- Copyright & 2017 www.xue63.com All Rights Reserved建模与网格划分指南第七章
发表时间： && 作者: 安世亚太&&
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& 第七章 对实体模型进行网格划分 7.1 如何对实体模型进行网格划分 生成节点和单元的网格划分过程包括三个步骤： ?定义单元属性（在§7.2中论述） ?定义网格生成控制（可选择的）。ANSYS程序提供了大量的网格生成控制，可按需选择。见§7.3和§§7.4对网格控制的论述）。 ?生成网格（在§7.5中论述）。 第二步定义网格生成控制不是必须的，因为缺省的网格生成控制对多数模型生成都是合适的。如果没有指定网格生成控制，程序会在DESIZE命令使用缺省设置生成自由网格。可用Smartsize项替代产生质量更好的自由网格（见本章中的§7.3.5） 7.1.1 自由网格还是映射网格？ 在对模型进行网格划分之前，甚至在建立模型之前，对于确定采用自由网格还是映射网格进行分析更为合适是十分重要的。自由网格对于单元形状无限制，并且没有特定的准则。 与自由网格相比，映射网格对包含的单元形状有限制，而且必须满足特定的规则。映射面网格只包含四边形或三角形单元，而映射体网格只包含六面体单元。而且，映射网格典型具有规则形状，明显成排的单元。如果想要这种网格类型，必须将模型生成具有一系列相当规则的体或面才能接受映射网格划分。
图7─1 自由网格和映射网格 可用MSHKEY命令或相应的GUI途径（后面有述）选择自由网格或映射网格。注意所用网格控制将随自由网格或映射网格划分而不同。后面将详细说明自由网格和映射网格划分。 7.2 定义单元属性 在生成节点和单元网格之前，必须定义合适的单元属性。即必须设定： ?单元类型（如：BEAM3，SHELL61等）。 ?定义实常数（给定诸如厚度或截面积等单元的几何特性）。 ?定义材料特性（如杨氏模量、热传导率等）。 ?单元坐标系 ?截面号（只对BEAM44，BEAM188和BEAM189单元有效─见§7.5.2） 注意：在对梁划分网格时，还需给定方向关键点作为线的属性。§7.5.2对梁网格划分有详细叙述。 7.2.1生成单元属性表 为定义单元属性，首先必须建立一些单元属性表。典型地包括单元类型（ET命令或菜单途径Main Menu&Preprocessor&Element Type&Add/Edit/Delete）、实常数组（R命令或菜单途径Main Menu&Preprocessor&Real Constants）、材料特性（MP和TB命令，菜单途径Main Menu& Preprocessor&Material Props&material option）。 利用诸如LOCAL、CLOCAL等命令也可以组集坐标系表。（菜单途径Utility Menu&WorkPlane&Local Coordinate Systems&Create Local CS&option）。这个表用来给单元分配单元坐标系。（并非所有的单元类型都可用这种方式分配单元坐标系。参见本手册中§3.5的信息。对于单元的叙述，参见《ANSYS Elements Reference》。） 对于用BEAM188或BEAM189单元对梁进行网格划分，可用SECTYPE和SECDATA命令建立截面表。（Main Menu&Preprocessor&Sections） 注意：方向关键点是线的属性而不是单元的属性。不能生成方向关键点表，详见§§7.2.2。 上述单元属性表可见图7－2中的示例。（对生成单元属性表的更多信息参见《ANSYS Basic Analysis Guide》中的§1。）
图7─2单元属性表。 查看表的内容可用ETLIST（单元类型表）、RLIST（实常数表）、MPLIST（材料特性表）命令（或选择相应的菜单途径Utility Menu&List&Properties&property type）。可用CSLIST（或菜单途径Utility Menu&List&Other&Local Coord Sys）命令查看坐标系表。可用SLIST（Main Menu&Preprocessor&Sections&List Sections）命令查看截面表。 7.2.2在划分网格之前分配单元属性 一旦建立了属性表，通过指向表中合适的条目即可对模型的不同部分分配单元属性。指针就是参考号码集，包括材料号（MAT），实常数集号（REAL），单元类型号（TYPE），坐标系号（ESYS），及用BEAM188或BEAM189单元对梁进行网格划分的截面号（SECNUM）。可以直接给所选定的实体模型图元分配单元属性，或定义缺省的属性集，在后来的生成单元的网格划分操作中使用。 注意：如前面提到的，在对梁划分网格时给线分配方向关键点作为其属性，但并不能建立方向关键点表。因此，分配方向关键点为其属性时，必须是直接分配给所选线；不能定义缺省的方向关键点集以备后面网格划分操作所使用。详见7.5.2中关于分配方向关键点的内容。 7.2.2.1 直接给实体模型图元分配属性 给实体模型图元分配单元属性允许对模型的每个区域预置单元属性，从而可以避免在网格划分过程中重置单元属性。（清除实体模型的节点和单元不会删除直接分配给图元的属性。） 利用下列命令和GUI途径可直接给实体模型图元分配属性。 ?给关键点分配属性： 命令：KATT GUI : Main Menu&Preprocessor&-Attributes-Define&All Keypoints Main Menu&Preprocessor&-Attributes-Define&Picked KPs ?给线分配属性： 命令：LATT GUI : Main Menu&Preprocessor&-Attributes-Define&All Lines Main Menu&Preprocessor&-Attributes-Define&Picked Lines ?给面分配属性： 命令：AATT GUI : Main Menu&Preprocessor&-Attributes-Define&All Areas Main Menu&Preprocessor&-Attributes-Define&Picked Areas ?给体分配属性： 命令：VATT GUI : Main Menu&Preprocessor&-Attributes-Define&All Volumes Main Menu&Preprocessor&-Attributes-Define&Picked Volumes 7.2.2.2 分配缺省属性 仅通过指向属性表的不同条目即可分配缺省的属性集。在生成模型时（即开始划分网格时），程序将从表中给实体模型和单元分配属性。直接分配给实际模型图元（上述）的属性将取代缺省的属性。而且，当清除实体模型图元的节点和单元时，任何通过缺省属性分配的属性也将被删除。 分配缺省的属性集： 命令：TYPE, REAL, MAT, ESYS, SECNUM GUI : Main Menu&Preprocessor&-Attributes-Define&Default Attribs Main Menu&Preprocessor&-Modeling-Create&Elements&Elem Attributes 7.2.2.3 自动选择维数正确的单元类型 有些情况下，ANSYS程序能对网格划分或拖拉操作选择正确的单元类型，当选择为明显正确时，用户不必人为地转换单元类型。 特殊地，当未给实体模型图元分配单元类型〔xATT〕并且缺省的单元类型〔TYPE〕对于要执行的操作维数不对时，但已定义单元属性表中只有一个维数正确的单元，那么ANSYS程序会自动地利用此种单元类型执行这个操作。 网格划分和拖拉操作受此影响的命令有KMESH、LMESH、AMESH、VMESH、FVMESH、VOFFST、VEXT、VDRAG、VROTAT和VSWEEP。 7.2.2.4在节点上定义可变厚度 可对壳和梁单元的节点处定义厚度。 用下列方法定义可变厚度： 命令：RTHICK GUI：Main Menu&Preprocessor&Real Constants&Thickness Func 壳单元能够对复杂的厚度分布进行造型。例如SHELL63单元允许在它的四个角点上分配不同的厚度。在给定的角点之间假定每个单元厚度是光滑变化的。 对一组单元定义一个复杂的厚度变化可能是一个挑战。最坏的情况，每一个单元都有其自己唯一的实常数厚度集。对这些情况，用RTHICK命令可以简化模型的定义。 操作步骤由下列输入列表给出并有下面的图形，显示了10×10的矩形用0.5×0.5的正方形SHELL63单元填充。 /TITLE,RTHICK Example /PREP7 ET,1,63 RECT,,10,,10 ESHAPE,2 ESIZE,,20 AMESH,1 EPLO
图7-3 最初的单元 厚度可按下列公式定义：thickness = 0.5 + 0.2x + 0.02y2. 为达到这种变化，可以生成一个数组反映节点号的厚度。（换句话说，数组的Nth值就是节点N处希望的厚度。） MXNODE = NDINQR(0,14) *DIM,THICK,,MXNODE *DO,NODE,1,MXNODE *IF,NDINQR(NODE,1),EQ,1,THEN THICK(node) = 0.5 + 0.2*NX(NODE) + 0.02*NY(NODE)**2 *ELSE THICK(NODE) = 0 *ENDIF *ENDDO NODE = $ MXNODE = 最后，用RTHICK函数分配数组的厚度给单元。 RTHICK,THICK(1),1,2,3,4 /ESHAPE,1.0 $ /USER,1 $ /DIST,1,7 /VIEW,1,-0.75,-0.28,0.6 $ /ANG,1,-1 /FOC,1,5.3,5.3,0.27 $ EPLO
图7-4 带有厚度的壳单元示意图 7.3 网格划分控制 ANSYS程序使用的缺省网格控制也许可以使用户的分析模型生成足够的网格。在此种情况下，不必指定任何网格划分控制。可是，如果使用网格划分控制，则必须在对模型划分网格前设定网格划分控制。 网格划分控制能建立用在实体模型划分网格的因素，如单元形状、中间节点位置、单元大小等。此步骤是整个分析中最重要的因素之一，因为此阶段对模型生成的决定将对分析的准确性和经济性有决定性的影响。（在设置网格划分控制时应当考虑的因素详见本手册的规划分析方案。） 分页 7.3.1 ANSYS网格划分工具 ANSYS网格划分工具（Main Menu&Preprocessor&MeshTool）提供了最常用的网格划分控制和最常用的网格划分操作。网格划分工具是一个交互的“工具箱”，不仅由于它包含了大量的功能（或工具），还因为一旦打开它，它就保持打开的状态直到关闭它或离开前处理PREP7。 尽管网格划分工具的所有功能也能通过另外的ANSYS命令和菜单得到，但利用网格划分工具是十分有效的捷径。 通过网格划分工具可得的功能包括： ?控制SmartSizing水平 ?设置单元尺寸控制 ?指定单元形状 ?指定网格划分类型（自由或映射） ?对实体模型图元划分网格 ?清除网格 ?细化网格 这个向导包含了所有的功能，关于网格划分工具的详细情况，利用上述途径打开它并点击它的帮助按钮。 7.3.2 单元形状 如果打算划分网格的单元类型可以采用不止一种形状，那么应当设置单元形状为最小的那一种。例如，在同一个划分网格的区域的多个面单元可以是三角形或四边形的。 单元可是六面体（块）或四面体形状，但建议在同一个模型中不要混用这两种形状的单元。（例外是使用过渡的金字塔形单元，本手册生成§7.3.9中有论述。） 7.3.2.1. 注意单元形状的退化 本章假定用户熟悉单元形状退化的概念。例如，PLANE82单元，它是有八个节点（I、J、K、L、M、N、O、P）的二维结构实体单元。缺省地，PLANE82单元有四边形形状。可是，通过定义相同节点号的K、L、O可形成三角形单元。因此， PLANE82单元可以退化为三角形。如图PLANE82所示该单元的缺省形式和退化形式。
图7-5单元形状退化的例子。 尽管它有助于用户理解这个概念，当在划分网格前指定单元形状时，不必考虑单元形状是缺省形式还是某一单元的退化形式。相反，可以考虑想要的单元形状本身最简单的形式（四边形，三角形，六面体或四面体）。 7.3.2.2指定单元形状 用下列方法指定单元形状： 命令：MSHAPE,KEY,Dimension GUI : Main Menu&Preprocessor&MeshTool Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesher Opts Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesh&-Volumes-Mapped&4 to 6 sided 指定单元形状时要考虑两个因素：想要的单元形状和要划分网格的模型的维数。 7.3.2.2.1命令方法 如果正在使用MSHAPE命令，维数变量（2D或3D）的值表明待划分网格模型的维数。KEY值（0或1）表示划分网格的单元形状： ?当KEY=0，如果Dimension=2D, ANSYS将用四边形单元划分网格，如果Dimension=3D，ANSYS将用六面体形的单元划分网格。（只要单元类型分别支持四边形或六面体单元形状。） ?当KEY=1，如果Dimension=2D ANSYS 将用三角形单元划分网格，如果Dimension=3D，ANSYS将用四面体形单元划分网格（只要单元类型分别支持三角形或四面体单元形状。） 7.3.2.2.2. GUI方法（通过网格划分工具） 为提高效率，网格划分工具（本章中前面叙述的）是推荐的指定单元形状的方法。可以通过下列GUI途经打开网格划分工具：Main Menu&Preprocessor &MeshTool。利用网格划分工具，只在让ANSYS对模型划分想要的单元形状上拾取即可。从网格划分工具中，也可拾取想让ANSYS所用的网格划分的类型（自由或映射）。（详见§7.3.3，选择自由或映射网格划分。）使用网格划分工具使选择单元形状得到简化，因为它只提供所要求网格划分类型和模型维数相容的单元形状。（参见表7－1）。 注意：指定的单元形状与所要求的网格划分类型（自由或映射）密切相关，以便在指定单元形状之前阅读本手册的会有所帮助。 有些情况下，MSHAPE命令及合适的网格划分命令（AMESH、VMESH，或其相应的菜单途径Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesh&meshing option）就是对模型网格划分所需的。每个单元的大小由指定的缺省单元大小（SMRTSIZE或DESIZE）确定。例如，下图7-6（左）模型可用VMESH命令生成右边的网格：
图7-6缺省单元尺寸 以上模型程序选择的单元尺寸可能对分析是足够的或不够，取决于结构物理方面。改变网格划分的另一途径是改变缺省的SmartSize 的级别[SMRTSIZE]并重新进行网格划分。详见本手册§7.3.5。 7.3.3选择自由或映射网格划分 除指定单元形状外，还要指定对模型进行网格划分的网格类型（自由或映射）。通过设置网格划分指令： 命令：MSHKEY GUI : Main Menu&Preprocessor&MeshTool Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesher Opts 正如§7.3.2.2中所述的，可用网格划分工具（Main Menu&Preprocessor& MeshTool）指定网格划分类型。网格划分工具是推荐方法。相关信息参见§7.3.2.2。 单元形状〔MSHAPE〕和网格划分类型〔MSHKEY〕的设置共同影响网格的生成。表7－1列出了ANSYS程序支持的单元形状和网格划分类型。 表7-1 ANSYS支持的单元形状和网格划分类型。
自由网格划分
映射网格划分
如果可能用映射网格否则用打开智能单元尺寸的自由网格划分
否 表7－2说明了未设定单元形状和（或）网格划分类型值的结果。 表7-2未指定单元形状和（或）网格划分类型将发生的情况。
用户的操作
如何影响网格的
键入MSHAPE 命令且不定义开关
ANSYS使用四边形或六面体单元对模型划分网格，取决于对面还是体进行网格划分
不必指定单元形状，但必须指定划分网格的单元类型.
ANSYS 利用缺省的单元形状对模型进行网格划分。它使用你定义的单元类型进行网格划分
既不指定单元形状也不指定单元类型划分网格
ANSYS 使用缺省的单元形状对模型进行网格划分。它使用缺省的单元形状进行网格划分 有关MSHAPE和MSHKEY命令详见《ANSYS Elements Reference》。 7.3.4控制中间节点的位置 当使用二次单元划分网格时，可以控制中间节点的位置。中间节点位置的选择有： ?边界区域单元上的中间节点沿着边界线或面的弯曲方向。这是缺省设置。 ?设置所有单元的中间节点使单元边是直的。此选项允许沿曲线进行粗糙的网格划分。但是模型的弯曲并不与之匹配。 ?不生成中间节点（从单元中消除中间节点）。 控制中间节点的位置： 命令：MSHMID GUI : Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesher Opts 7.3.5自由网格划分中单元的智能单元尺寸 智能的单元大小（SmartSizing）是自由网格划分操作生成初始单元大小的网格划分特点。智能的单元尺寸在自动网格生成过程中对生成合理的单元形状提供了机会。这个特点由SMRTSIZE命令控制，提供了可供H方法和P方法模型使用的网格划分设置范围（从粗糙到细致的网格划分）。 缺省地，DESIZE命令方法控制单元大小在自由网格划分中使用（见§7.3.6）。然而，在自由网格划分中推荐使用Smartsizing。为打开Smartsizing,只要在SMRTSIZE命令中指定单元尺寸级别即可（见下面基本控制的讨论）。 注意：如果利用Smartsizing对只包含一个面的模型进行网格划分，则ANSYS将利用此面去计算对此模型网格划分所用的向导单元的大小。另一方面，对既包含面又包含体的模型用 SmartSizing，ANSYS程序将用体去计算模型的向导单元尺寸。尽管第一个模型中的面（仅有面）和第二个模型中的面（面和体）相同， Smartsizing设置也相同，ANSYS用来对第一个模型划分网格的单元没有第二个模型中的单元粗糙。ANSYS这样做是为了防止体划分了过多的网格。（可是，如果指定了总体单元尺寸〔ESIZE〕，两个模型的单元就会相同了，因为ANSYS将使用给定的尺寸作为向导单元的尺寸。） 注意：当使用 SmartSizing时，建议指定想要的 SmartSizing设置〔SMRTSIZE〕，然后应立即对整个模型进行网格划分〔AMESH，ALL或VMESH，ALL〕，而不是用面对面设置 SmartSizing 或用体对体设置SmartSizing，用面对面或体对体设置模型的SmartSizing会生成不令人满意的网格。 7.3.5.1 SmartSizing的优点 SmartSizing算法首先对待划分网格的面或体的所有线估算单元边长。然后对几何体中的弯曲和接近区域的线进行细化。由于所有的线和面在网格划分开始时已指定大小，生成网格的质量将与待划分网格的面或体的顺序无关。（记住，所有的面和体应当同时划分网格结果最好）。 如果用四边形单元来给面划分网格，SmartSizing尽量给每一个面平均分配线数以使全部划分为四边形成为可能。只有在迫使所有的网格都为四边形时会生成形状很差的单元或在边界出现奇异区域时在网格中才会出现三角形单元。 7.3.5.2基本与高级的的SmartSizing控制 这里有两种SmartSizing控制：基本的和高级的。 7.3.5.2.1. 基本的控制 利用基本控制，可以简单地指定网格划分尺寸从1（细网格）到10（粗网格）,程序会自动地设置一系列独立的控制值用来生成想要的尺寸级别。利用下列方法指定单元尺寸的级别： 命令：SMRTSIZE,SIZLVL GUI : Main Menu&Preprocessor&MeshTool Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Size Cntrls&-SmartSize-Basic 图7-7表示利用几个不同的SmartSizing设置（包括缺省值6在内）生成的网格。
图7-7对同一模型改变SmartSize的级别。 7.3.5.2.2. 高级控制 用户可能会乐于使用高级方法，分别设置人工控制网格质量。允许“拧”网格以更好地适应用户的需要。可以改变诸如小孔和小角度处的粗化选项。 网格扩展和过渡因子（见SMRTSIZE命令高级控制的完整叙述）。而且，可用ESIZE命令给SmartSizing设定初始单元尺寸。 用下列方法设置高级SmartSizing控制： 命令：SMRTSIZE and ESIZE GUI: Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Size Cntrls&-SmartSize-Adv Opts 分页 & 7.3.5.3与其它网格控制交互使用 局部单元尺寸控制（在后面的§7.3.7中讨论）可用来与SmartSizing相连。但是，当设置的单元尺寸发生冲突时，SmartSizing算法将做如下处理： ?将考虑任何对面的单元尺寸定义（AESIZE命令或菜单途径Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Size Cntrls&-Areas-option），但为适应曲率和几何的近似可能会替换它。 ?给指定线的单元尺寸将作为定义尺寸使用。（LESIZE命令或菜单途径Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Size Cntrls&-Lines-option）。（LESIZE的KYNDIV开关允许对需要替换的尺寸定义指定规则。） ?任何对关键点指定的单元尺寸（KESIZE命令或菜单途径Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Size Cntrls& -Keypoints-option）都会得到分配，但为适应曲率和几何近似将被替换。 ?如果设置总体单元尺寸（ESIZE命令或菜单途径Main Menu& Preprocessor&-Meshing-Size Cntrls&-Global-Size），为适应弯曲和几何近似它将会在必要时被替换。如果希望单元尺寸一致，应当设定总体单元尺寸，并将SmartSizing关闭（SMRTSIZE，OFF或菜单途径Main Menu& Preprocessor&-Meshing-Size Cntrls&-SmartSize-Basic）。 ?用DESIZE命令（Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Size Cntrls&- GlobalC Other）指定的缺省单元尺寸在SmartSizing打开时将被忽略。 7.3.6对映射网格划分的缺省单元尺寸 DESIZE命令可以改变下列缺省值：未划分网格的线上最少和最多的单元数，每个单元的最大跨角，最小及最大边长。DESIZE命令（菜单途径Main Menu&Preprocessor& -Meshing- Size Cntrls&-Global-Other）常用来控制映射网格划分的单元尺寸。DESIZE命令也用在自由网格划分的缺省设置。但是，对自由网格划分建议使用SmartSizing（SMRISIZE）。 作为一个例子，在图7-8中生成的映射网格的尺寸是进入程序缺省的单元尺寸的结果。右边生成的网格是用DESIZE命令修改了最少单元数目（MINL）和每单元的最大跨角（ANGL）的结果。
图7-8改变缺省单元尺寸。 对于较大的模型，通过DESIZE命令查看缺省的网格尺寸是明智的。可通过显示线的分割来实现。预查看缺省的网格尺寸的步骤如下： 1、建立实体模型。 2、选择单元类型 3、选择容许的单元形状〔MSHAPE〕 4、选择网格划分器（自由或映射）〔MSHKEY〕。 5、键入LESIZE，ALL（通过DESIZE规定调整线的分割数。） 6、画线〔LPLOT〕。 例如： ? ? ? ET,1,45 ! 8 node hexahedral-shaped element
MSHAPE,0 ! Use hexahedra
MSHKEY,1 ! Use mapped meshing LESIZE,ALL !　Adjust line divisions based on DESIZE
图7-9预览缺省的网格 ? ? ? DESIZE,5,,30,15 ! Change default element sizes
LESIZE,ALL,,,,,1 ! Adjust　line divisions based on DESIZE, force adjustments LPLOT
图7-10预览修改的网格 7.3.7局部网格划分控制 在许多情况下，对结构的物理性质来说用缺省单元尺寸生成的网格不合适。例如有应力集中或奇异的模型。在这种情况下，需要深入网格划分过程。可用下列定义单元尺寸的方法来更多地进行控制： ?通过表面的边界（线）所用的单元边长控制总体单元尺寸，或控制每条线划分的单元数： 命令：ESIZE GUI: Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Size Cntrls&-Global-Size Main Menu&Preprocessor&-Modeling-Operate&Extrude/Sweep&Size ?控制给定关键点附近的单元尺寸： 命令：KESIZE GUI: Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Size Cntrls&-Keypoints-All KPs Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Size Cntrls&-Keypoints-Picked KPs Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Size Cntrls&-Keypoints-Clr Size ?控制给定线上的单元数： 命令：LESIZE GUI: Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Size Cntrls&-Lines-All Lines Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Size Cntrls&-Lines-Picked Lines Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Size Cntrls&-Lines-Clr Size 注意：当用GUI方法对给定线设置单元数时，任何与一个或更多的已划分网格的线、面或体相连的线，ANSYS程序提示用户决定是否清除已划分网格的图元。如果肯定提示，那么ANSYS就会清除已划分了网格的图元。（只有在通过GUI执行此项操作时出现；在使用[LESIZE]命令方法时ANSYS并不提示用户） 以上叙述的所有定义尺寸的方法都可以一起使用。当使用一个以上上述命令并发生尺寸冲突的情况，遵守一定的级别。这种级别与使用DESIZE还是SMRTSIZE方法定义缺省单元尺寸而会有不同。 ?用DESIZE定义单元尺寸命令的级别。对任何给定线，沿线定义的单元尺寸如下： ――用LESIZE命令给线分割常是高级别。 ――如果未对线进行分割，则用KESIZE在其关键点（如有）处定义。 ――如果未在线上或其关键点上指定尺寸，可用ESIZE定义单元尺寸。 ――如果没有上述任何尺寸定义，则用DESIZE命令控制线上的单元尺寸。 ?用SMRTSIZE定义单元尺寸的优先级。对任何给定线，沿着线生成的单元尺寸如下： ――用LESIZE定义的线分割常是高优先级。 ――如果没有给线分割，则用KESIZE在其关键点上定义，但在曲率和一些小的几何区域将被替换。 ――如果在线上或其关键点上未定义任何分割，ESIZE定义将作为起始单元尺寸，但考虑到曲率和小几何特点可能会被替换。 ――如果没有任何上述尺寸定义，则SMRTSIZE命令会控制线的单元尺寸。 注意：对于用KESIZE或ESIZE命令建立的线分割和网格划分操作，在线列表〔LLIST〕时会出现负的编号。而由LESIZE建立的线分割则为正的编号。这些号码的符号反映在清除网格（ACLEAR, VCLEAR 命令, 或菜单途径Main Menu& Preprocessor& -Meshing-Clear&entity）之后ANSYS如何处理线分割。如果线分割的号码为正，则在ANSYS清除网格操作时不消除线分割；如果号码为负，则ANSYS在清除网格操作时也将消除线分割（在后来的线列表中会表现为零）。 对线性静态结构分析和线性稳态热分析可用自适应网格划分功能自动建立网格划分控制，这种控制基于使分析的估计误差低于某个目标值。自适应网格划分程序在§4在《ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide》中有论述。 7.3.8内部网格划分控制 关于网格划分尺寸的讨论是集中在实体模型边界的外部单元尺寸的定义（LESIZE，ESIZE等）。然而，也可以在面的内部没有可以引导网格划分的尺寸线处控制网格划分。可用下列方法实现： 命令：MOPT GUI : Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Size Cntrls&-Global-Area Cntrls 7.3.8.1控制网格的扩展 MOPT命令中的Lab=EXPND项可以用来引导在一个面的边界处将网格划分得较细，而在内部划分得相对粗糙（如图7-11所示）。
图7-11没有网格扩展及有网格扩展的面网格划分。 图7－11中，网格（a）是由ESIZE命令（Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Size Cntrls&-Global-Size）对面进行设定而生成的。注意到单元形状较好，但由于单元尺寸较均匀，所以需要698个单元来填充这个面。（这个模型仅由一个面组成。）利用MOPT命令的扩展功能（Lab=EXPND），网格（b）生成较少的单元，因为这种网格划分容许面上网格从边界上的较小尺寸的单元扩展到内部较大的单元。但是，有些用这种方法划分的网格单元，尺寸比较差（例如，小孔附近）。样式（b）的另一缺点是从小单元到大单元的单元尺寸变化较大。尤其是在小孔附近更加明显。 注意：尽管讨论局限在面网格扩展〔LAB=EXPND〕，仍可用MOPT命令控制四面体网格的扩展〔LAB=TETEXPND〕，详见《ANSYS Commands Reference》中有关MOPT命令的叙述。 7.3.8.2控制网格过渡 为改善（b）中的网格，需要从边界的小单元到内部的大单元的更平缓过渡。MOPT命令中的Lab=TRANS项可用来控制从细到粗网格的过渡。图7-12为用MOPT，TRAN，1.3命令对上述相同区域划分的网格，这个网格比图7-11中的（a）网格数少，但从小单元到大单元的过渡却是相当平缓。而且单元的尺寸比图7-11图中的（b）网格好得多。
图7-12用扩展和过渡控制（MOPT命令）划分的面网格。 7.3.8.3控制ANSYS使用的网格划分器。 可用MOPT命令控制ANSYS使用哪一个表面网格划分器（三角形和四边形）和哪一个四面体网格划分器执行网格划分操作〔AMESH、VMESH〕。 注意：四边形的表面网格划分与选择三角形表面网格划分器划分的网格是不同的。这是对的，因为所有的自由四边形网格划分算法用三角形网格作为起点。 命令：MOPT GUI : Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesher Opts 注意：上述菜单选项可以打开网格划分器功能对话框。参见贯穿本节中的网格划分器功能对话框。 分页 7.3.8.3.1表面网格划分功能 以下功能针对三角形表面网格划分： ?让ANSYS选择使用哪一个三角形表面网格划分器。这是建议设置和缺省设置。多数情况下，ANSYS选择主三角网格划分器，即Riemann空间网格划分器。无论何种原因网格划分器失效，ANSYS都要变换网格划分器并重新执行网格划分操作。 选择此功能，键入MOPT，AMESH，DEFAULT命令。通过GUI途径，打开网格划分器功能对话框并在三角网格划分器功能菜单中选择程序（ Program Chooses）。 ?主三角表面网格划分器（Riemann空间网格划分器）ANSYS使用主网格划分器，并且在主网格划分器失效时并不会更换网格划分器。Riemann空间网格划分器适于大多数表面。 选择此项功能，键入MOPT，AMSEH，MAIN。通过GUI途径，打开网格划分器功能对话框并在三角网格划分器功能菜单中选择主网格划分器（Main) ?第一替换三角表面网格划分器（3-D tri网格划分器）。ANSYS使用第一替换三角网格划分器，在此网格划分器失效时程序不会更换其它网格划分器。出于速度考虑建议不使用它。但是，对在参数空间中的退化表面，这种网格划分器却有最好的结果。对高度各向异性的区域划分网格也建议使用这个划分器。 选择此项功能，键入命令MOPT，AMESH，ALTERNATE。通过GUI途径，打开网格划分器对话框并在三角网格划分器功能菜单中选择替换项（Alternate）。 ?第二替换三角表面网格划分器（2-D参数空间网格划分器）ANSYS使用第二替换三角网格划分器，在此网格划分器失效时程序不会更换其它网格划分器。对于退化的表面（球、圆锥等）或参数化较差的表面建议不使用它，因为生成的网格质量较差。 选择此项功能，键入命令MOPT，AMESH，ALT2。通过GUI途径，打开网格划分器对话框并在三角网格划分器功能菜单中替换项2（Alternate 2） 以下功能针对四边形表面网格划分。注意四边形的表面网格划分与三角形表面网格划分器划分的网格是不同的。这是对的，因为所有的自由四边形网格划分算法用三角形网格作为起点。 ?让ANSYS程序选择四边形表面网格划分器。这是建议设置和缺省设置。在多数情况下，ANSYS会选择主四边形网格划分器，即Q-Morph （quad-morphing）网格划分器。对十分粗糙的网格划分，ANSYS会选择替换的四边形网格划分器。无论何种原因使网格划分器失效，ANSYS 选择其它网格划分器并重新开始网格划分操作。 选择此项功能，键入MOPT，QMESH，DEFAULT命令，通过GUI途径，打开网格划分功能对话框 ，从四边形网格划分器功能菜单选择程序选择（Program Chooses) ?主四边形表面网格划分器（Q-Morph），ANSYS使用主网格划分器，如果主网格划分器失效ANSYS并不会更换网格划分器。 在多数情况下，Q-Morph网格划分器会得到高质量的单元（见图四边形和Q-Morph网格划分器）。Q-Morph网格划分器对要求边界敏感的应用及高度有规则的节点和单元时尤其有用。
图7-13 四边形和Q-Morph网格划分器 网格（a）显示用替代的四边形网格划分器划分的表面；网格（b）是相同表面用Q-Morph网格划分器划分的结果。 注意：尽管图中这两种网格都只包含一个三角形单元（三角形单元已在图中用阴影表示）图（a）中的三角形单元出现在面的边界上。而图（b）中的三角形单元出现在内部，是在网格划分中更希望的位置。 对Q-Morph网格划分将一个面全部生成四边形的网格，面边界线的分割总数必须是偶数。（在多数情况下，打开SmartSizing [SMRTSIZE,SIZLVL]将会在边界上产生偶数个线分割）。 如果任何下列条件成立将会在面中出现三角形单元： 1.在面的边界上线分割的总数为奇数。 2.将错误四边形网格单元分裂选项打开〔MOPT，SPLIT，ON或MOPT，SPLIT，ERR〕，如果ANSYS不将此单元分裂就会使四边形单元形状错误超过限制。（将错误单元分裂是缺省项） 3.将错误和警告单元〔MOPT，SPLIT，WARN〕四边形单元分裂项打开，如果ANSYS不将单元分裂成三角形单元将生成有严重形状错误和警告的四边形单元。 4.对于a）错误单元或b）错误和警告四边形单元分裂项都打开时，并且面中两相邻边界有小角度（&30°）。见图7-14。 选择此功能（Q-Morph网格划分器），键入命令MOPT，QMESH，MAIN。通过GUI途径，打开网格划分器功能对话框并从四边形网格划分器功能菜单选择主网格划分器（Main）。
图7-14 四边形分裂的结果 ?替换四边形表面网格划分器。ANSYS使用替换网格划分器时，如果替换网格划分器失效时并不更换为主网格划分器。 因为此网格划分器能在一个面全部生成四边形单元的网格，面的边界处总的线分割数必须是偶数。并且分裂四边形网格项必须关闭〔MOPT，SPLIT，OFF〕。 要选择此功能，键入MOPT，QMESH，ALTERNATE命令。通过GUI途径，打开网格划分器功能对话框，并选择四边形网格划分器功能菜单中的替换项（Alternate)。为使用此网格划分器，必须选择第一替换或第二替换三角形表面网格划分器。 7.3.8.3.2. 四面体单元网格划分功能 以下功能针对四面体单元网格划分： ?让ANSYS程序选择采用何种四面体形网格划分器，这是缺省设置。在这种设置下，只要可能ANSYS会用主四面体网格划分器；否则它用替换的四面体网格划分器。（ANSYS在用P方法进行网格划分时常采用替换的四面体网格划分器。） 为选择此功能，键入MOPT，VMESH，DEFAULT命令。通过GUI途径，打开网格划分器功能对话框并选择四边形网格划分器功能菜单中的程序选择项（Program Chooses）。 ?主四面体网格划分器（Delauay技术网格划分器）。对多数模型而言，此网格划分器明显比替换的网格划分器速度快。 为选择主四面体网格划分器，键入MOPT，VMESH，MAIN命令。通过GUI途径，打开网格划分器功能对话框并选择四面体网格划分器功能菜单中的主网格划分器（Main）。 ?替换的四面体网格划分器（由早先5.2版本增强的网格划分器）。此网格划分器不支持从面网格生成四面体体网格〔FVMESH〕。如果选择了此网格划分器并键入了FVMESH命令，ANSYS将利用主四面体网格划分器由面生成四面体网格并给用户一个警告信息。 为选择替换的四面体网格划分器，键入MOPT，VMESH，ALTERNATE命令，通过GUI途径，打开网格划分器功能对活框并选择四面体网格划分器功能菜单中的替换项（Alternate）。 7.3.8.4控制四面体单元的改进 可在ANSYS程序执行下一步自由体网格划分操作〔VMESH，FVMESH〕之前，用MOPT命令控制四面体单元改进的程度。 命令：MOPT,TIMP,Value GUI : Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesher Opts 四面体单元改进的程度范围为从1到6，程度1只提供最小的改进，程度5对线性四面体网格划分提供了最大程度的改进，而程度6对二次四面体网格提供了最大程度的改进，最小程度的改进〔MOPT，TIMP，1〕只由主四面体网格划分器〔MOPT，VMESH，MAIN〕支持。如果改进程度置为1，使用替换的网格划分器〔MOPT，VMESH，ALTERNATE〕时，ANSYS程序会自动地以程度3执行对四面体单元的改进。可以将四面体改进项关闭，但建议不要这样做，因为常导致极差的单元形状和网格划分失败。关于每一改进程度的细节，参见《ANSYS Commands Reference》中MOPT命令的叙述。 注意：多数情况下，ANSYS所用缺省的四面体单元改进的程度将给以用户满意的结果。但是，可能会遇到用VIMP命令对给定四面体单元网格进行另外的改进的情况。详见§7.6.5中关于如何要求另外的改进及何时这样做才会有益。 7.3.9生成过渡的金字塔单元 体的有些区域很容易分成可用映射网格划分的部分，而另一些区域可能具有复杂的几何形状。对体可用六面体单元填充能用映射网格划分的区域。用四面体单元填充其它区域。有些情况下，高梯度区域要求用六面体单元去细致雕刻，而其它非关键区域，用四面体单元可能就足够了。 不幸的是，在同一网格中混用六面体和四面体形的单元会导致不协调。且有限元方法要求单元网格相似。可通过下面的向导避免这种情况下问题的出现。令ANSYS在它们的交界处自动生成金字塔单元，可以容易地在六面体单元和四面体单元之间保证数学上的连续。 7.3.9.1 ANSYS程序可以生成过渡金字塔单元的情形。 ANSYS程序在下列情况会生成过渡的金字塔单元； ?用户准备对体用四面体单元进行网格划分。待划分网格的体直接与已用六面体单元划分了网格的体相邻。两个体已被粘在一起〔VGLUE〕。（想生成过渡金字塔单元的两个体必须共享一个公共面；由六面体单元而来的四面体的表面必须位于公共面上。） ?体上至少有一个面已用四边形网格划分了。这种情况下，仅用四面体单元对体划分网格。ANSYS程序将直接从四边形单元形成金字塔单元。如果需要，可用六面体单元对任何相邻体进行网格划分。 ?分离的四面体形单元分离处可用FVMESH命令输入。 图7-15所示为在四面体和六面体单元的交界处生成过渡的金字塔。在这个例子中，一简单的长方体被一任意切平面分成两部分。切平面体为两体间的界面，一块生成四面体单元而另一块生成六面体单元图（a）。图（b）为过渡的金字塔的分解图；四面体单元已被移去。
图7-15在界面处生成过渡的棱锥单元。 7.3.9.2自动生成过渡的金字塔单元的先决条件 当对体用四面体单元进行网格划分时，为生成过渡的金字塔单元，应满足的先决条件为： ?当设定了单元属性，确保给体分配的单元类型可以退化成金字塔形状；现在，这种单元包括SOLID62，SOLID73，VISCO89，SOLID90，SOLID95，SOLID96，SOLID97和SOLID122。ANSYS对任何其它的单元类型都不支持过渡的金字塔单元。（见§7.2.2中设置属性的方法）。 ?设置网格划分控制时，激活过渡单元表明想让三维单元退化。 激活过渡单元（缺省），利用下列方法： 命令：MOPT,PYRA,ON GUI : Main Menu &Preprocessor &-Meshing-Mesher Opts 生成退化三维单元，用下列方法： 命令：MSHAPE,1,3D GUI : Main Menu &Preprocessor &-Meshing-Mesher Opts 如果这些先决条件已满足，则在用四面体〔VMESH〕对体划分网格时，ANSYS程序会自动地： ?确定哪里有过渡的金字塔单元合适。 ?合并和重新安排四面体以生成金字塔单元。 ?在网格中插入金字塔单元。 ANSYS缺省地生成过渡的金字塔单元；如果不想在网格中插入过渡的金字塔单元，键入MOPT，PYRA，OFF命令。 注意：对直接与二次棱锥单元相邻的线性六面体单元，ANSYS自动在界面处清除中间节点。这事实上发生在对与线性单元相邻的体进行二次单元网格划分时。 7.3.10将退化的四面体单元转化为非退化形式 在模型中生成过渡的金字塔之后，可以将模型中的20节点退化四面体单元转化成相应的10节点非退化单元。 7.3.10.1转变退化四面体单元的益处 §7.3.9一节中论述的允许金字塔的信息只有在使用的单元类型支持退化的四面体和金字塔形单元时才出现。在实际应用中，用户会发现这个先决条件太苛刻了。 例如：用户作结构分析，在需要过渡的金字塔单元时却被限制要用SOLID95单元。求解包含20节点退化的SOLID95单元（并存贮这些单元）比用SOLID92单元作相同的分析要耗费更多的时间和内存。（SOLID92单元是10节点相对于SOLID95单元的非退化单元。） 在这个例子中，将SOLID95单元转化为SOLID92单元的好处有： ?每个单元所需的随机存贮单元（RAM）更少。 ?当不使用预条件共轭梯度（PCG）方程求解器时，ANSYS在求解过程中写的文件相当少。 ?即使使用PCG方程求解器，仍可得到中等求解速度优势。 ?如果用PCG求解器并且至少部分模型使用线性材料的SOLID92单元，用MSAVE，ON即可节约大量内存。MSAVE，ON命令只能用于小应变（NLGEON，OFF）全瞬态或静力分析。MSAVE，ON结果能够节省多达70%部分模型标准要求的内存，尽管求解时间会受你的处理器速度和制造商的影响。 7.3.10.2执行转换 将20节点退化的四面体单元转化为对应的10节点非退化形式。 命令：TCHG,ELEM1,ELEM2,ETYPE2 GUI : Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Modify Mesh&Change Tets 不论是使用命令还是GUI方法，用户都将按表7-3转换合并的单元。 表7-3允许ELEM1和ELEM2单元合并。
SOLID95 or 95
SOLID92 or 92
SOLID90 or 90
SOLID87 or 87
SOLID122 or 122
SOLID123 or 123 用TCHG命令执行转换，为下列变元定义值。 ?用ELEM1变元代表想转换的单元类型，例如转换SOLID95单元，必须指定ELEM1为SOLID95或95。 ?用ELEM2变元代表与ELEM1单元对应的单元。例如，为转换SOLID95单元，必须将ELEM2指定为SOLID92或92。 ?也可以用ETYPE2变元来指定ELEM2的单元类型号。继续以上例子，分配单元类型号2给新转换的SOLID92单元，给ETYPE2赋值2。（单元类型的类型号是在单元属性表中分配的单元类型号；它依赖于在单元属性表中单元类型的位置。）如果不定义ETYPE2的值，ANSYS将使用单元属性表中下一个位置确定ELEM2单元的类型号，或ELEM2已出现在单元属性表中，ANSYS将用ELEM2的已有单元类型号给ETYPE2。继续本例可参见《ANSYS Commands Reference》 TCHG命令。 如果通过ANSYS GUI途径执行转换，按以下步骤： 1.选择菜单路径Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Modify Mesh&Change Tets。将选定的六面体退化单元转换为非退化的四面体单元对话框出现。 2.使用功能菜单进行转换，选择合并单元。 3.ELEM2栏中的单元类型号，为ELEM2单元选择合适的单元号。（包括所有当前已定义的单元类型的单一选择列表，连同它们相应的单元类型号，出现在对话框中有助于你的选择。）可用下列方法选择： ?在选择列表中选择NEXT AVAIL TYPE#并按OK，ANSYS利用单元属性表的位置确定ELEM2的单元类型号。如在ELEM2已出现在单元属性表中时，ANSYS使用赋给ETYPE2已有的ELEM2的单元类型号。 ?从选择列表中选择USER SPECFIED并按OK。出现另一个对话框，必须在此输入单元类型号并按OK。ANSYS赋给ELEM2单元类型号。 ?从选择列表中选择一个有效的单元类型号（如果有的话）。记住尽管所有已定义的单元号及其单元类型号都出现在列表中，但并不都是有效的选择（例如，要将SOLID95单元转换为SOLID92单元，必须从选择列表中选择已定义的SOLID92单元的类型号）。如果当前并未定义SOLID92单元，必须使用上述的其它选择方法。假定所选的有效单元类型号存在，ANSYS将给新转换的单元分配类型号。 & & 7.3.10.3退化四面体单元转换的其它性质 退化四面体单元转换的其它性质包括： ?转换操作的结果为选定ELEM1类型的单元转换为类型ELEM2。ANSYS忽视除非退化四体单元外的所有ELEM1类型的单元。例如，ANSYS将忽略有六面体、棱锥或棱柱形状的SOLID95单元。例如，用户有一个仅包含SOLID95单元的简单模型。这些单元有六面体的、四面体的和棱锥形的形状。如果键入命令TCHG，95，92，2，ANSYS只将四面体的SOLID95单元转换为SOLID92单元；剩下六面体形的和棱锥形的SOLID95单元未动。因为将ETYPE2值定为2，ANSYS将单元类型号2分配给SOLID92单元。 ?执行转换就象在一个体中定义了不止一种单元类型。当前ANSYS还无法在每个体中存贮多于一种类型的单元。这个限制在执行体列表操作〔VLIST命令〕时会出现不正确的信息。列表输出失败表明转换单元时单元类型已转变了。而且表明单元类型号已分配给了哪些单元。（另一方面，输出单元列表操作〔ELIST〕命令表明新的单元类型号。）如果想执行转换，建议转换为建模和网格划分过程的最后一步，即，完成任何想要的网格细化、移动或拷贝节点和单元。在开始转换以前进行其它想要做的建模和修正网格划分过程。 7.3.11对层进行网格划分 ANSYS程序的层网格划分功能（当前只能对2维面）能生成线性梯度的自由网格。 ?沿线具有均匀的单元尺寸（或适当变化的） ?垂直于线的方向单元尺寸和数量有急剧过渡。 这样的网格适于模拟CFD边界层的影响，电磁表面层的影响等。 7.3.12通过GUI设置层网格划分控制 如果通过ANSYS GUI对选定线集设置层网格划分控制，选择Main Menu&Preprocessor&Mesh Tool，显示网格划分工具控制板。按与“Layer”相邻的设置按钮打开选择线的对话框，接下来是“对所选线的面层网格控制”对话框。可在其上指定： ?线上想要的单元尺寸，可以直接设置单元尺寸（SIZE）或设置线的分割数（NDIV）。 ?线间距比率（SPACE，对层网格划分一般为1.0）。 ?内部网格层的厚度〔LAYER1〕这一层单元将是均匀尺寸的，边长等于线上给定的单元尺寸。LAYER1的厚度可以指定为线上单元尺寸带一个系数（尺寸系数=2沿线生成两行尺寸均匀的单元；尺寸系数=3，为三行，等等。）或用一个绝对长度。 ?外部网格层的厚度〔LAYER2〕这一层的单元尺寸会从LAYER1的尺寸缓慢增加到总体单元的尺寸。LAYER2的厚度可用一个网格过渡系数（过渡系数=2生成大约等于前面垂直于线网格2倍尺寸的单元；过渡系数=3，大约3倍的尺寸，等等）或给定一个绝对长度。 注意：LAYER1的厚度应当大于或等于给定线的单元尺寸。如果用尺寸系数给定LAYER1，它必须大于或等于1.0。 注意：LAYER2的厚度实际上是发生在LAYER1单元尺寸和总体单元尺寸之间过渡网格区的距离。LAYER2的适当值因此依赖于总体到LAYER1尺寸比率的大小。 如果给定LAYER2的网格过渡系数，它必须大于1.0（暗示下一行尺寸必须大于前面的尺寸），为达到最好的结果，且应当小于4.0。 注意：对选定的线集，层网格划分控制可以设定或清除而不改变已有的线分割或距离比率的设置。实际上，在此对话框中，空白或零设置，SIZE/NDIV，SPACE，LAYER1或LAYER2将保持不变。（即它们不会被置为零或缺省值。） 要删除选定线集的指定的层网格划分控制，选择网格划分工具控制板上包含“Layer”的清除按钮。已有线集的线段和距离比率将保持不变。 下图层网格说明沿线显示为均匀的单元尺寸在垂直于线方向上单元的尺寸和数量急剧过渡。 7.3.13通过命令设置层网格划分控制 LESIZE命令定义层网格划分控制和其它单元尺寸特性，关于此命令的信息参见《ANSYS Commands Reference》。 7.3.14线上层网格划分定义的列表 查看或打印线上的层网格划分尺寸定义，利用下列方法： 命令：LLIST GUI : Utility Menu&List&Lines 7.4自由网格和映射网格划分控制 前面主要讲述可用的不同网格划分控制，现集中讨论适合于自由网格划分的控制，它也适用于映射网格划分。
图7-16 线性梯度层网格线性梯度层网格 7.4.1自由网格划分 自由网格分操作，对实体模型无特殊要求。任何几何模型，尽管是不规则的，也可以进行网格划分。 所用单元形状依赖于是对面还是对体进行网格划分。对面进行网格划分，自由网格可以只由四边形单元组成，或只由三角形单元组成，或两者混合。对体进行网格划分，自由网格一般限定为四面体单元。金字塔形单元作为过渡也可加入到四面体网格中。（见§7.3.9中关于金字塔形单元的信息）。 如果选择的单元类型严格地限定为三角形或四面体（例如PLANE2和SOLI92），程序在网格划分时只用这种单元。但是，如果选择的单元类型允许多于一种形状（如，PLANE82或SOLID95），可通过下列方法指定用哪一种（或几种）形状： 命令：MSHAPE GUI : Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesher Opts 还必须指定对此模型用自由网格划分： 命令：MSHKEY,0 GUI : Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesher Opts 对于支持多于一种形状的面单元，缺省地会生成混合形状（通常是四边形单元占多数）。可用[MSHAPE，1，2D和MSHKEY，0]来要求全部生成三角形网格，但如果用低次单元时建议不要这样做。 注意：可能会遇到全部网格都须为四边形网格的情况。当面边界上总的线分割数为偶数时，面的自由网格划分会全部生成四边形网格，并且四边形单元质量不会出错。通过打开SmartSizing项并让它来决定合适的单元数，可以增加面边界线分割总数为偶数的机率（而不是通过LESIZE命令人工设置任何边界划分的单元数）。应保证四边形分裂项关闭〔MOPT，SPLIT，OFF〕，以使ANSYS不将形状较差的四边形单元分裂成三角形。（四边形单元分裂对出错单元缺省是打开的。参见MOPT命令的叙述。） 使体生成一种自由网格，应当选择只允许一种四面体形状的单元类型，或利用支持多种形状的单元并只设四面体一种形状功能〔MSHAPE，1，3D和MSHKEY，0〕。 对自由网格划分操作，生成的单元尺寸依赖于DESIZE、ESIZE、KESIZE和LESIZE的当前设置。如果SmartSizing打开，单元尺寸将由SMRTSIZE及ESIZE、KESIZE和LESIZE命令决定。（对自由格划分推荐使用SmartSizing）。可知所有这些网格划分均由Main Menu&Preprocessor&MeshTool和Main Menu& Preprocessor& -Meshing-Size Cntrls.控制。 7.4.1.1扇形网格划分和TARGE170单元 一种称为扇形网格划分的特殊自由网格划分，适于涉及用TARGE170单元对三边面进行网格划分的某些接触分析。当三个边中有两个边只有一个单元而第三边有任意数目分割数时，结果将为扇形网格。（LESIZE命令用于设置单元划分）。扇型网格划分保证ANSYS使用最少的三角形来填充面。这对接触问题是重要的。考虑扇形网格划分 所示的例子，两个边仅有一个单元，而第三边分为四个单元。
图7-17扇型网格划分的例子 7.4.1.1.1. 扇型网格划分的条件 记住使用扇型网格划分必须满足下列条件： ?必须是对三边面进行网格划分。两边必须仅分为一个网格。而第三边可以有任何数目的划分。 ?必须用TARGE170单元进行网格划分。 ?必须指定使用自由网格划分〔MSHKEY，0或MSHKEY，2〕。 详见《ANSYS Structural Analysis Guide》中的§9和《ANSYS Elements Reference》中TARGE170单元的叙述。 7.4.2映射网格划分 可指定程序全部用四边形面单元、三角形面单元、或全部用六面体（块）单元生成映射网格。映射网格划分要求面或体形状规则，即必须满足一定准则。 对映射网格划分，生成的单元尺寸依赖于当前DESIZE及ESIZE、KESIZE、LESIZE和AESIZE的设置（Main Menu& Preprocessor&-Meshing-Size Cntrls&-ManualSize-option），SmartSizing〔SMRTSIZE〕不能用于映射网格划分。 注意：当使用硬点时不支持映射网格划分。 7.4.2.1面映射网格划分 面映射网格包括全部是四边形单元或全部是三角形单元。 注意：映射三角形网格划分是指ANSYS接受一可用映射网格划分的面并用三角形单元划分网格的过程，取决于指定的形式。这种类型的网格划分尤其适于刚性接触单元的网格划分。（详见《ANSYS Structural Analysis Guide》中的§9。） 面接受映射网格划分，必须满足以下条件： a、该面必须是三或四条边（有或无连接） b、面的对边必须划分为相同数目的单元，或其划分与一个过渡形网格的划分相匹配（见图7－24） c、该面如有三条边，则划分的单元必须为偶数且各边单元数相等。 d、网格划分必须设置为映射网格〔MSHKEY，1〕。结果得到全是四边形单元或全是三角形单元的映射网格。依赖于当前单元类型和单元形状的设置〔MSHAPE〕。 e、如果想生成映射三角形网格，可以指定ANSYS所用模式生成三角形单元网格〔MSHPATTERN〕。如果不指定一种模式，ANSYS将为用户指定。见《ANSYS Commands Reference》中的MSHPATTERN命令可用模式的叙述。 图7-18所示为全用四边形单元划分网格的基本面和全用三角形单元划分网格的基本面。
图 7-18面映射网格 如果一个面多于四条边，不能用映射网格划分。但是有些线可以合并或连接使总线数减少到四条，线的连接在本节之后讨论。 建议用AMAP命令替代连接线，拾取面的三或四个角点进行面映射网格划分。这种方法内在地连接两关键点之间的所有线。（简化的面映射网格划分在本节后叙述。） 7.4.2.1.1. 将线分割以进行映射网格划分 面的对边指定为相同数目的线分割（或其线分割与一个过渡形式的划分相匹配）以生成映射网格。不必对所有线指定分割数。尽管请求映射网格划分〔MSHKEY，1〕程序将把线的分割从一条线转到相对的线，并转到待划分网格的相邻面上〔AMESH〕，在需要时程序会从AESIZE产生相匹配的线分割来“软化”由LESIZE、KESIZE或ESIZE的定义。 LESIZE，ESIZE等命令的等级同样适用于传递边的分割数。因此在图7-19的例子中，由LESIZE规定的分割数从线1传至线3，将并覆盖ESIZE定义的分割数。
图7-19传递LESIZE控制覆盖ESIZE控制。
MSHKEY,1 ! mapped mesh ESIZE,,10 ! 10 divisions set by ESIZE LESIZE,1,,,20 ! 20 divisions specified for line 1 AMESH,1 ! 20 line　divisions will be transferred onto line 3 请参见MSHKEY、ESIZE、AESIZE、LESIZE、和AMESH命令的叙述。 7.4.2.1.2连接线 如果一个面的边数多于四条，可将部分线合并〔LCOMB〕或连接〔LCCAT〕起来以使总边数降为四。一般来说LCOMB命令优先于LCCAT命令。LCOMB命令可用于相切或不相切的线，节点也不必产生在线的接头。 连接线： 命令：LCCAT GUI: MainMenu&Preprocessor&-Meshing-Mesh&-Areas-Mapped&-oncatenate-Lines 注意：LCCAT命令不支持用IGES缺省功能〔IOPTN，IGES，DEFAULT〕输入的模型。但是，可用LNMERGE命令将从CAD文件输入的模型线进行连接。 合并线： 命令：LCOMB GUI : Main Menu&Preprocessor&-Modeling-Operate&-Booleans-Add& Lines 见图7-20，该面共有六条线。其中两条线可以合并，两条线可以连接，以生成四条边的面，可以进行映射网格划分。
图7-20 合并和连接线以进行映射网格划分 线、面或体上的关键点处将生成节点。因此一条连接线将至少有线上由隐含定义的关键点数同样多的分割数。程序不允许对这样的线用更少的分割数来传递。而且指定的总体单元尺寸〔ESIZE〕是针对原始线的，而不是针对连接线的。
图7-21 ESIZE是针对原始线的（不是连接线） 不能直接给连接线指定线分割。但是，分割数可以指定给合并线〔LCOMB〕。因此，使用合并线比连接线会有一些优势。 分页 7.4.2.1.3. 简化面映射网格划分 AMAP命令提供了获得映射网格的最简捷途径。AMAP（Main Menu& Preprocessor&-Meshing-Mesh&-Areas-Mapped&By Corners）使用指定的关键点作为角点并连接关键点之间的所有线。面自动地全部用四边形或全部用三角形单元进行网格划分（不需要MSHKEY命令）。与AMAP通过连接线的映射网格划分控制有相同的规则。 考查前连接的例子，现用AMAP方法进行网格划分。注意到在已选定的几个关键点之间有多条线。在选定面之后，可按任意顺序拾取关键点1、3、4和6，会自动生成映射网格。
图7-22 简化的映射网格划分（AMAP） 在AMAP操作之前不需要连接线；内部做连接并删除。面的线并未改变。 注意：AMAP命令不支持用IGES缺省功能〔IOPTN，IGES，DEFAVIT〕输入的模型。 7.4.2.1.4 过渡映射四面体网格的划分 另一种生成映射面网格的途径是指定面的对边的分割数，以生成过渡映射四边形网格。过渡映射四边形网格只适用于有四条边的面（有或无连接线）。一些例子如图7-23所示。
图7-23过渡四边形映射网格划分的例子 为生成过渡四边形映射网格，必须使用支持四边形形状的单元类型，设置网格划分指令为映射的〔MSHKEY，1〕，并指定形状容许四边形〔MSHAPE，0，2D〕。（想要过渡型的映射三角形网格，参见下一节。）另外，指定的线分割必须与图7-24 所示形式相匹配。
图7-24可用的过渡形式―过渡四边形映射网格 四边形为主的自由网格划分器〔MSHAPE，0和MSHKEY，0〕自动寻找与这些过渡形式相匹配的四边形区域。如果发现匹配，面就会划分为过渡四边形映射网格，除非结果单元质量过差（这时会生成自由网格）。 7.4.2.1.5. 过渡三角形映射网格划分 过渡映射网格划分对于生成三角形单元的映射面网格也是有效的。与过渡四边形映射网格划分相比，过渡三角形映射网格划分只适用于四边形的面，指定的线分割必须与图7-24所示之一相匹配。为生成过渡三角形映射网格，必须使用支持三角形的单元类型，网格划分设置指定为映射的〔MSHKEY，1〕，并指定形状容许三角形〔MSHAPE，1，2D〕。 图7-25 为过渡四边形映射网格和过渡三角形映射网格关系的示意图。图（b）为过渡的三角形映射网格。当请求三角形映射网格时，ANSYS实际上是以四边形单元映射网格划分为开始的。然后自动地将四边形单元分割成三角形单元。图（a）表示作为（图（b）所示的）三角形网格基础的四边形网格。图（c）所示为含有四边形单元的三角形网格。虚线代表ANSYS分割成三角形的四边形单元的边界。
图7-25映射网格 7.4.2.2体映射网格划分 要将体全部划分为六面体单元，必须满足以下条件： A、该体的外形应为块状（有六个面），楔形或棱柱（五个面），四面体（四个面）； B、体的对边上必须划分相同的单元数，或分割符合过渡网格形式适于六面体网格划分。见图7-26例中不同形状体的映射单元网格划分。六面体网格的过渡网格形式在本节之后叙述。 C、如果体是棱柱或四面体，三角形面上的单元分割数必须是偶数。
图7-26映射体网格单元划分的例子 7.4.2.2.1. 连接面 与线一样，当需要减少围成体的面数以进行映射网格划分时，可以对面进行加〔AADD〕或连接〔ACCAT〕。如果连接面有边界线，线也必须连接在一起，必须先连接面，再连接线。此过程的输入列表范例如下： !　first, concatenate areas for mapped volume meshing: ACCAT,... ! next, concatenate　lines for mapped meshing of bounding areas: LCCAT,... LCCAT,... VMESH,... 注意：一般来说AADD（面为平面或共面时）的连接效果优于ACCAT（线分割如前面所述会从一边传到另一边）。 正如上面输入列表范例所示，在连接面〔ACCAT〕之后一般需要连接线〔LCCAT〕。但是，如果相连接的两个面都是由四条线组成（无连接线）。连接线操作会自动进行。因此，图7-27中两个面都由四条线组成所以不需要连接线〔LCCAT〕。另外须注意删除连接面并不会自动删除相关的连接线。 连接面用来对实体进行映射网格划分，如图7-27所示。因为两个面都由四条边组成所以连接面接操作〔ACCAT〕自动地进行线连接。
图7-27面连接 连接面用下列方法： 命令：ACCAT GUI: Main Menu&Preprocessor&Concatenate&Areas
Main Menu&Preprocessor&Mesh&Mapped&Areas
注意：ACCAT命令不支持用IGES缺省功能〔IOPTN，IGES，DEFAULT〕输入的模型，但是，可用ARMERGE命令合并由CAD文件输入模型的两个或更多的面。注意当以此方式使用ARMERGE命令时，在两合并线之间删除了关键点的位置不会有节点。 将面相加，用下列方法： 命令：AADD GUI : Main Menu&Preprocessor&-Modeling-Operate&-Booleans-Add&Areas 详见ACCAT、LCCAT和VMESH命令的叙述。 7.4.2.2.2. 过渡六面体映射网格 可以通过指定体的对边的分割数来生成映射体网格，且分割允许过渡型的六面体映射网格，过渡型的六面体映射网格划分只适用于有六个面的体（有或无连接面）。例子如图7-28所示。
图7-28过渡型六面体映射网格的例子 为生成过渡六面体映射网格，必须使用一种支持六面体形状的单元类型。如果先前设置的网格划分的单元形状是四面体形单元〔MSHAPE，1，3D〕，现在必须设置允许六面体形〔MSHAPE，0，3D〕的单元形状。另外，指定的线分割必须与图7-29所示之一相匹配。 注意：尽管指定为自由网格划分 〔MSHKEY，0〕，ANSYS自动寻找与那些过渡形式相匹配的六面体。如果发现相匹配，则体将划分为过渡六面体映射网格。除非结果单元质量很差（这样情况下网格划分会失败） 注意：如图7-29所示，体的有些边是隐藏的〔N5、N9和N10边）。N5的对边是N8，N9的对边是N11；N10的对边是N2。 7.4.2.3关于连接线和面的一些说明 连接仅是映射网格划分的辅助工具，并非布尔运算的加。连接应是对实体进行映射网格划分前的最后一步，连接生成的图元不能作任何实体建模操作（网格划分、清除及删除图元除外）。例如，由LCCAT操作生成的线不能在实体模型上加载，不能参与布尔运算，不能拷贝、拖拉、旋转〔xGEN，xDRAG，xROTAT〕等，也不能再用于另一个连接。 连接生成的线、面可用删除线或面命令来清除连接： ?最便捷的删除连接线或面是通过选择菜途径（Main Menu& Preprocessor& -Modeling-Delete&-Del Concats-Lines或menu path Main Menu& Preprocessor& -Modeling-Delete&-Del Concats-Areas.） 警告：当使用此方法时，ANSYS会自动选择所有连接线（或面）并删除它们而不通知用户。
图7-29可用的过渡形式一过渡映射六面体网格 ?如果想对选择和删除连接线或面有更多的控制，可用下列方法： 命令：LSEL,Type,LCCA,,,,,KSWP or ASEL,Type,ACCA,,,,,KSWP GUI : Utility Menu&Select&Entities 如果用户正使用选择图元对话框，选择“both Lines and Concatenated"来选定连接线，选择“both Lines and Concatenated”选定连接面。如果需要，可用对话框中的其它控制来改变选择。 必要时可以删除所有已选择的线或面〔LDELE，ALL或ADELE，ALL〕。 尽管要注意本节前面所列对输出图元的限制，但这种对连接的限制不会影响输入图元。然而，只要涉及高级图元，输入图元将会“丢失”或“孤立起来’。即，当一个面由5条边组成（L1─L5），其中两条线是连接的（LCCAT，1，2=&L6）程序不再将线L1和L2视为该面的边。但可以通过删除线L6，L1、L2重新成为该面的边（见图7-30）。 到取消连接时在连接中的输入线变为分开的。
图7-30 在连接中输入线
当用户发现连接对预定的建模操作限制太多时，可用其他方法获得映射网格，如将面或体细分为适当形状的图元。布尔操作对图元按此方式细分时对会很有用处。 详见《ANSYS Commands Reference》中ASEL、LSEL、ACCAT、LCCAT、ADELE和LDELE命令的叙述。 分页 7.5 实体模型的网格划分 构造完实体模型，定义了单元属性和网格划分控制之后，即可生成有限元网格了。在网格生成之前，首先将模保存起来是一个好习惯： 命令：SAVE GUI : Utility Menu&File&Save as Jobname.db 如果想打开“接受/拒绝网格”提示，拾取（Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesher Opts）。这个提示只能通过GUI选取，使用户方便地放弃不想要的网格。（详见§7-6）。 7.5.1 用xMESH命令生成网格 为对模型进行网格划分，必须使用适合于待划分网格图元类型的网格划分操作。可对关键点、线、面和体使用下列命令和GUI途径进行网格划分。 ?在关键点处生成点单元（如MASS21）： 命令：KMESH GUI : Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesh&Keypoints ?在线上生成线单元（如LINK31）： 命令：LMESH GUI : Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesh&Lines 可参见§7.5.2 中专门针对梁划分网格的程序。 ?在面上生成面单元（如PLANE82）： 命令：AMESH, AMAP GUI : Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesh&-Areas-Mapped&3 or 4 sided Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesh&-Areas-Free Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesh&-Areas-Target Surf Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesh&-Areas-Mapped&By Corners ?在体上生成体单元（如SOLID90）： 命令：VMESH GUI :Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesh&-Volumes-Mapped&4 to 6 sided Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesh&-Volumes-Free 可参见§7.5.3和§7.5.5中专门针对体网格划分的信息。 7.5.2用方向节点生成梁单元网格 可定义方向关键点作为线的属性对梁进行网格划分，就象给实常数分配号码，或给材料属性编号。方向关键点与待划分网格的线是独立的。在这些关键点的位置处，ANSYS会沿着梁单元自动生成方向节点。支持在生成线网格时自动生成方向节点的单元有BEAM4、BEAM24、BEAM44、BEAM161、BEAM188和BEAM189。 将方向关键点定义为线的属性： 命令：LATT GUI：Main Menu&Preprocessor&-Attributes-Define&All Lines Main Menu&preprocessor&-Attributes-Define&Picked Lines 7.5.2.1 ANSYS如何确定方向节点的位置。 如果一条线由两个关键点（KP1和KP2）组成且两方向关键点（KB和KE）已定义为线的属性，方向矢量从线的开始处KP1延伸到KB，且方向矢量在线的末端从KP2延伸到KE。ANSYS通过上面给定两方向矢量的插入方向来计算方向节点。 注意：尽管在这里称为方向节点，其它地方可见这种节点称作远节点、第三节点（只对线性的梁单元），或第四节点（只对二次梁单元）。 7.5.2.2 用方向节点对梁进行网格划分的益处 梁截面取向的方向将影响梁单元网格和分析结果。用方向节点对梁划分网格可对这些影响进行控制。§7.5.2.4 中提供了梁截面不同方式排列梁截面的多个例子。 如果用BEAM44、BEAM188或BEAM189单元进行分析，可充分利用ANSYS程序的横截面数据定义、分析和对这些单元的可视化能力。（对BEAM44单元没有可视化能力。）可定义截面的ID号作为线的属性〔LATT〕。当对线划分网格时，截面的ID号表示生成梁单元的横截面。ANSYS自动生成的方向节点依赖于用户指定的方向关键点〔LATT〕，确定梁单元截面的方向。有关梁分析和横截面的详细信息，参见《ANSYS Structural Analysis Guide》中的§15。 7.5.2.3 用方向节点生成梁网格 本节讨论如何用输入命令或ANSYS 菜单途径，用方向节点生成梁的网格。这里假定用户已定义了模型的几何体和单元属性表，并准备给线定义属性并对梁进行网格划分。本节不准备包括典型梁分析的其它方面。对梁分析和用方向节点生成梁网格的例题，参见《ANSYS Structural Analysis Guide》中的§15。 用命令方法生成梁网格，要输入下列命令： 1、用LSEL命令选择想用方向节点进行网格划分的线。 2、用LATT命令将选定的未划分网格线与单元属性联系起来。指定MAT、REAL、TYPE、ESYS、KB、KE和SECNUM的值。 ?当指定LATT命令中的TYPE项的值时，要保证给线定义的单元类型支持用方向节点生成梁网格。当前，这些单元类型包括BEAM4、BEAM24、BEAM44、BEAM161、BEAM188和BEAM189。 ?用LATT命令中的KB和KE变量指定开始和结束的方向关键点。如果用BEAM24、BEAM161、BEAM188或BEAM189单元进行网格划分，要求在设置网格划分属性时至少定义一个方向关键点。当ANSYS生成网格时〔LMESH〕，沿线的每个单元将有两个端节点和一个方向节点。当用BEAM4和BEAM44单元划分网格时指定方向关键点是可选择的。如果给单元指定了方向关键点，每个梁单元沿网格划分线将有两个端节点和一个方向节点。如果不给BEAM4和BEAM44单元指定方向关键点，每个梁单元将有两个端点，但没有方向节点（即ANSYS将用标准线网格划分生成网格）。 ?如果用梁给圆弧划分网格，若弧跨度超过了90度，梁的方向在90度点是扭曲的，如图7-31：
图7-31 对弧划分线单元 为防止梁方向的扭曲，将末端方向关键点（KE）设置成与KB相同或将线分裂成90度的弧。 ?如果使用BEAM4、BEAM188单元或BEAM189单元，用LATT命令中SECNUM变量指定截面的ID号。 参见§7.5.2.4中各种指定方向关键点方法的例子。见《ANSYS Structural Analysis Guide》中的§15 中关于横截面的详细叙述。 3、设置沿线生成网格的单元分割数〔LESIZE〕。 4、用LSESH命令对线划分网格。 5、对梁划分网格后，常用/ESHAPE，1命令在图上验证梁的方向。 6、可用LLIST，，，，ORIENT命令对已选线列表，连同任何指定的方向关键点和截面数据。 如果用ANSYS GUI途径生成梁网格，按下列步骤： 1、选择菜单途径Main Menu&Preprocessor&MeshTool，出现网格划分工具。 2、在网格划分工具中单元属性区域，从左边的选择菜单选择线（Lines）并点击设定（Set），出现线属性拾取器。 3、在ANSYS图形窗口，拾取想要指定属性（包括方向关键点）的线，然后在线属性拾取器中点击OK。出现线属性对话框。 4、在线属性对话框中，指定MAT、REAL、TYPE、ESYS和SECT属性，拾取方向关键点（Orientation Keypoint(s)）选项出现Yes，拾取OK，线属性拾取器重复出现。 5、在ANSYS图形窗口，拾取方向关键点，然后在线属性拾取器中拾取OK。 6、回到网格划分工具，设置任何想要的单元尺寸控制。然后从网格划分选择菜单中选择线并拾取MESH开始线网格划分操作。出现线网格划分拾取器。 7、在ANSYS图形窗口；拾取想划分网格的线并在线网格划分拾取器中拾取OK。ANSYS对梁划分网格。 8、在梁生成网格之后，常在图上验证梁的方向。选择菜单途径Utility Menu&PlotCtrls&Style&Size and Shape。拾取/ESHAPE选项打开并拾取OK，出现划分了网格的梁。 9、可对已选择的线列表，连同任何定义的方向关键点和截面数据。为如此，选择菜单途径Utility Menu&List&Lines。出现LLIST列表形式对话框。选择方向KP并拾取OK。 7.5.2.4 用方向节点划分梁网格的例子 可定义一个或二个方向关键点作为线的属性。如果定义了两个，可在模型上为它们指定相同的位置。 图7-32为三个例子。每一个例子，开始方向关键点和结束方向关键点都是定义在相同的位置。例子告诉用户如何在一个结构的不同方向给定不同的方向关键点去排列选定的梁截面。
图7─32 放置方向关键点和单元方向 如果给一条线指定了一个方向关键点，ANSYS沿线按一定方向生成梁单元。如果在线的末端给定的方向关键点，ANSYS生成前弯梁。 图7-33为按固定方向的梁网格划分与前扭梁网格划分的区别。 ?图（a），只指定了一个开始方向关键点。该关键点与Y轴成0°，沿Y方向为10个单位距离。梁为固定方向。 ?图 (b)，只指定了一个开始方向关键点。该关键点与Y轴成30°，半径为10个单位。梁为固定方向。 ?图（c），指定了开始和结束方向关键点。关键点分开90°,引起梁90° 扭曲。由于按线性插值确定方向节点的位置，用偏离每一端点一段微小距离的线使节点位于由关键点生成的向量附近。
图7─33 固定方向与前扭 ?图（d），方向关键点相差180°，梁发生翻转。因为两向量是线性插值的，指定关键点引起梁的不连续。 ?图（e）提供了对图（d）的挽救措施。一条线分成两段，L1的结束方向关键点与L2的开始方向关键点指定为同一关键点。梁的180°的扭曲就达到了。 分页 7.5.2.5 用方向节点对梁划分网格的其它考虑 用方向节点对梁划分网格的其它考虑有： 注意：如果用方向节点生成了梁网格之后键入CDWRITE命令，数据库文件会包含每个梁单元的所有节点，包括方向节点在内。可是，为线指定的方向关键点〔LATT〕不再与线相联系并且写输出到几何文件中去。线不认为方向关键点是指定给它的，而方向关键点不知道它们是方向关键点。因此，CDWRITE命令不支持（对梁划分网格）任何与实体模型相联系的操作。例如，对已划分了网格的线相邻的面划分网格，画包含方向节点的线，或清除包含方向节点的线与预想的工作方式不同。对IGESOUT命令也有此限制。参见《ANSYS Commands Reference》中CDWRITE和IGESOUT命令的叙述。 ?2维梁单元不要求方向，因此本节叙述的梁划分网格过程不支持二维梁单元。 ?线的任何操作（如拷贝线、移动线等）将破坏关键点的属性。 ?如果删除了方向关键点，ANSYS会出现警告信息。 ?如果移动了方向关键点，它仍为方向关键点。但如果重新定义了一个方向关键点（K，NPT，X，Y，Z），ANSYS不再认为它是一个方向关键点。 7.5.3由刻画面生成体网格 除用VMESH命令生成体单元外，还可由一组分开的的外表面单元（刻画面）生成体网格。例如，在遇到不能对特殊面划分网格时这种方法显得非常有用。在这种情况下，首先对可进行网格划分的面划分网格。然后，用直接生成法定义剩下的面单元。（用直接生成定义的单元将被视为孤立单元，因为没有与之相联系的实体模型。）最后，利用下列方法从孤立面单元生成节点和四面体体单元： 命令：FVMESH GUI: Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesh&-Tet Mesh From -Area Elements 注意：主四面体网格划分〔MOPT，VMESH，MAIN〕是唯一支持由刻画面生成体网格的四面体网格划分器；替换四面体网格划分器则不支持〔MOPT，VMESH，ALTERNATE〕。 注意：FVMESH命令及其相应的菜单途径不支持多体。如果模型中有多个体，为一个体选择表面单元，同时保证其它体未选择表面单元。用FVMESH命令生成第一个体的网格。按此步骤一次只选一个体划分网格，直到模型中的所有体都划分了网格。 7.5.4 用xMESH命令的注意事项 用xMESH命令的注意事项有： ?有时需要对实体模型用不同维数的多种单元划分网格。例如，带筋的壳有梁单元（线单元）和壳单元（面单元），或用表面作用（面）单元覆盖三维实体模型（体单元）的表面。可按任意顺序使用相应的网格划分操作〔KMESH，LMESH，AMESH和VMESH〕。但在划分网格前要设置合适的单元属性（本章前面所讨论的）。 ?无论选取何种体网格划分器〔MOPT，VMESH，Value〕，在不同的硬件平台上对体用四面体单元划分网格〔VMESH，FVMESH〕会生成不同的网格。因此，评估一特殊节点或单元的结果时要当心。如果在一个平台上生成的图元输入到另一个不同硬件平台上运行，图元的位置可能会改变。 ?自适应网格划分宏〔ADAPT〕是替换的网格划分方法，会在网格离散错误的基础上自动改进网格。关于这种方法参见ANSYS高级分析技术指南 中的自适应网格划分。 7.5.5 通过扫掠生成体网格 利用体扫掠，可从一边界面（称为源面）网格扫掠贯穿整个体将已有未划分网格的体生成单元。如果源面网格由四边形网格组成，体将生成六面体单元。如果面由三角形网格组成，体将生成楔形单元。如果面由三角形和四边形单元共同组成，则体将由楔形和六面体单元共同填充。扫掠的网格与体密切相关。 7.5.5.1 体扫掠的优点 体扫掠有如下优点： ?与其它拖拉一已划分网格的面成为划分网格的体方法〔VROTAT，VEXT、VOFFST和VDRAG命令〕不同，体扫掠〔VSWEEP〕试图使用已有未划分网格的体。在下列情况下尤其有用： ─输入从其它程序建立的实体模型，想在ANSYS中划分网格。 ─对一不规则体生成六面体网格。现在仅需将体分裂为一系列离散的可扫掠区域。 ─用户想生成与已有一种其它拉伸方法生成的网格不同的网格，或用那些操作时忘记生成网格了。 ─如果在体扫掠之前未对源面划分网格，ANSYS在激活体扫掠时会为用户对其进行网格划分。而其他拉伸方法要求在激活它们时由用户自己对面划分网格。如果不进行网格划分，由其它延伸方法生成体，但不会生成面和体网格。 7.5.5.2 在扫掠体之前应该做的工作 在激活体扫掠之前按此步骤进行： 1、 确定有多少个体需要由VSWEEP扫掠。VSWEEP可对一个体、所有选择的体（VSWEEP，ALL）或体的部分进行扫掠（VSWEEP，CMVL此处CMVL是体部分的名称。） 2、 确定体的拓扑是否能够进行扫掠，如果下列情况成立则不能进行扫掠： ?体包含多于一个壳；即体内有内腔的情况。（壳是与体相当的环面─由一系列图元定义了一个连续封闭的边界）。体列表〔VLIST〕中SHELL栏表示体中的壳数。） ?体的拓扑中源面与目标面不是相对的面。（由定义，目标面必须与源面相对。） ?体中有一个不穿过源和目标面的孔。 注意：既使满足了这些要求，仍会出现由于体的形状而引起扫掠生成形状较差的单元。寻求帮助参见§7.5.5.4。 如果体不能扫掠，用VSWEEP命令之前将体分割成能够进行扫掠的子体。 3、确保已定义了合适的二维或三维单元类型〔ET〕。例如，如果对源面进行预网格划分，并想扫掠包含二次的六面体单元，应当用二次二维单元对源面划分网格。 4、确定在扫掠操作中如何控制生成单元层的数目，即沿扫掠方向生成的单元数（见指定体扫掠）。可用下列方法控制单元数： ?用ESIZE，SIZE定义扫掠器的向导单元尺寸。VSWEEP使用这个值在内部计算单元层的数目。这是设置该值的首选方法。 ?用EXTOPT，ESIZE，val1，val2命令指定沿体的侧面线（val1是分割单元层数，val2是偏量）分割的单元层数（如果需要，间距比或偏量）。注意用EXTOPT指定的单元层数和偏量会加在体的所有未划分网格侧面线上。对任何已预划分了网格的边线或其它相关尺寸定义（通过LESIZE），由EXTOPT定义的值将被忽略。 命令：EXTOPT,ESIZE,Val1,Val2 GUI: Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesh&-Volume Sweep-Sweep Opts ?在体的一个或多个侧线上，用LESIZE命令为其指定分割单元数。此方法还允许对体扫掠指定一个优先的偏量〔LESIZE，，，，，SPACE〕；但是位移只加到用LESIZE命令标记的线上。 ?在一个或多个侧面或与侧面或侧边相邻的体内或面上生成映射网格。 ?在一个或多个侧边上生成梁单元网格〔LMESH〕。 ?打开smart sizing（通过SMRT）。VSWEEP将使用智能尺寸参数内部计算单元层数。注意由于六面体单元的受约束的状态和在模型的不同区域智能单元尺寸试图使单元尺寸过渡，智能单元尺寸不总是能产生最高质量的单元。尽管用上述ESIZE，SIZE方法通常产生更多单元，对六面体网格生成通常都是高质量的。 如果单元层数不是上述所列方法的一种，VSWEEP在内部将使用DESIZE参数去计算。
图7─34 指定体扫掠 5、选择确定体的哪一个边界面作为源面，哪一个面作为目标面。ANSYS在源面上使用面单元模式（可以是四边形和三角形单元），用六面体和楔形单元填充体。（如果在体扫掠之前未对面预划分网格，ANSYS自动生成“临时”面单元。在数据库中并不存贮这些面单元；在确定了体扫掠模式后会立即丢弃这些临时面单元）。目标面仅是与源面相对的面。如图7-34所示，为体扫掠设置分割单元层数、源面和目标面的方法。若多于一个体被扫掠任何用户定义的源面和目标面将被忽略。 如果源面和目标面是由用户定义的，VSWEEP将自动确定哪一个边界面应当作为源面或目标面。如果VSWEEP不能自动确定源面/目标面，VSWEEP将终止。当使用菜单途径时，可用EXTOPT，VSWE，AUTO命令打开自动发现源面和目标面。 6、有选择地对源面、目标面和侧面划分网格 体扫掠操作的结果会因在扫掠之前是否对模型中的任何面（源面、目标面和边界面）进行了网格划分而不同。 典型情况是在扫掠面之前，由用户自己对源面划分网格。如果不对源面划分网格，ANSYS会在用户活体扫掠操作时内在地对其划分网格。（如第四步中所述）。 在扫掠前确定是否去预划分网格应当考虑以下因素： ?如果不预划分网格，ANSYS使用单元形状设置[MSHAPE]确定对源面划分单元的形状（MSHAPE，0，2D导致四边形单元；MSHAPE，1，2D导致三角形单元）。例外是用一个VSWEEP命令对多个体进行扫掠。在这种情况下源面总是划分为四边形单元。 ?如果用KSCON定义对源面划分网格，对源面预划分网格。 ?如果想让源面用起初单元尺寸划分网格，那么应该预划分网格。 ?如果与体关联的面或线上出现硬点则扫掠操作会失败，除非对包含硬点的面或线预划分网格。 如果对源面和目标面对预划分了网格，则它们必须是匹配的。但是源面和目标面的网格不必是映射网格。 关于体扫掠的更多特性参见§7.5.5.5。 图7-35（a）是包含两相邻体模型的例子。由于模型的几何形状，必须将体按不同方向进行扫掠，如图（b）。
图7-35 对相连体的扫掠 7.5.5.3 激活体扫掠器 激活体扫掠器： 命令：VSWEEP,VNUM,SRCA,TRGA,LSMO GUI: Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesh&-Volumes-Sweep 如果用VSWEEP命令扫掠体，指定下列变量值： ?用VNUM变量标记待扫掠体。 ?用SRCA变量标记源面。 ?用TRGA变量标记目标面。 ?可选用LSMO变量指定ANSYS在扫掠操作中是否执行线的光滑化处理。 可参见《ANSYS Commands Reference》中关于VSWEEP命令的叙述。 如果用ANSYS菜单途径去调用VSWEEP，过程依赖于EXTOPT，VSWE，AUTO。如果EXTOPT，VSWE，AUTO是打开的（缺省），按下列步骤： 1、 选择菜单途径Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesh& -Volumes-Sweep。出现体扫掠拾取器。 2、 选择待扫掠的体并单击OK。 如果EXTOPT，VSWE，AUTO是关闭的，按下列步骤： 1、 选择菜单途径Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesh& -Volume Sweep-Sweep。出现体扫掠拾取器。 2、 选择待扫掠的体并单击APPLY。 3、选择源面并单击APPLY。 4、选择目标面，单击OK关闭拾取器。 注意：使用ANSYS 菜单途径来扫掠体，不能控制出现线光滑化处理。通过菜单途径扫掠体时，ANSYS不执行线光滑化处理。 7.5.5.4 避免体扫掠过程中形状失败的策略 如果体扫掠操作因单元形状差而失败，可试用下列中的一个或多个对策。建议用户按下列次序进行尝试。本节至此所有对图涉及的都是图7-36。 1、 如果未指定源面和目标面，指定并重新激活体扫掠器。 2、 交换源面和目标面并重新激活体扫掠器。例如，如果将A1面为源面而A2面为目标面，如果体扫掠失败了，将A2作为源面而A1作为目标面再进行尝试。 3、选择一组完全不同的源面和目标面并重新进行体扫掠。（有些体可沿多个方向进行扫掠）。例如，如果A1面和A2面不成功，用A5和A6面再试。 4、使用形状检查作为诊断模型中何处引起扫掠失败的工具。降低单元形状检查的尺度为警告模式〔SHPP，WARN〕，于是有严重错误的单元导致警告信息而不是单元失败。然后重新执行扫掠操作。利用结果的警告信息确认模型中包含差单元的区域，清除差单元〔VCLEAR〕再将形状检查打开〔SHPP，ON〕。接着，修改模型中包含差单元的区域。最后，再用一个扫掠操作对体划分网格。这里有对修改模型的几点建议： ?如果单元形状较差的区域其中一条线有过多或过少的分割数，用LESIZE给该线手工指定不同的分割数。 ?尝试用更小的单元尺寸定义（ESIZE，SIZE）或一个不同的单元层数。 ?将体分为两个或多个体〔VSBA，VSBW〕，将减少扫掠方向的长度。试将出现较差单元形状区域的体拆分。之后，对每个体激活VSWEEP命令。 ?如果标记为SHPP，WARN单元出现在如图（c)所示的细长的目标面上，试将该区域的侧面沿扫掠方向进行分割。按下列步骤： a、清除网格〔VCLEAR〕 b、通过在想要分割的位置增加关键点来对源面的线和目标面的线进行分割〔LDIV〕见图(e)。 c、按图(e)将源面上新线的线分割拷贝到目标面的相应新线上。（新线是由步骤2生成的线。）可通过网格划分工具轻松地进行线分割拷贝。选择菜单途径Main Menu & Preprocessor & MeshTool。在网格划分工具上，按下拷贝（COPY）按钮打开拾取器。用拾取器将线分割从一条线拷贝到另一条线，包括距离比率在内。 d、手工对由步骤2作用过的边界面划分映射网格。见图(f)。 e、重新激活体扫掠。 5、如果由SHPP，WARN标记的单元在目标面的细长域内伸展，但前面的对策不起作用，清除网格然后打开线光滑化处理〔VSWEEP,,,,1〕并激活体扫掠。见图 (d)。（出于速度的考虑对大模建议不设置这一项。） 图 (c)，图 (d)和图 (g)表示三种不同扫掠操作的结果，并告诉用户如何使用上述对策去影响扫掠网格质量。所有这三种情况，用户都是由图(a)所示的相同体开始工作的。图(b)表示在扫掠中所用的源网格。在所有这三种情况中，用户都是在体扫掠前生成此种源网格。 结果不同是因为在用户在扫掠前采取了另外的措施。图(c)为未采取上述任何措施的体扫掠结果。注意到伸长单元出现在目标面上。图(d)所示为将线光滑化处理打开体扫掠的结果〔VSWEEP,,,,1〕。此种情况下单元形状比图(c)中的要好；但不如图(g)中所示的好。图(g)中所示为在扫掠前将源面和目标面进行了线分割〔LDIV〕并对侧面进行了映射网格划分。注意目标面上的单元形状有很大改善。
图7─36 避免单元过于伸长的措施 分页 7.5.5.5 体扫掠的其它性质 体扫掠的其它性质包括如下： ?源面和目标面不必是平面或平行面。 ?如果源面和目标面的拓扑结构相同，尽管源面与目标面的形状不同，扫掠操作仍常能成功。但是形状彻底不同可导致单元形状失败。 ?在体扫掠中，ANSYS可以生成线性或二次单元。可将二次面单元扫掠成线性体单元，也可将线性面单元扫掠成二次体单元。（但是，当ANSYS将线性面单元扫掠成二次体单元时，中间节点并不加到源面的边界上。这对使用不支持去掉中间节点的二次体单元将产生单元形状失败。） ?如果未指定源面和目标面，任何由EXTOPT，ESIZE，NDIV，BIAS定义的值将被忽略因为它们是与方向相关的。 ?如果对源面、目标面和侧面进行了预网格划分，可在扫掠前使用EXTOPT，ACLEAR，1命令，ANSYS在生成了扫掠体网格之后自动地将任何选定的源面、目标面或边界面上的面单元清除。（注意：在GUI中，选择菜单途径Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesh&-Volume Sweep-Sweep Opts打开一个对话框，可在此将清除选项打开或关闭。）必须在进行面网格清除前选择待清除的面。 ?体扫掠并不要求模型为等截面，但如果是变截面，只有从扫掠的一端到另一端为线性变化才有最好的结果。 ?在体扫掠中，如果不对源面预划分网格，ANSYS将用AMRTSIZE，KESIZE，ESIZE或DSIZE命令设置（视为合适的）去对源面划分网格。还注意下列ESIZE命令的信息。用ESIZE，NDIV来设置确定扫掠中沿体的侧边生成的单元分割数。然而，这不是首选的方法，因为如果源面没预划分网格，由NDIV指定的单元分割数也将加到所有源面的边上。如果要指定单元层数，首选方法是用EXTOPT命令（如前所述）。 ?如果用户定义了源面和目标面（见下图）VSWEEP可以扫掠