ANSYS第3章网格划分技术及技巧 完全版

发布 2019-05-03 07:10:57 阅读 1264

第 3 章网格划分技术及技巧。

3.1 定义单元属性。

单元类型 / 实常数 / 材料属性 / 梁截面 / 设置几何模型的单元属性。

3.2 网格划分控制。

单元形状控制及网格类型选择 / 单元尺寸控制 / 内部网格划分控制 / 划分网格。

3.3 网格划分高级技术。

面映射网格划分 / 体映射网格划分 / 扫掠生成体网格 / 单元有效性检查 / 网格修改。

3.4 网格划分实例。

基本模型的网格划分 / 复杂面模型的网格划分 / 复杂体模型的网格划分。

创建几何模型后,必须生成有限元模型才能分析计算,生成有限元模型的方法就是对几何模型进行网格划分,网格划分主要过程包括三。

个步骤: 定义单元属性。

单元属性包括:单元类型、实常数、材料特性、单元坐标系和截面号等。

定义网格控制选项。

★ 对几何图素边界划分网格的大小和数目进行设置;

★ 没有固定的网格密度可供参考;

★ 可通过评估结果来评价网格的密度是否合理。

生成网格。

★ 执行网格划分,生成有限元模型;

★ 可清除已经生成的网格并重新划分;

★ 局部进行细化。

3.1 定义单元属性。

一、定义单元类型。

1.定义单元类型。

命令:et, itype, ename, kop1, kop2, kop3, kop4, kop5, kop6, inopr

itype - 用户定义的单元类型的参考号。

ename - ansys 单元库中给定的单元名或编号,它由一个类别前缀和惟一的编号组成,类别前缀可以省略,而仅使用单元编号。

kop1~kop6 - 单元描述选项,此值在单元库中有明确的定义,可参考单元手册。也可通过命令keyopt进行设置。

inopr - 如果此值为 1 则不输出该类单元的所有结果。

例如:et,1,link8 ! 定义 link8 单元,其参考号为 1;也可用 et,1,8 定义。

et,3,beam4 ! 定义 beam4 单元,其参考号为 3;也可用 et,3,4 定义。

2. 单元类型的 keyopt

命令:keyopt, itype, knum, value

itype - 由et命令定义的单元类型参考号。

knum - 要定义的 keyopt 顺序号。

value - keyopt 值。

该命令可在定义单元类型后,分别设置各类单元的 keyopt 参数。

例如:et,1,beam4 ! 定义 beam4 单元的参考号为 1

et,3,beam189 ! 定义 beam189 单元的参考号为 3

keyopt,1,2,1 ! beam4 单元考虑应力刚度时关闭一致切线刚度矩阵。

keyopt,3,1,1 ! 考虑 beam189 的第 7 个自由度,即翘曲自由度。

当然这些参数也可在 et 命令中一并定义,如上述四条命令与下列两条命令等效:

et,1,beam4,,1

et,3,beam189,1

3. 自由度集。

命令:dof, lab1, lab2, lab3, lab4, lab5, lab6, lab7, lab8, lab9, lab10

4. 改变单元类型。

命令:etchg, cnv

5. 单元类型的删除与列表。

删除命令:etdele, ityp1, ityp2, inc

列表命令:etlist, ityp1, ityp2, inc

二、 定义实常数。

1. 定义实常数。

命令:r,nset,r1,r2,r3,r4,r5,r6

续:rmore,r7,r8,r9,r10,r11,r12

其中:nset - 实常数组号(任意),如果与既有组号相同,则覆盖既有组号定义的实常数。

r1~r12 - 该组实常数的值。

使用 r 命令只能一次定义 6 个值,如果多于 6 个值则采用续行命令 rmore 增加另外的值。每重复执行 rmore 一次,则该组实常数增加 6 个值,如~24 等。

★ 各类单元有不同的实常数值,其值的输入必须按单元说明中的顺序;

★ 如果实常数值多于单元所需要的,则仅使用需要的值;如果少于所需要的,则以零值补充。

★ 一种单元可有多组实常数,也有一些单元不需要实常数 (如实体单元)。

例如 beam4 单元,需要的实常数值有 12 个:

area、izz、iyy、tkz、tky、theta 和 istrn、ixx、shearz、sheary、spin、addmas

设采用直径为 0.1m 的圆杆,其实常数可定义为:

d=0.1pi=acos(-1)

a0=pi*d*d/4

i0=pi*d**4/64

ix=pi*d**4/32

r,3,a0,i0,i0,d,d,0! 定义第 3 组实常数的 area、izz、iyy、tkz、tky、theta

rmore,0,ix,0,0,0,2.0! 定义第 3 组实常数的其它实常数值。

2. 变厚度壳实常数定义。

命令:rthick,par,iloc,jloc,kloc,lloc

par - 节点厚度的数组参数(以节点号引用),如 mythick(19) 表示在节点 19 的壳体厚度。

iloc - 单元i节点的厚度在实常数组中的位置,缺省为 1。

jloc---单元j节点的厚度在实常数组中的位置,缺省为 2。

kloc---单元k节点的厚度在实常数组中的位置,缺省为 3。

lloc---单元l节点的厚度在实常数组中的位置,缺省为 4。

该命令后面的四个参数顺序与节点厚度的关系比较复杂,例如设某个单元:节点厚度数组为 myth;单元节点顺序: i j k l;节点编号:

ni nj nk nl; rthick 命令参数: 3 2 4 1;ijkl 节点厚度: myth(nl)、myth(nj)、myth(ni)、myth(nk)。

典型的如壳厚度为位置的函数,其命令流如下:

finish $ clear $ prep7

et,1,63 $ blc4,,,10,10 $ esize,0.5 $ amesh,1

mxnode = ndinqr(0,14得到最大节点号。

dim,thick,,mxnode定义数组,以存放节点厚度。

do,i,1,mxnode以节点号循环对厚度数组赋值。

thick(i) =0.5 + 0.2*nx(i) +0.02*ny(i)**2

enddo ! 结束循环。

rthick,thick(1),1,2,3,4赋壳厚度。

eshape,1.0 $ eplot带厚度显示壳单元。

3. 实常数组的删除与列表。

删除命令:rdele, nset1, nset2, ninc

列表命令:rlist, nset1, nset2, ninc

其中 nset1,nset2,ninc - 实常数组编号范围和编号增量,缺省时 nset2 等于 nset1 且 ninc=1。nset1 也可为 all。

三、 材料属性。

每一组材料属性有一个材料参考号,用于识别各个材料特性组。一个模型中可有多种材料特性组。

1. 定义线性材料属性。

命令:mp,lab,mat,c0,c1,c2,c3,c4

lab - 材料性能标识,其值可取:

ex:弹性模量(也可为 ey、ez)。

alpx:线膨胀系数(也可为 alpy、alpz)。

prxy:主泊松比(也可为 pryz、prxz)。

nuxy:次泊松比(也可为 nuyz、nuxz)。

gxy:剪切模量(也可为 gyz、gxz)。

damp:用于阻尼的k矩阵乘子,即阻尼比。

dmpr:均质材料阻尼系数。

mu:摩擦系数。

dens:质量密度。

mat - 材料参考号,缺省为当前的 mat 号(由 mat 命令确定)。

c0 - 材料属性值,如果该属性是温度的多项式函数,则此值为多项式的常数项。

c1~c4 - 分别为多项式中的一次、二次、三次、四次项系数,如为 0 或空,则定义一个常数的材料性能。

2. 定义线性材料属性的温度表。

命令:mptemp, stloc, t1, t2, t3, t4, t5, t6

3. 定义与温度对应的线性材料特性。

命令:mpdata, lab, mat, stloc, c1, c2, c3, c4, c5, c6

4. 复制线性材料属性组。

命令:mpcopy, -matf, matt

5. 改变指定单元的材料参考号。

命令:mpchg, mat, elem

6. 线性材料属性列表和删除。

列表命令:mplist, mat1, mat2, inc, lab, tevl

删除命令:mpdele, lab, mat1, mat2,i nc

7. 修改与线胀系数相关的温度。

命令:mpamod, mat, deftemp

8. 计算生成线性材料温度表。

命令:mptgen, stloc, num, tstrt, tinc

9. 绘制线性材料特性曲线。

命令:mpplot, lab, mat, tmin, tmax, pmin, pmax

10. 设置材料库读写的缺省路径。

命令:/mplib, r-w_opt, path

11. 读入材料库文件。

命令:mpread, fname, ext, -lib

12. 将材料属性写入文件。

命令:mpwrite, fname, ext, -lib, mat

13. 激活非线性材料属性的数据表。

命令:tb, lab, mat, ntemp, npts, tbopt, eosopt

14. 定义 tb 温度值。

命令:tbtemp, temp, kmod

15. 定义 tb 数据表中的数据。

命令:tbdata, stloc, c1, c2, c3, c4, c5, c6

16. 定义非线性数据曲线上的一个点。

命令:tbpt, oper, x, y

17. 非线性材料数据表的删除和列表。

删除命令:tbdele, lab, mat1, mat2, inc

列表命令:tblist, lab, mat

18. 非线性材料数据表的绘图。

命令:tbplot, lab, mat, tbopt, temp, segn

四、 梁截面。

★ beam18x 单元,需定义单元的横截面(称为梁截面);

★ beam44也可使用梁截面也可输入截面特性实常数;

★ 仅 beam18x 可使用多种材料组成的截面;

★ 仅 beam18x 可使用变截面梁截面,而 beam44 可输入实常数。

1. 定义截面类型和截面 id

命令:sectype,secid,type,subtype,name,refinekey

secid - 截面识别号,也称为截面 id 号。

type - 截面用途类型,其值可取:

beam:定义梁截面,应用于等截面时,见下文。

taper:定义渐变梁截面(变截面梁)。

shell:定义壳。

pretension:定义预紧截面。

joint:连接截面,如万向铰。

subtype - 截面类型,对于不同的 type 该截面类型不同,如:

当 type=beam 时,subtype 可取:

rect:矩形截面; quad:四边形截面; csolid:

实心圆形截面; ctube:圆管截面;chan:槽形截面; i:

工字形截面; z:z形截面l:l形截面t:

t形截面; hats:帽形截面; hrec:空心矩形或箱形; asec:

任意截面; mesh:自定义截面。

当 type=joint(有刚度可大角度旋转)时,subtype 可取:

univ:万向铰; revo:销铰或单向铰;

name - 8 个字符的截面名,字符可包含字母和数字。

refinekey - 设置薄壁梁截面网格的精细水平,有 0(缺省)~5(最精细)六个水平。

2. 定义梁截面几何数据(type = beam)

命令:secdata, val1, val2, val3, val4, val5, val6, val7, val8, val9, val10

其中 val1~val10 为数值,如厚度、边长、沿边长的栅格数等,每种截面的值是不同的。

ansys 定义了 11 种常用的截面类型,每种截面输入数据如下:

subtype = rect: 矩形截面。

输入数据:b,h,nb,nh

b - 截面宽度。

h - 截面高度。

nb - 沿宽度 b 的栅格数(cell),缺省为 2。

nh - 沿高度 h 的栅格数,缺省为 2。

subtype = quad:四边形截面。

输入数据:yi, zi, yj, zj, yk, zk, yl, zl, ng, nh

yi,zi,yj,zj,yk,zk,yl,zl - 各点坐标值。

ng,nh - 沿 g 和 h 的栅格数,缺省均为 2。

如果输入一个相同的坐标,可以退化为三角形。

subtype = csolid:实心圆截面。

输入数据:r, n, t

r - 半径。

n - 圆周方向划分的段数,缺省为 8。

t - 半径方向划分的段数,缺省为 2。

subtype=ctube:圆管截面。

输入数据:ri, r0, n

ri - 管的内半径。

r0 - 管的外半径。

n - 沿圆周的栅格数,缺省为 8。

subtype = chan:槽形截面。

输入数据:w1, w2, w3, t1, t2, t3

w1,w2 - 翼缘宽度。

w3 - 全高。

t1,t2 - 翼缘厚度。

t3 - 腹板厚度。

subtype = i: 工字形截面。

输入数据:w1,w2,w3,t1,t2,t3

w1,w2 - 翼缘宽度。

w3 - 全高。

t1,t2 - 翼缘厚度。

t3 - 腹板厚度。

subtype = z: z 形截面。

输入数据:w1, w2, w3, t1, t2, t3

w1,w2 - 翼缘宽度。

w3 - 全高。

t1,t2 - 翼缘厚度。

t3 - 腹板厚度。

subtype = l: l 形截面。

输入数据:w1, w2, t1, t2

w1,w2 - 腿长。

t1,t2 - 腿厚度。

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