第3章网格划分技术及技巧.docx

1、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： 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3.1.1 单元类型1.定义单元类型 命令： ET, ITYPE, Ename, KOP1, KOP2, KO

2、P3, 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。KOP1KOP6- 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

3、类型的 KEYOPT命令： KEYOPT,ITYPE,KNUM,V ALUEITYPE- 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

4、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,beam189,13.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

5、果与既有组号相同，则覆盖既有组号定义的实常数。R1R12-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 712、1318、1924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 、SHEAR

6、Z 、SHEARY 、 SPIN、 ADDMAS 设采用直径为 0.1m 的圆杆，其实常数可定义为： D=0.1 PI=acos(-1) a0=pi*d*d/4 I0=pi*D*4/64 IX=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。 IL

7、OC- 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单兀节点顺序：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:fin ish$/clear$/PREP7ET

8、,1,63$blc4,10,10$ESIZE,0.5$AMESH,1MXNODE = NDINQR(0,14) *DIM,THICK,MXNODE *DO,i,1,MXNODE!得到最大节点号!定义数组，以存放节点厚度!以节点号循环对厚度数组赋值!结束循环!赋壳厚度!带厚度显示壳单元THICK(i) = 0.5 + 0.2*NX(i) + 0.02*NY(i)*2 *ENDDORTHICK,THICK(1),1,2,3,4/ESHAPE,1.0$eplot3.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

9、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,MA T,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、G

10、XZ ）。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。C1C4-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： MPDA TA,Lab,MA T,STLOC,C1,C2,C3,C4,C5,C64.复制线性材料属

11、性组命令： MPCOPY,-,MATF,MATT5.改变指定单元的材料参考号命令： MPCHG ,MA T,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,MA T2,INC7.修改与线胀系数相关的温度命令： MPAMOD,MA T,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,MA T,TMIN,TMAX,PMIN,PMAX10.设置材料库读写的缺省路径命令： /MPLIB,R-W_o

12、pt,PA TH11.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,MA T,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： TBDA TA,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,MA

13、 T2,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

14、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:QUAD :四边形截面;CTUBE :圆管截面；I:工字形截面；L : L形截面；HATS :帽形截面；ASEC :任意截面；当 Type=BEAM 时，Subtype 可取:RECT :矩形截面；CSOLID :实心圆形截面； CHAN :槽形截面；Z : Z形截面；T : T形截面；HREC :空心矩形或箱形MESH :自定义截面当Type=JOINT （有刚度可大角度旋

15、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,V AL2,V AL3,V AL4,V AL5,V AL6,V AL7,V AL8,V AL9,V AL10其中VAL1V AL10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

16、,H,Nb,NhB截面宽度。H截面咼度。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：yl,zl,yJ,zJ,yK,zK,yL,zL,Ng,Nhyl,zl,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。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

17、: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,t2W1,W2-腿长。t1,t2-腿厚度。Subtype=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。Subtype=HATS :帽形截面输入数据： W1,W2,W3,W4,t1,t2,t

18、3,t4,t5W1,W2-帽沿宽度。W3-帽顶宽度。V4全咼。t1,t2-帽沿厚度。t3-帽顶厚度。t4,t5-腹板厚度。(11)Subtype=HREC :空心矩形截面或箱形截面输入数据： W1,W2,t1,t2,t3,t4W1-截面全宽。W2-截面全高。t1,t2,t3,t4-壁厚。(12)Subtype=ASEC :任意截面输入数据：A,lyy,lyz,lz z,I w,J,CGy,CG z, SHy,SHzA-截面面积。lyy-绕y轴惯性矩。Iyz-惯性积。Izz-绕z轴惯性矩。Iw-翘曲常数。J-扭转常数。Cgy-质心的y坐标。CGz-质心的z坐标。SHy-剪切中心的y坐标。SHz-

19、剪切中心的z坐标。(13)Subtype=MESH :自定义截面当截面不是常用的11个截面时，可采用自定义截面。自定义截面具有很大的灵活性， 可定义任意形状的截面， 材料也可不同，因此对于梁截面该自定义截面可满足各种情况下的secdata,80,60,150,10,8,12sectype,7,beam,z!定义Z形截面，ID=7secdata,70,80,120,10,10,8sectype,8,beam,l!定义L形截面，ID=8secdata,120,70,8.5,8.5sectype,9,beam,t!定义T形截面，ID=9secdata,120,140,10,12sectype,10,

20、beam,hats!定义帽形截面，ID=10secdata,40,50,60,130,10,12,16,10,10sectype,11,beam,hrec !定义箱形截面，ID=11secdata,40,50,10,10,10,10!可采用SECPLOT,ID (ID输入相应的号)查看截面及数据。3.定义变截面梁几何数据(Type=TAPER)命令：SECDATA, Sec_ID n,XLOC,YLOC,ZLOCSec_IDn-已经定义的梁截面识别号，用于端点 1 (I)和2 (J)截面ID。XLOC,YLOC,ZLOC- 整体坐标系中 Sec_IDn的位置坐标。变截面梁的定义首先需要定义两个

21、梁截面，然后根据拟定义的变截面梁再定义各个梁 截面ID所在的空间位置。两端的两个截面拓扑关系相同，即必须满足具有相同的 Subtype类型、相同的栅格数和相同的材料号。例如下面给出了工字形截面的变截面应用示例。mu 1l*IliicewJn*If!lit*诃+ rSMKUTvi vbM-*BJVWT*.1u.aJJmu EanuflH-M Ii.9 iMU Cau. W.14& 匚-rJXHt-4?Kai 5口 XX-.w4.定义截面偏移当Type=BEAM时命令：SECOFFSET,Location,0FFSETY ,OFFSETZ,CG-Y ,CG-Z,SH-Y ,SH-Z Locatio

22、n-偏移有4个选择位置，分别为：CENT :梁节点偏移到质心（缺省）。SHRC :梁节点偏移到剪心。ORIGIN :梁节点偏移到横截面原点。USER :梁节点偏移到用户指定位置（相对横截面原点），由 OFFSETYQFFSETZ 确定。OFFSETYQFFSETZ-仅当Location=USER时，梁节点相对于横截面原点的偏移量。CG-Y, CG-Z,SH-Y,SH-Z-用于覆盖程序自动计算的质心和剪心位置。高级用户可用其 创建复合材料的横截面模型。还可使用 SECCONTROL命令控制横截面剪切刚度。当 Type=SHELL 时命令：SECOFFSET, Location,OFFSETLoc

23、ation-偏移也有4个选择位置，分别为：TOP:壳节点偏移到顶面。MID :壳节点偏移到中面。BOT :壳节点偏移到底面。USER :用户定义，偏移梁由 OFFSET指定。OFFSET-仅当Location=USER时，相对于中面的偏移距离。13ER用户CENT质心 .一XOR：G1原点.OFFSET y5.梁截面特性列表命令：SLIST,SFIRST,SLAST,SINC,Details,Type6.删除所定义的截面命令：SDELETE,SFIRST,SLAST,SINC,KNOCLEAN其中KNOCLEAN为预紧单元清除参数，如为0则删除预紧单元并通过 PMESH时再形 成；如为1则不删

24、除预紧单元。其余参数同 SLIST命令。7.绘制所定义截面命令：SECPLOT,SECID,V AL1,V AL2SECID-截面 ID 号。VAL1,V AL2-输出控制参数。对BEAM : VAL1=0则不显示栅格；VAL1=1则显示栅格。对SHELL : VAL1和VAL2表示显示层号的范围。8.自定义截面的存盘和读入存盘命令：SECWRITE, Fn ame,Ext,-,ELEM_TYPE读入命令：SECREAD,F name,Ext,-,Optio nFname-文件名及其路径（可达 248个字符）。Ext-文件名的扩展名，缺省为“ SECT”。ELEM_TYPE-单元类型属性指示器

25、，此参数意义不大。Optio n-从何处读入的控制参数。如 Optio n=LIBRARY （缺省）则从截面库中读入截面数据。如Option=MESH则从用户网分的截面文件中读入， 该文件包含了栅格和栅点等数据。创建自定义截面的基本步骤有：1创建2D面，可完全表达截面形状。2定义且仅能定义 PLANE82或MESH2000单元，如果有多种材料则定义材料号。3定义网分控制并划分网格。4用SECWRITE命令写入文件。5用SECTYPE和SECREAD命令定义截面 ID等。由两种材料组成，其分界线如图中所示，其自定义截面命令流如下：!EX3.2 自定义多种材料截面fin ish$/clear$/p

26、rep7Ro=1.5$Ri=1.0 !定义两个半径csys,1$cyl4,ri$cyl4,ro aptn,all wprota,90$asbwa,all wprota,90$asbw,all$ wpcsys et,1,plane82 mymat1=4$mymat2=7!设置柱坐标系，创建两个圆面!作面分割运算!切分面!切分面! 定义单元类型为 PLANE82!定义两个材料参数， 分别赋值 4和 7mp,ex,mymat1,1.0$mp,ex,mymat2,2.0 !定义材料参考号，具体特性可任意asel,s,loc,x,0,ri$aatt,mymat1,1 asel,s,loc,x,ri,ro

27、$aatt,mymat2,1 allsel$esize,0.25$mshape,0,2d mshkey,1$amesh,all secwrite,mycsolid,sect !下面准备读入截面并使用!内部圆面为材料 mymat1! 外部环面为材料 mymat2!定义网格控制、单元形状 !定义网格划分方式并网分 ! 将截面写入 mycsolid.sect 文件finish$/clear$/prep7et,1,beam189 mym1=4$mym2=7! 定义单元类型为 BEAM189!定义两个材料参数，此值与 MYMA T 对应mp,ex,mym1,3.0e10mp,prxy,mym1,0.16

28、7mp,ex,mym2,2.1e11mp,prxy,mym2,0.3sectype,1,beam,mesh secread,mycsolid,sect,mesh! 定义材料参考号 MYM1 和具体特性值! 定义材料参考号 MYM2 和具体特性值 !定义用户梁截面!读入 mysolid.sect 文件k,1$k,2,10$l,1,2$lesize,all,20 ! 创建关键点和线，及线的网格划分控制latt,1,1 ! 此处采用了缺省材料参考号，即便指定材料参考号也不起作用lmesh,all$/eshape,1/pnum,mat,1$ eplot!划分网格，打开单元形状! 显示单元材料参考号，并

29、显示单元特别注意的是材料参考号在 SECWRITE 之前就确定了，而在使用该截面时只能使用相 同的材料参考号。 但在前者中可任意设置材料特性值， 也就是说在前者中的材料具体特性值 没有意义，仅材料参考号有意义。9.定义层壳单元的数据(Type=SHELL )命令：SECDATA,TK,MA T,THETA,NUMPT该命令仅使用于 SHELL131、SHELL132、SHELL181、SHELL208、SHELL209 单元。10.定义预紧截面的数据(Type= PRETENSION )命令：SECDATA, no de, nx,ny,nz修改预紧截面数据可采用 SECMODIF命令。11.定义连接数据(Type=JOINT)当 Subtype= REVO 时命令：SECDATA ,angle1当 Subtype= UNIV 时命令：SECDATA ,angle1,angle3前面介绍了如何定义单元类型、实常数、材料属性、梁截面等单元属性，而与几何模 型没有任何关系。如何将这些属性与几何模型关联呢？这就是对几何模型进行单元属性的设 置，即将这些属性赋予几何模型。赋予几何模型单元属性，仅 4个命令：KATT,LATT,AA TT,VATT (