第4章+有限元网格划分与模型

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1、第4章有限元网格划分与模型建立已经建立的几何模型，需要对其划分网格，生成包含结点和单元的有限元模型。有限元网格划分过程包括以下三个步骤：（1）设定单元属性。包括单元类型、分配实常数或者截面属性（对有些单元类型）、分配材料属性等。（2）设置网格控制（可选择的）。（3）生成网格。在ANSYS里提供了自由网格和映射网格两种网格。4.1网格类型和应用场合在对模型划分网格之前，确定是采用自由网格还是采用映射网格进行有限元分析。自由网格对于单元形状没有限制，并且对几何模型没有特定的要求；映射网格对其包含的单元形状有限制，而且要求几何模型必须满足特定的规则，即必须有相

2、当规则的体或面，才能进行映射网格划分。映射面网格只能包含四边形和三角形单元，映射体网格也只能包含六面体单元。一般情况下映射网格往往比自由网格得到的结果更加精确，而且在求解时对CPU和内存的需求也相对低些。4.2有限元网格划分的主要指导思想ANSYS网格划分的指导思想是首先进行总体模型规划，包括物理模型的构造、单元类型的选择、网格密度的确定等多方面的内容。在网格划分和初步求解时，要遵循先简单后复杂，先粗后精，2D单元和3D单元合理搭配使用的指导思想。为提高求解的效率，要充分利用重复与对称等特征，由于工程结构一般具有重复对称或轴对称、镜象对称等特点，采用子结

3、构或对称模型可以提高求解的效率和精度。4.3有限元网格划分的基本方法由于分析问题的复杂性，所以有限元网格划分很少一次性成功。最好在划分前先保存数据库。条件和时间允许的情况下应尽量多试一些划分网格划分方案，以求得到精度和计算代价的均衡。有限元网格划分方法一般可为自由网格划分、扫掠网格划分、映射网格划分和混合网格划分等方法。1．自由网格划分2．扫掠网格划分3．映射网格划分4．混合网格划分4.4有限元单元属性的设定有限元单元属性的设定主要包括选择单元类型、设置单元的实常数如面积（AREA）、高度（HEIGHT）、惯性矩（IZZ）、剪切变形常数（SHERZ）、初

4、始应变（ISTRAN）和单位长度质量（ADDMAS）等。材料属性设定，如杨氏模量、热传导率等，以及设定单元坐标系等任务。4.4.1选择单元类型ANSYS单元库中提供了超过180种的不同单元类型，每种单元类型有一个特定的编号和一个标示单元类型的前缀，例如BEAM4表示4号梁单元，PLANE82表示82号板单元），SOLID95表示95号实体单元。单元类型决定了单元的结点数和自由度、单元位于二维空间还是三维空间。在开始分析问题前，需要在通用处理器PREP7（预处理器）中定义单元类型。命令：ETGUI：MainMenu

5、Preprocessor

6、Element

7、Type

8、Add/Edit/Delete4.4.2单元设置对应于特定单元类型，每组实常数有一个参考号，与每组实常数对应的参考号组成的表称为实常数表。在创建单元时，可以为要创建的单元分配实常数号。在分配实常数号时，要注意实常数参考号和要创建单元的单元类型参考号的对应性，这种对应性是由用户保证的，否则在划分网格时将会报错或出现不可预知的错误。单元设置可以采用如下命令：命令：RGUI：MainMenu

9、Preprocessor

10、RealConstants

11、Add/Edit/Delete4.4.3材料属性设定绝大多数单元类型都需要定义材料属性。根据应用的不同，材

12、料属性可以有以下几种：线性或者非线性；弹性（各向同性、正交异性）或非弹性；不随温度变化或者随温度变化。4.4.4单元坐标系设定单元坐标系用来确定材料属性的方向。用户可以通过ANSYS帮助文档中的单元类型描述来查看该单元的坐标系方向。一般设置单元坐标系的方法如下：命令：LOCALGUI：UtilityMenu

13、WorkPlane

14、LocalCoordinateSystems

15、CreateLocalCS4.5有限元网格划分的控制方法一般情况下，ANSYS使用默认的网格控制，可以生成让分析模型满足要求的网格。如果生成的网格不能满足要求，则必须在对模型划分网格前

16、设定网格划分控制，如单元形状、中间结点位置、单元大小等。4.5.1有限元网格划分工具网格工具提供了最常用的网格划分控制和最常用的网格划分操作。从主菜单中选择Preprocessor

17、Meshing

18、MeshTool菜单，打开网格划分工具，一旦打开了它，它就保持打开状态直到单击关闭它或离开预处理器（PREP7）为止。4.5.2选择自由或映射网格划分自由网格划分操作，对实体模型无任何特殊要求，即使是不规则的，也可以进行网格划分。面的自由网格划分：自由网格可以是三角形或者是四边形单元组成，也可由两者混合组成，当面边界上总的单元划分数目为偶数时，面的自由网格将全

19、部生成四边形网格，当单元划分数目为奇数时将可能生成三角形单元。体的自由网格：只能