第4章 有限元网格划分与模型 ANSYS教学课件.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 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：ET GUI：Main Menu|Preprocessor|Element Type|Add/Edit/Delete 4.4.2 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：R GUI：Main Menu|Preprocessor|Real Constants|Add/Edit/Delete 4.4.3 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：LOCAL GUI：Utility Menu|WorkPlane|Local Coordinate Systems|Create Local CS 4.5 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|Meshing|Mesh Tool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