第3章网格划分技术及技巧

第3章网格划分技术及技巧创建几何模型后，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：⑴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。⑵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。⑶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3.1.1单元类型1.定义单元类型命令：ET,ITYPE,Ename,KOP1,KOP2,KOP3,KOP4,KOP5,KOP6,INOPRITYPE---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,VALUEITYPE---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1et,3,beam189!定义BEAM189单元的参考号为3keyopt,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,,1et,3,beam189,13.自由度集命令：DOF,Lab1,Lab2,Lab3,Lab4,Lab5,Lab6,Lab7,Lab8,Lab9,Lab104.改变单元类型命令：ETCHG,Cnv5.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,INC3.1.2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,R12NSET---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RMORE命令增加另外的值。每重复执行RMORE一次，则该组实常数增加6个值，如7～12、13～18、19～24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，也有单元不需要实常数的。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/4I0=pi*D**4/64IX=pi*D**4/32R,3,a0,i0,i0,d,d,0!定义第3组实常数的AREA、IZZ、IYY、TKZ、TKY、THETARmore,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,LLOCPar---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：IJKL节点编号：NINJNKNLRTHICK命令参数：3241IJKL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$/clear$/PREP7ET,1,63$blc4,,,10,10$ESIZE,0.5$AMESH,1MXNODE=NDINQR(0,14)!得到最大节点号*DIM,THICK,,MXNODE!定义数组，以存放节点厚度*DO,i,1,MXNODE!以节点号循环对厚度数组赋值THICK(i)=0.5+0.2*NX(i)+0.02*NY(i)**2*ENDDO!结束循环RTHICK,THICK(1),1,2,3,4!赋壳厚度/ESHAPE,1.0$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。3.1.3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,C4Lab---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,T63.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,C64.复制线性材料属性组命令：MPCOPY,--,MATF,MATT5.改变指定单元的材料参考号命令：MPCHG,MAT,ELEM6.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,INC7.修改与线胀系数相关的温度命令：MPAMOD,MAT,DEFTEMP8.计算生成线性材料温度表命令：MPTGEN,STLOC,NUM,TSTRT,TINC9.绘制线性材料特性曲线命令：MPPLOT,Lab,MAT,TMIN,TMAX,PMIN,PMAX10.设置材料库读写的缺省路径命令：/MPLIB,R-W_opt,PATH11.读入材料库文件命令：MPREAD,Fname,Ext,--,LIB12.将材料属性写入文件命令：MPWRITE,Fname,Ext,--,LIB,MAT13.激活非线性材料属性的数据表命令：TB,Lab,MAT,NTEMP,NPTS,TBOPT,EOSOPT14.定义TB温度值命令：TBTEMP,TEMP,KMOD15.定义TB数据表中的数据命令：TBDATA,STLOC,C1,C2,C3,C4,C5,C616.定义非线性数据曲线上的一个点命令：TBPT,Oper,X,Y17.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,MAT18.非线性材料数据表的绘图命令：TBPLOT,Lab,MAT,TBOPT,TEMP,SEGN3.1.3截面梁★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,REFINEKEYSECID---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：⑴Subtype=RECT：矩形截面输入数据：B,H,Nb,NhB---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。⑵Subtype=QUAD：四边形截面输入数据：yI,zI,yJ,zJ,yK,zK,yL,zL,Ng,NhyI,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。如退化为三角形也可，输入一个相同的坐标。⑶Subtype=CSOLID：实心圆截面输入数据：R,N,TR---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。⑷Subtype=CTUBE：圆管截面输入数据：Ri,R0,NRi---管的内半径。R0---管的外半径。N---沿圆周的栅格数，缺省为8。⑸Subtype=CHAN：槽形截面输入数据：W1,W2,W3,t1,t2,t3W1,W2---翼缘宽度。W3---全高。t1,t2---翼缘厚度。t3---腹板厚度⑹Subtype=I：工字形截面输入数据：W1,W2,W3,t1,t2,t3W1,W2---翼缘宽度。W3---全高。t1,t2---翼缘厚度。t3---腹板厚度⑺Subtype=Z：Z形截面输入数据：W1,W2,W3,t1,t2,t3W1,W2---翼缘宽度。W3---全高。t1,t2---翼缘厚度。t3---腹板厚度⑻Subtype=L：L形截面输入数据：W1,W2,t1,t2W1,W2---腿长。t1,t2---腿厚度。⑼Subtype=T：T形截面输入数据：W1,W2,t1,t2W1---翼缘宽长。W2---全高。t1---翼缘厚度。t2---腹板厚度。⑽Subtype=HA