESIZE 设置划分，则用 KESIZE 定义单元尺寸；
        C：如果未用 LESIZE 和 KESIZE 设置划分，则用 ESIZE 定义单元尺寸；
        D：如果上述都未用，则用 DESIZE 命令控制线上的单元尺寸。
    用 SMETSIZE 定义单元尺寸的优先级 (一般对应 FREE 方式)，，对任何给定线为：
        A：用 LESIZE 命令设置的划分常是高级别；
        B：如果未用 LESIZE 设置划分，则用 KESIZE 定义单元尺寸；
        C：如果未用 LESIZE 和 KESIZE 设置划分，则用 ESIZE 定义起始单元尺寸；
        D：如果上述都未用，则用 SMRTSIZE 命令控制线上的单元尺寸。

三、 内部网格划分控制

    前述内容集中在几何实体模型的边界外部单元尺寸的定义上，如 KESIZE、LESIZE 和 ESIZE 命令等。然而在面的内部可采用 MOPT 命令和方法进行网格划分控制，该命令为：
        MOPT,Lab,Value

    其中：

        Lab - 选项名称

              当 Lab =  AORDER 时，表示划分面的顺序：Value=ON  则首先划分较小的面，即按面尺寸从小到大的顺序划分网格。缺省为 OFF。

              当 Lab = QMESH 时，表示四边形面网格划分器控制：
                  Value = DEFAULT：由系统选择四边形表面网格划分器。
                  Value = MAIN：采用主四边形网格划分器，如果划分失败也不更换备用四边形网格划分器。

              当 Lab = PYRA 时，表示过渡金字塔单元控制。体的有些区域可用六面体网格划分，而有些复杂区域可能需要用四面体网格划分。

                        但在同一网格中混用六面体网格和四面体网格会造成单元之间的不连续，而采用金字塔单元可解决六面体单元和四面体单元

                        之间的连接。

              当 Lab = STAT 时，表示显示 MOPT 状态。
                  命令为 MOPT,STAT：其它参数均无效。

              当 Lab = DEFA 时，表示恢复 MOPT 命令的缺省设置。
                  命令为 MOPT,DEFA。

四、划分网格

    划分网格主要有 xMESH 系列命令。
1.   在关键点处生成点单元
    命令：KMESH, NP1, NP2, NINC
    该命令在生成单元的同时，生成单元所需要的节点，并自动进行节点编号 （从最低可用节点编号开始）。如 MASS21 等单元可采用 KMESH命令。
2.   在几何线上生成线单元
    命令：LMESH, NL1, NL2, NINC
    该命令在线上生成线单元和所需节点，如 LINK 系列和 BEAM 系列等单元。
3.   在几何面上生成面单元
    命令：AMESH, NA1, NA2, NINC
    该命令在面上生成单元和所需节点，如 PLANE 系列和 SHELL 系列单元等。
    如为 PLANE 系列则拟划分网格的面必须平行于总体直角坐标系的 XY 平面。
4.   在几何体上生成体单元
    命令：VMESH, NV1, NV2, NINC
    该命令在体上生成单元和所需节点，如 SOLID 系列单元等。其中 NX1(x=K,L,A,V) 可取 ALL、P、组件名或装配名。

     网格划分的步骤总结如下：
⑴   定义单元属性
    单元类型定义如 ET 命令；
    实常数定义如 R、RMORE 命令；
    材料特性定义如 MP、MPTEMP 和 MPDATA、TB 和 TBDATA 等命令；
    截面号定义如 SECTYPE、SECDATA 等命令。
⑵   赋予几何模型单元属性
    xATT 系列命令，如 KATT,LATT,AATT,VATT 命令。
⑶   定义网格划分控制
    定义单元形状和网格划分类型，如 MSHAPE 和 MSHKEY 等命令。
    单元尺寸设置，如 DESIZE、SMRTSIZE 及 LESIZE、KESIZE、ESIZE.
    内部单元尺寸设置，如 AESIZE、MOPT 等命令。
⑷   划分网格
    对几何图素划分网格，如 KMESH、LMESH、AMESH 和 VMESH 命令等。
    其它划分网格命令如 AMAP、IMESH、VSWEEP、FVMESH 命令等。

wscjx

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