本文格式為Word版，下載可任意編輯——ansys網格劃分控制其次章劃分網格

學習要點分派單元屬性網格劃分的控制有限元網格模型生成編號控制本章小結

機械CAD論壇

2.1有限元網格概論

生成節點和單元的網格劃分過程包括以下3個步驟：①定義單元屬性

②定義網格生成控制（非必需），ANSYS程序提供了大量的網格生成控制，用戶可按需要選擇。③生成網格。

2.2設定單元屬性

在生成節點和單元網格之前，必需定義適合的單元屬性，包括如下幾項：①單元類型（例如。BEAM3,SHELL61等）。②實常數（例如厚度和橫截面積）。

③材料性質（例如楊氏彈性模量、熱傳導系數等）。④單元坐標系。

⑤截面號（只對BEAM44,BEAM188,BEAM189單元有效）。注意：對于梁結構網格的劃分，用戶有時候需要指定方向關鍵點。

2.2.1生成單元屬性表

為了定義單元屬性，首先必需建立一些單元屬性表。典型的包括單元類型、實常數、材料性質。利用LACAL、CLOCAL等命令可以創立坐標系表。這個表用來給單元分派單元坐標系。注意：并非所有的單元類型都可用這種方式來分派單元坐標系。

對于用BEAM44、BEAM188、BEAM189單元劃分的梁網格，可利用命令SECTYPE和SECDATA創立截面號表格。注意：方向關鍵點是線的屬性而不是單元屬性，用戶不能創立方向關鍵點表格。

用戶可以用命令ETLIST來顯示單元類型，用命令RLIST來顯示實常數，用命令MPLIST來顯示材料屬性。另外，用戶還可以用命令CSLIST來顯示坐標系，用命令SLIST來顯示截面號。

2.2.2在劃分網格之前分派單元屬性

一旦建立了單元屬性表，用過指向表中適合的條目即可對模型的不同部分分派單元屬性。指針就是參考號碼集，包括材料號（MAT）、實常數號（TEAL）、單元類型號（TYPE）、坐標系號（ESYS），以及使用BEAM188和BEAM189單元時的截面號（SECNUM）。可以直接給所選的實體模型圖元分派單元屬性，或者定義默認的屬性在生成單元的網格劃分中使用。

注意：如前面所提到的，在給梁劃分網格時，給線分派的方向關鍵點是線的屬性而不是單元屬性，所以必需是直接

分派給所選線，而不能定義默認的方向關鍵點以備后面劃分網格時直接使用。1直接給實體模型圖元分派單元屬性

給實體模型分派單元屬性時，允許對模型的每個區域預置單元屬性，從而避免在網格劃分過程中重置單元屬性。清除實體模型的節點和單元不會刪除直接分派給圖元的屬性。

利用以下命令和對應的GUI路徑可以直接給實體模型分派單元屬性。2分派默認屬性

用戶可以通過指向屬性表的不同條目來分派默認的屬性，在開始劃分網格時，ANSYS程序會自動將默認屬性分派給模型。直接分派給模型的單元屬性將取代上述默認屬性，而且，當清除實體模型圖元的節點和單元時，其默認的單元屬性也將被刪除。

3自動選擇維數正確的單元類型

有些狀況下，ANSYS程序能對網格劃分或拖拉操作選擇正確的單元類型，選中擇明顯正確時，用戶不必認為轉換單元類型。

特別的，當未將單元類型（xATT）直接分派給實體模型時，或者默認的單元屬性（TYPE）對于要執行的操作維數不對時，而且已定義的單元屬性表中只有一個維數正確的單元，ANSYS程序會自動利用該種單元類型執行這個操作。受此影響的網格劃分和拖拉操作命令有：KMESH、LMESH、AMESH、VMESH等。4在節點處定義不同的厚度

用戶可以利用以下方式對殼單元在節點處定義不同的厚度（RTHICK）。

殼單元可以模擬繁雜的厚度分布。以SHELL63為例，允許給每個單元的4個角點指定不同的厚度，單元內部的厚度假定是在四個角點厚度之間光滑變化。給一群單元指定繁雜的厚度變化是有一定難度的，特別是每一個單元都需要單獨指定其角點厚度的時候，在這種狀況下，利用命令RTHICK能大大簡化模型定義。

2.3網格劃分的控制

網格劃分控制能建立用在實體模型劃分網格時的因素，例如單元形狀、中間節點位置、單元大小等。此步驟是整個分析種最重要的步驟之一，由于此階段得到的有限元網格將對分析的確鑿性和經濟性起決定作用。2.3.1ANSYS網格劃分工具（MESHTOOL）

ANSYS網格劃分工具提供了最常用的網格劃分控制和網格劃分操作的便捷途徑。其功能主要包括：①控制SMARTSIZING水平。②設置單元尺寸控制。③指定單元形狀。

④指定網格劃分類型（自由或映射）。⑤對實體模型圖元劃分網格。⑥細化網格。

2.3.2單元形狀

ANSYS程序允許在同一個劃分區域出現多種單元形狀，例宛如一區域的面單元可以是四邊形也可以是三角形，但建議盡量不要在同一個模型中混用六面體或周邊體單元。

下面簡單介紹一下單元形狀的退化。如圖2－4所示，用戶在劃分網格時，應當盡量避免使用退化單元。

假使正在使用MSHAPE命令，維數（2D或3D）的值說明待劃分的網格模型的維數，KEY值（0或1）表示劃分網格的形狀：

有些狀況下，MSHAPE命令及適合的網格劃分命令（AMESH、YMESH或相應的GUI路徑）確定。例如……

2.3.3選擇網格劃分類型

除了指定單元形狀外，還需要指定對模型進行網格劃分的類型（自由劃分或映射劃分）。

單元形狀（MSHAPE）和網格劃分類型（MSHKEY）的設置共同影響網格的生成，表2－1列出了ANSYS程序支持的

單元形狀和網格劃分類型。

表2－1ANSYS支持的單元形狀和網格劃分類型單元形狀四邊形三角形六面體周邊體自由劃分YESYESNOYES映射劃分YESYESYESNO既可以映射又可以自由YESYESNONO2.3.4控制單元邊中點的位置

當使用二次單元劃分網格時，可以控制中間節點的位置。有以下兩種選擇：

①邊界區域單元在中間節點沿著邊界限或面的彎曲方向，這是默認設置。

②設置所有單元的中間節點且單元邊是直的，此選項允許沿曲線進行粗糙的網格劃分，但是模型的彎曲并不與之相配。

可用如下方法控制中間節點的位置：命令：MSHMID

GUI：MAIN>PREPROCESSOR>MESHING>MESHEROPTS。

2.3.5劃分自由網格時的單元尺寸控制（SmartSizing）

默認的，DESIZE命令方法控制單元大小在自由網格劃分中的使用，但一般推薦使用SmartSizing，為開啟SmartSizing，只要在SMARTSIZE命令中指定單元大小即可。

ANSYS中有兩種SmartSizing控制：基本控制和高級控制。1基本控制

利用基本控制，可以簡單指定網格劃分的粗細程度，從1（細網格）到10（粗網格），程序會自動設置一系列獨立的控制值用來生成想要的網格大小，方法如下：命令：SMRTSIZE，SIZLVL。

GUI：MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool

MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>SmartSize>Basic

2高級控制

ANSYS還允許用戶使用高級方法專門設置人工控制網格質量，方法如下：命令：SMRTSIZE和ESIZE

2.3.6映射網格劃分中單元的默認尺寸

DESIZE命令常用來控制映射網格劃分的單元尺寸，同時也用在自由網格劃分的默認設置，但是，對于自由網格劃分，建議使用SmartSizing(SMRTSIZE)。對于較大的模型，通過DESIZE命令查看默認的網格尺寸是明智的，可通過顯示線的分割來觀測將要劃分的網格狀況。查看網格劃分的步驟如下①建立實體模型②選擇單元類型

③選擇容許的單元形狀（MSHAPE）

④選擇網格劃分類型（自由或映射）(MSHKEY)

⑤輸入LESIZE，ALL（通過DESIZE規定調整線的分割數）。⑥顯示線（LPLOT）。

假使覺得網格太粗糙，可用通過改變單元尺寸或者線上的單元分數來加密網格，方法如下。

選擇GUI路徑

MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Layers>PickedLines將彈出“ElementsSizeonPickedLines〞菜單，單擊屏幕上的相應線段，單擊OK按鈕，將彈出“ElementsSizeinPickedLines〞對話框，如圖2－8所示。在“SIZEElementedgelength〞后面輸入具體數值（他表示單元尺寸），或者是在“NDIVNoofelementdivision〞后面輸入正整數（它表示所選擇的線段上的單元份數），然后單擊OK按鈕，即可重新劃分網格。

2.3.7局部網格劃分控制

在大量狀況下，對結構的物理性質來說，用默認單元尺寸生成的網格不適合，例如有應力集中或者奇異的模型。在這個狀況下，需要將網格局部細化，有如下3種方法：

1通過表面的邊界的單元尺寸控制總體的單元尺寸，或者控制每條線劃分的單元數。命令：ESIZE

2控制關鍵點附件的單元尺寸：命令：KESIZE

3控制給定線上的單元數：命令：LESIZE

以上表達的所有定義尺寸的方法都可以一起使用，但應遵循一定的優先級別，具體說明如下：

l用DESIZE定義單元尺寸時，對任何給定線，沿線定義的單元尺寸優先級是：用LESIZE指定的為最高級，KESIZE次之，ESIZE再次之，DESIZE最低級。

l用SMRTSIZE定義單元尺寸時，優先級是：LESIZE為最高級，KESIZE次之，AMRTSIZE為最低級。

2.3.8內部網格劃分控制

前面關于網格尺寸的探討集中在實體模型邊界的外部單元尺寸的定義（LESIZE、ESIZE等），然而，也可以在面的內部（即非邊界處）沒有可以引導網格劃分的尺寸線處控制網格劃分，方法如下：命令：MOPT

1控制網格的擴展

MOPT命令種的Lab=EXPND選項可以用來引導在一個面的邊界處將網格劃分得較細，而內部則較粗，如圖2－10所示。

圖2－10中，左邊網格是由ESIZE命令

（GUI路徑：MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>Global>Size）

對面進行設定生成得，右邊網格是利用MOPT命令得擴展功能（Lab=EXPND）生成的，其區別顯而易見。2控制網格的過渡

如圖2－10（b）種的網格還可以進一步改善，MOPT命令中的Lab=TRANS項可以用來控制網格從細到粗的過渡，如圖2－11所示。

3控制ANSYS的網格劃分器

可用MOPT命令控制表面網格劃分器（三角形和四邊形）和周邊體網格劃分器，使ANSYS執行網格劃分操作（AMESH、VMESH）。命令：MOPT

GUI：MainMenu>Preprocessor>Meshing>MesherOpts。

彈出MesherOptions對話框，如圖2－12所示。在該對話框，AMESH后面的下拉列表對應三角形表面網格劃分，包括Programchooses（默認）、main、Alternate和Alternate2四個選項：QMESH下拉列表對應四邊形表面網格劃分，包括“main和Alternate3項，其中main又稱為Q-Morph(quad-morphing)網格劃分器，它多數狀況下能得到高質量的單元，如圖2-13所示，另外Q-Morph網格劃分器要求面的邊界限的分割總數是偶數，否則將產生三角形單元；VMESH對應周邊體網格劃分，包括“Programchoose(默認)〞、Alternate和main3項。4控制周邊體單元的改進

ANSYS程序允許對周邊體單元作進一步改進，方法如下：

命令：MOPT,TIMP,Value

GUI：MainMenu>Preprocessor>Meshing>MesherOpts。

彈出〞MesherOptions〞對話框，如圖2－12所示。在該對話框中，TIMP后面的下拉列表中顯示周邊體單元改進的程度，從1到6，1表示提供最小的改進，5表示對線性周邊體單元提供最大的改進，6表示對二次周邊體單元提供最大的改進。

2.3.9生成過渡棱錐單元

ANSYS程序在以下狀況下會生成過渡的棱錐單元：

l用戶準備對體用周邊體單元劃分網格，待劃分的體直接與已用六面體單元劃分網格的體相連。l用戶準備用周邊體單元劃分網格，而目標體上至少由一個面已經用四邊形網格劃分。當對體用周邊體單元進行網格劃分時，為生成過渡棱錐單元，應先滿足如下條件：

設定單元屬性時，需確定給體分派的單元類型可以退化為棱錐形狀，這種單元包括SOLID62，VISCO89，SOLID95，SOLID96，SOLID97，SOLID117，HF120，SOLID122，FLUID142和SOLID186，ANSYS對除此以外的任何單元都不支持過渡的棱錐單元。

設置網格劃分時，激活過渡單元表面使三維單元退化。激活過渡單元（默認的方法如下）：命令：MOPT,PYRA,ON

GUI:Main>Preprocessor>Meshing>MesherOpts生成退化三維單元的方法如下：命令：MSHAPE,1,3D

GUI:MainMenu>Preprocessor>Meshing>MesherOpts

2.3.10將退化的周邊體單元轉化為非退化的形式

在模型中生成過渡的棱錐單元之后，可將模型中的20節點退化周邊體單元轉化成相應的10節點非退化單元，方法如下：

命令：TCHG,ELENM1,ELEM2,ETYPE2

GUI:MainMenu>Preprocessor>Meshing>ModifyMesh>ChangeTets