復(fù)雜幾何模型系列網(wǎng)格劃分技術(shù)

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1、復(fù)雜幾何模型的系列網(wǎng)格劃分技術(shù)????????????眾所周知，對(duì)于有限元分析來(lái)說(shuō)，網(wǎng)格劃分是其中最關(guān)鍵的一個(gè)步驟，網(wǎng)格劃分的好壞直接影響到解算的精度和速度。在ANSYS中，大家知道，網(wǎng)格劃分有三個(gè)步驟：定義單元屬性（包括實(shí)常數(shù)）、在幾何模型上定義網(wǎng)格屬性、劃分網(wǎng)格。在這里，我們僅對(duì)網(wǎng)格劃分這個(gè)步驟所涉及到的一些問題，尤其是與復(fù)雜模型相關(guān)的一些問題作簡(jiǎn)要闡述。????????????一、?自由網(wǎng)格劃分????????????自由網(wǎng)格劃分是自動(dòng)化程度最高的網(wǎng)格劃分技術(shù)之一，它在面上（平面、曲面）可以自動(dòng)生成三角形或四邊形網(wǎng)格，在體上自動(dòng)生成四面體網(wǎng)格。通常情況下，可利用ANSYS的智能尺寸控

2、制技術(shù)（SMARTSIZE命令）來(lái)自動(dòng)控制網(wǎng)格的大小和疏密分布，也可進(jìn)行人工設(shè)置網(wǎng)格的大?。ˋESIZE、LESIZE、KESIZE、ESIZE等系列命令）并控制疏密分布以及選擇分網(wǎng)算法等（MOPT命令）。對(duì)于復(fù)雜幾何模型而言，這種分網(wǎng)方法省時(shí)省力，但缺點(diǎn)是單元數(shù)量通常會(huì)很大，計(jì)算效率降低。同時(shí)，由于這種方法對(duì)于三維復(fù)雜模型只能生成四面體單元，為了獲得較好的計(jì)算精度，建議采用二次四面體單元（92號(hào)單元）。如果選用的是六面體單元，則此方法自動(dòng)將六面體單元退化為階次一致的四面體單元，因此，最好不要選用線性的六面體單元（沒有中間節(jié)點(diǎn)，比如45號(hào)單元），因?yàn)樵搯卧嘶鬄榫€性的四面體單元，具有過剛

3、的剛度，計(jì)算精度較差；如果選用二次的六面體單元（比如95號(hào)單元），由于其是退化形式，節(jié)點(diǎn)數(shù)與其六面體原型單元一致，只是有多個(gè)節(jié)點(diǎn)在同一位置而已，因此，可以利用TCHG命令將模型中的退化形式的四面體單元變化為非退化的四面體單元，減少每個(gè)單元的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，提高求解效率。在有些情況下，必須要用六面體單元的退化形式來(lái)進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分，比如，在進(jìn)行混合網(wǎng)格劃分（后面詳述）時(shí)，只有用六面體單元才能形成金字塔過渡單元。對(duì)于計(jì)算流體力學(xué)和考慮集膚效應(yīng)的電磁場(chǎng)分析而言，自由網(wǎng)格劃分中的層網(wǎng)格功能（由LESIZE命令的LAYER1和LAYER2域控制）是非常有用的。????????????二、?映射網(wǎng)格劃分??

4、??????????映射網(wǎng)格劃分是對(duì)規(guī)整模型的一種規(guī)整網(wǎng)格劃分方法，其原始概念是：對(duì)于面，只能是四邊形面，網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)需在對(duì)邊上保持一致，形成的單元全部為四邊形；對(duì)于體，只能是六面體，對(duì)應(yīng)線和面的網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)保持一致；形成的單元全部為六面體。在ANSYS中，這些條件有了很大的放寬，包括：????????????1????????????面可以是三角形、四邊形、或其它任意多邊形。對(duì)于四邊以上的多邊形，必須用LCCAT命令將某些邊聯(lián)成一條邊，以使得對(duì)于網(wǎng)格劃分而言，仍然是三角形或四邊形；或者用AMAP命令定義3到4個(gè)頂點(diǎn)（程序自動(dòng)將兩個(gè)頂點(diǎn)之間的所有線段聯(lián)成一條）來(lái)進(jìn)行映射劃分。?????????

5、???2?面上對(duì)邊的網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)可以不同，但有一些限制條件。????????????3?面上可以形成全三角形的映射網(wǎng)格。????????????4????????????體可以是四面體、五面體、六面體或其它任意多面體。對(duì)于六面以上的多面體，必須用ACCAT命令將某些面聯(lián)成一個(gè)面，以使得對(duì)于網(wǎng)格劃分而言，仍然是四、五或六面體。????????????5?體上對(duì)應(yīng)線和面的網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)可以不同，但有一些限制條件。????????????對(duì)于三維復(fù)雜幾何模型而言，通常的做法是利用ANSYS布爾運(yùn)算功能，將其切割成一系列四、五或六面體，然后對(duì)這些切割好的體進(jìn)行映射網(wǎng)格劃分。當(dāng)然，這種純粹的映射劃分方式比

6、較煩瑣，需要的時(shí)間和精力較多。????????????面的三角形映射網(wǎng)格劃分往往可以為體的自由網(wǎng)格劃分服務(wù)，以使體的自由網(wǎng)格劃分滿足一些特定的要求，比如：體的某個(gè)狹長(zhǎng)面的短邊方向上要求一定要有一定層數(shù)的單元、某些位置的節(jié)點(diǎn)必須在一條直線上、等等。這種在進(jìn)行體網(wǎng)格劃分前在其面上先劃分網(wǎng)格的方式對(duì)很多復(fù)雜模型可以進(jìn)行良好的控制，但別忘了在體網(wǎng)格劃分完畢后清除面網(wǎng)格（也可用專門用于輔助網(wǎng)格劃分的虛擬單元類型－MESH200－來(lái)劃分面網(wǎng)格，之后不用清除）。????????????三、?拖拉、掃略網(wǎng)格劃分????????????對(duì)于由面經(jīng)過拖拉、旋轉(zhuǎn)、偏移（VDRAG、VROTAT、VOFFST、V

7、EXT等系列命令）等方式生成的復(fù)雜三維實(shí)體而言，可先在原始面上生成殼（或MESH200）單元形式的面網(wǎng)格，然后在生成體的同時(shí)自動(dòng)形成三維實(shí)體網(wǎng)格；對(duì)于已經(jīng)形成好了的三維復(fù)雜實(shí)體，如果其在某個(gè)方向上的拓?fù)湫问绞冀K保持一致，則可用（人工或全自動(dòng)）掃略網(wǎng)格劃分（VSWEEP命令）功能來(lái)劃分網(wǎng)格；這兩種方式形成的單元幾乎都是六面體單元。通常，采用掃略方式形成網(wǎng)格是一種非常好的方式，對(duì)于復(fù)雜幾何實(shí)體，經(jīng)過一些簡(jiǎn)單的切分處理，就可以