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【分享】复杂几何模型的系列网格划分技术 众所周知，对于有限元分析来说，网格划分是其中最关键的一个步骤， 网格划分的好坏直接影响到解算的精度和速度。在ANSYS 中，大家 知道，网格划分有三个步骤：定义单元属性（包括实常数）、在几何 模型上定义网格属性、划分网格。在这里，我们仅对网格划分这个步 骤所涉及到的一些问题，尤其是与复杂模型相关的一些问题作简要阐 述。 一、 自由网格划分 自由网格划分是自动化程度最高的网格划分技术之一，它在面上（平 面、曲面）可以自动生成三角形或四边形网格，在体上自动生成四面 体网格。通常情况下，可利用 ANSYS 的智能尺寸控制技术 （SMARTSIZE 命令）来自动控制网格的大小和疏密分布，也可进 行人工设置网格的大小（AESIZE、LESIZE、KESIZE、ESIZE 等 系列命令）并控制疏密分布以及选择分网算法等（MOPT 命令）。对 于复杂几何模型而言，这种分网方法省时省力，但缺点是单元数量通 常会很大，计算效率降低。同时，由于这种方法对于三维复杂模型只 能生成四面体单元，为了获得较好的计算精度，建议采用二次四面体 单元（92 号单元）。如果选用的是六面体单元，则此方法自动将六 面体单元退化为阶次一致的四面体单元，因此，最好不要选用线性的 六面体单元（没有中间节点，比如 45 号单元），因为该单元退化后 为线性的四面体单元，具有过刚的刚度，计算精度较差；如果选用二 次的六面体单元（比如 95 号单元），由于其是退化形式，节点数与 其六面体原型单元一致，只是有多个节点在同一位置而已，因此，可 以利用TCHG 命令将模型中的退化形式的四面体单元变化为非退化 的四面体单元，减少每个单元的节点数量，提高求解效率。在有些情 况下，必须要用六面体单元的退化形式来进行自由网格划分，比如， 在进行混合网格划分（后面详述）时，只有用六面体单元才能形成金 字塔过渡单元。对于计算流体力学和考虑集肤效应的电磁场分析而言， 自由网格划分中的层网格功能（由 LESIZE 命令的 LAYER1 和 LAYER2 域控制）是非常有用的。 二、 映射网格划分 nbsp;nbsp;nbsp;nbsp;映射网格划分是对规整模型的一种 规整网格划分方法，其原始概念是：对于面，只能是四边形面，网格 划分数需在对边上保持一致，形成的单元全部为四边形；对于体，只 能是六面体，对应线和面的网格划分数保持一致；形成的单元全部为 六面体。在 ANSYS 中，这些条件有了很大的放宽，包括： 1 面可以是三角形、四边形、或其它任意多边形。对于四边以上的多 边形，必须用 LCCAT 命令将某些边联成一条边，以使得对于网格划 分而言，仍然是三角形或四边形；或者用 AMAP 命令定义 3 到 4 个 顶点（程序自动将两个顶点之间的所有线段联成一条）来进行映射划 分。 2 面上对边的网格划分数可以不同，但有一些限制条件。 3 面上可以形成全三角形的映射网格。 4 体可以是四面体、五面体、六面体或其它任意多面体。对于六面以 上的多面体，必须用 ACCAT 命令将某些面联成一个面，以使得对于 网格划分而言，仍然是四、五或六面体。 5 体上对应线和面的网格划分数可以不同，但有一些限制条件。 对于三维复杂几何模型而言，通常的做法是利用 ANSYS 布尔运算功 能，将其切割成一系列四、五或六面体，然后对这些切割好的体进行 映射网格划分。当然，这种纯粹的映射划分方式比较烦琐，需要的时 间和精力较多。 面的三角形映射网格划分往往可以为体的自由网格划分服务，以使体 的自由网格划分满足一些特定的要求，比如：体的某个狭长面的短边 方向上要求一定要有一定层数的单元、某些位置的节点必须在一条直 线上、等等。这种在进行体网格划分前在其面上先划分网格的方式对 很多复杂模型可以进行良好的控制，但别忘了在体网格划分完毕后清 除面网格（也可用专门用于辅助网格划分的虚拟单元类型－ MESH200－来划分面网格，之后不用清除）。 三、 拖拉、扫略网格划分 nbsp;nbsp;nbsp;nbsp;对于由面经过拖拉、旋转、偏移 （VDRAG、VROTAT、VOFFST、VEXT 等系列命令）等方式生成 的复杂三维实体而言，可先在原始面上生成壳（或 MESH200）单元 形式的面网格，然后在生成体的同时自动形成三维实体网格；对于已 经形成好了的三维复杂实体，如果其在某个方向上的拓扑形式始终保 持一致，则可用（人工或全自动）扫略网格划分（VSWEEP 命令） 功能来划分网格；这两种方式形成的单元几乎都是六面体单元。通常， 采用扫略方式形成网格是一种非常好的方式，