ansys_MESH200单元的应用

MESH200单元的应用发表时间：2007-8-9作者:由美雁来源:万方数据关键字:MESH200ANSYS网格划分有限元模型ANSYS软件是通用大型有限元分析软件，网格划分是有限元分析的重要环节，也是影响分析精度和求解规模的一个因素，ANSYS的前处理程序常应用MESH200单元来划分网格，结合实例来说明MESH200单元的用法和特点，为几何实体划分网格提供一个参考。0前言ANSYS软件是通用有限元分析软件，越来越广泛地应用于我国的航空航天、机械制造、汽车交通、铁道、能源、化工等领域。一个典型ANSYS分析过程分为3步骤：建立模型；加载并求解；查看分析结果。第1步建立模型常常花费大量时间在如何给几何模型划分网格上，而ANSYS软件提供的MESH200单元是专门用于划分网格的辅助单元，本文将通过实例来说明MESH200单元的用法，为给几何模型生成有限元模型提供参考。1MESH200单元说明MESH200单元是仅用来划分网格的单元，它对计算结果毫无影响。这个单元用于以下几种类型的操作：多步骤的网格划分，例如单元的扩展要求从低一级的单元生成高一级的单元。二维或三维空间中有或没有中间节点的线的网格划分。三维空间中有或没有中间节点的三角形、四边形、四面体或六面体单元组成的面或体的网格划分。MESH200单元可以通过设置单元属性来选择它的几何构造及节点布置，具体地可以参照ANSYS帮助文件。MESH200单元可以与任意其他单元一起使用。它不具有自由度、材料特性、实常数或荷载。一旦不需要该单元时，可以删除或留在模型中，不影响计算结果。使用EMODIF命令可以将MESH200单元转换为其他单元。2MESH200单元应用实例MESH200单元常常用于拖拉和扫掠网格划分中。(1)拖拉网格例如某一要进行电磁场分析的磁体(见图1)，对该几何体的网格划分就可以借助MESH200单元来完成。根据该磁体的结构，建立该磁体模型，可通过先建立磁体横截面，然后把横截面沿着磁体径向方向拉伸即可。为能够对面进行映射网格划分，把磁体横截面切割成图2所示的相互连接都是4条边的面，因为面映射网格划分的条件是面是3条或4条边。定义2个单元:MESH200单元用来划分磁体横截面，SOLID45单元用于拖拉横截面后生成的磁体三维模型。设置MESH200单元的KEYOPT(1)=6，即MESH200单元是4个节点的四边形单元。对所划分的网格大小进行总体单元大小的控制，设置总体单元尺寸为10mm用MESH200单元映射网格划分后的磁体横截面见图3所示。设置拖拉网格的属性:SOLID45单元，沿着拖拉的径向方向设置拖拉的份数为42份。然后执行把图3的磁体横截面沿着该面的径向拖拉，生成图4所示的网格。拖拉后的磁体有限元模型中MESH200单元不参与以后的计算，可以保留也可以删除。不删除，即使要显示保留有MESH200单元的磁体中截面结果云图时，MESH200单元也是不能激活的，在操作时MESH200单元可以自动避开选择。对于该磁体横截面的网格划分也可以选择面单元来实现，比如PLANE42单元，但是平面单元的使用有局限性，模型只能建立在XY平面上，建在其他平面上用平面单元是划分不了网格的，而MESH200单元就没有这样的限制。如果选用PLANE42等平面单元来划分面后再拉伸成体，最后求解时一定要把面上的单元清除掉，否则可能会导致求解出错。(2)扫掠网格许多要分析的实际结构都是比较复杂的、不是规则的几何体，要对这样的几何体划分成规则的六面体网格，也可借助MESH200单元来完成。如航空发动机的压气机叶片的榫槽结构不是规则的几何形状(见图5)，要对其划分规则的六面体单元，可以借助MESH200单元先划分面，然后进行体扫掠网格划分。MESH200单元有多种单元形式选择，设置MESH200的单元形状和节点数目，设置KEYOPT(1)=7，是8个节点的四边形单元，划分实体的单元选择20节点的SOLID95单元。划分单元时，先进行总体单元大小控制，设置总体尺寸为4mm，榫槽槽底圆弧处是应力集中部位，要对圆弧处划分较细的网格，对4个圆弧线进行线划分单元数控制，设置圆弧线划分为11份。选择MESH200单元对除榫槽2个端面外的其他面进行映射网格划分，见图6所示。选择SOLID95单元，对榫槽进行体扫掠网格划分，划分后的网格见图7所示。对划分网格后的榫槽就可施加载荷和边界条件进行计算，MESH200单元就不再需要它，可以将其删除（清除）或者保留，它的存在不会影响计算结果。3结语ANSYS软件对复杂几何模型划分网格是一个繁琐和细致的工作，本文通过2个实例来增加对MESH200单元的理解，为几何模型网格的划分提供一个参考。对使用MESH200单元时要注意：设置MESH200单元属性时选择它的节点分布要与选择的实体单元相一致。复杂实体的网格划分问题----ANSYS具备各种划分复杂几何体的能力有限元分析的优势之一是它能分析一些形状十分复杂的问题，这对于一些传统技术来说是很困难的、甚至是不可能的。而分析人员面临的挑战是如何快速的对复杂几何体划分网格并得到较精确的结果。ANSYS提供了各种网格划分工具，如：自由网格划分、映射网格划分、扫略网格划分和过渡网格划分等，使得网格划分这项工作变得十分容易。让我们通过一个例子来看看哪项技巧对于复杂实体的网格划分更有效。第一个例子（见图1）是我们在分析中比较典型的一个问题，我们的任务是要做模态分析，找出轴承座的前10阶最低模态（见图1左边部分），轴衬座的材料是铝，上端圆盘的外侧面固定。从模型、材料和边界条件我们认为，可以利用旋转对称性，只需取整个结构的1/8模型划分网格，并采用周期对称模态方法得到整个结构的模态。（1/8模型的几何形状如图1右边所示）。我们的第一步工作是确定是否需要手工设定每条线的单元等分数，我们可以用LESIZE命令来实现。然而，首先我们必须确保ANSYS的缺省参数不会忽略输入命令的参数，所以要确定LESIZE中的参数KYNDIV设为0、NO或OFF。如果我们在GUI中设定等分数，我们只需确认标签框“KYNDIVSIZE,DIVcanbechanged”不被选中，以确保是使用我们给定的单元等分数而不是软件设定的。图2显示的是我们准备用MESH200单元划分网格的区域，由于我们使用的是周期对称模态方法，所以我们必须记住在模型切割面上的网格必须保持一致，这恰好可以用自动的映射网格或扫略网格，然而，我们对划分自由网格的体的切割面必须用MESH200先划分面单元，以确保两个对应的切割面网格是一致的。MESH200不是一种“实际”的单元，只是一种主要用于预划分线、面或体的哑单元，其中keyopt(1)的值决定单元是线、面或体单元和有多少个节点。在这个例子中MESH200被用来在体上预划分面单元，可以是线性的或二阶实体单元。能保证自由网格体上两个切割面的单元一致的方法是先对一个面划分网格，然后用AGEN命令将他们和对应的单元拷贝到另一个切割面上。在这个例子中，必须生成一个与零件轴一致的柱坐标系，在使用AGEN命令中用到它。当面和网格拷贝到对应切割面上后，用NUMM,KP将已划分网格的面与已有的面合并起来。下一步是对那些我们欲扫略网格的源面进行自由网格划分，对于用SOLID45单元的体，MESH200的keyopt(1)=6，而用SOLID95单元的体，则MESH200的keyopt(1)=7，然后用VSWEEP扫略这些体。当扫略网格划分完毕后，我们转到划分映射网格的体，我们先划用SOLID45单元的体，然后划用SOLID95单元的体，按这个次序，可以保证ANSYS能自动将与SOLID45相连接的SOLI95单元的中间节点去掉。接下来是划分自由网格的体，我们先划分用SOLID92四面体单元的那些体，然后转到用SOLID95单元划分的体，自由划分的SOLID95单元会在已经用SOLID95划分六面体单元的边界上产生金字塔过渡单元，而其它地方全是四面体单元。当体单元全部划分完毕，我们可以用ACLEAR命令清楚MESH200单元，也可以把他们留下来以备将来可能重划分单元。因为不管你是否去掉它们，MESH200单元不会参与求解的。划分网格的最后一步是用ETCHNG命令将那些SOLID95的退化四面体单元转换成SOLID92四面体单元，这样做是为了提高计算效率，图3是最终用于模态分析的网格。现在我们已得到了轴承座1/8部分的网格模型，我们可以用周期对称模态方法提取前10阶最低模态。=9444