1 引言

　　ANSYS中有兩種建立有限元模型的方法：實(shí)體建模和直接生成。使用實(shí)體建模，首先生成能描述模型的幾何形狀的幾何模型，然后由ANSYS程序按照指定的單元大小和形狀對(duì)幾何體進(jìn)行網(wǎng)格劃分產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)和單元。對(duì)于直接生成法，需要手工定義每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置和單元的連接關(guān)系。

　　一般來說對(duì)于規(guī)模較小的問題才適于采用直接生成法，常見的問題都需要先通過實(shí)體建模生成幾何模型，然后再對(duì)其劃分網(wǎng)格生成有限元模型。隨著計(jì)算機(jī)性能的提高，分析模型的復(fù)雜性和規(guī)模都越來越大，而直接生成法也因其自身的局限性逐漸的被淘汰，所以正確的理解劃分網(wǎng)格的目的和掌握劃分網(wǎng)格的方法不論是對(duì)ANSYS的學(xué)習(xí)還是對(duì)二次開發(fā)都有重要的作用，尤其是當(dāng)模型復(fù)雜度大，對(duì)模型的某些部分網(wǎng)格需要特殊處理時(shí)，這種對(duì)劃分網(wǎng)格深度的理解作用更加明顯。

　　2 常用高級(jí)網(wǎng)格劃分方法

　　隨著ANSYS功能的越來越強(qiáng)大和計(jì)算機(jī)性能的飛速提高，有限元分析向著大型化、復(fù)雜化的方向發(fā)展，而劃分網(wǎng)格的觀念也需要逐漸從二維模型向三維模型上上轉(zhuǎn)變。這里主要描述三種常見的高級(jí)劃分網(wǎng)格的方法，正確的理解和掌握這些劃分網(wǎng)格的思想對(duì)于二次開發(fā)者來說非常的重要。

　　1)延伸網(wǎng)格劃分

　　延伸網(wǎng)格劃分是指將一個(gè)二維網(wǎng)格延伸生成一個(gè)三維網(wǎng)格;三維網(wǎng)格生成后去掉二維網(wǎng)格，延伸網(wǎng)格劃分的步驟大體包括：先生成橫截面、指定網(wǎng)格密度并對(duì)面進(jìn)行網(wǎng)格劃分、拖拉面網(wǎng)格生成體網(wǎng)格、指定單元屬性、拖拉、完成體網(wǎng)格劃分、釋放已選的平面單元。

　　這里通過一個(gè)延伸網(wǎng)格劃分的簡(jiǎn)單例子來加深對(duì)這種網(wǎng)格劃分的理解。

　　圖1 延伸網(wǎng)格劃分舉例

　　建立如圖1所示的三維模型并劃分網(wǎng)格，我們可以先建立z方向的端面，然后劃分網(wǎng)格，通過拖拉的方法在z方向按照?qǐng)D中所示尺寸要求的三維模型，只需一部操作便能夠完成從二維有限元模型到三維有限元模型的轉(zhuǎn)化。

　　2)自由網(wǎng)格與映射網(wǎng)格劃分

　　映射網(wǎng)格劃分和自由網(wǎng)格劃分是ANSYS里最常用的兩種網(wǎng)格劃分方法。

　　自由網(wǎng)格是面和體網(wǎng)格劃分時(shí)的缺省設(shè)置，生成自由網(wǎng)格比較容易主要步驟：

　　a、導(dǎo)出 MeshTool 工具, 劃分方式設(shè)為自由劃分;

　　b、推薦使用智能網(wǎng)格劃分 進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分, 激活它并指定一個(gè)尺寸級(jí)別. 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　c、按 Mesh 按鈕開始劃分網(wǎng)格，按拾取器中 [Pick All] 選擇所有實(shí)體 (推薦)。或使用命令 VMESH,ALL 或 AMESH,ALL。

　　映射網(wǎng)格劃分由于面和體必須滿足一定的要求,生成映射網(wǎng)格不如生成自由網(wǎng)格容易 但能夠生成更規(guī)則的有限元模型。映射網(wǎng)格劃分時(shí)實(shí)體模型必須滿足以下條件：

　　a、面必須包含 3 或 4 條線 (三角形或四邊形);

　　b、體必須包含4, 5, 或 6 個(gè)面 (四面體, 三棱柱, 或六面體);

　　c、對(duì)邊的單元分割必須匹配;

　　d、對(duì)三角形面或四面體, 單元分割數(shù)必須為偶數(shù)。

　　圖2 自由網(wǎng)格與映射網(wǎng)格

　　3)層狀網(wǎng)格劃分

　　層狀網(wǎng)格劃分主要應(yīng)用于2D分析生成線性過渡的自由網(wǎng)格，這種方法廣泛應(yīng)用于有以下特點(diǎn)的模型：平行于邊線方向的單元尺寸相當(dāng)、垂直于邊線方向的單元尺寸和數(shù)目急劇變化、當(dāng)分析要求邊界單元高精度。效果圖如圖3。

　　圖3層狀網(wǎng)格效果圖

　　3 網(wǎng)格劃分誤差估計(jì)

　　ANSYS通用后處理包含網(wǎng)格離散誤差估計(jì)。誤差估計(jì)是依據(jù)沿單元內(nèi)邊界的應(yīng)力或熱流的不連續(xù)性，是平均與未平均節(jié)點(diǎn)應(yīng)力間的差值。誤差估計(jì)主要有以下幾個(gè)方法：

　　& #8226;能量百分比誤差 sepc

　　& #8226;單元應(yīng)力偏差 sdsg

　　& #8226;單元能量偏差 serr

　　& #8226;應(yīng)力上、下限 smnb smxb

　　能量百分比誤差是對(duì)所選擇的單元的位移、應(yīng)力、溫度或熱流密度的粗略估計(jì)。 它可以用于比較承受相似載荷的相似結(jié)構(gòu)的相似模型。這個(gè)值的通常應(yīng)該在10%以下。 如果不選擇其他單元，而只選擇在節(jié)點(diǎn)上施加點(diǎn)載荷或應(yīng)力集中處的單元，誤差值有時(shí)會(huì)達(dá)到50%或以上。

　　某一個(gè)單元的應(yīng)力偏差是此單元上全部節(jié)點(diǎn)的六個(gè)應(yīng)力分量值與此節(jié)點(diǎn)的平均應(yīng)力值之差的最大值。

　　每個(gè)單元的另一種誤差值是能量誤差。它與單元上節(jié)點(diǎn)應(yīng)力差值有關(guān)的, 用于計(jì)算選擇的單元的能量百分比誤差。

　　應(yīng)力上下限并不是估計(jì)實(shí)際的最高或最小應(yīng)力。它定義了一個(gè)確信范圍。 如果沒有其他的確鑿的驗(yàn)證，就不能認(rèn)為實(shí)際的最大應(yīng)力低于 SMXB。顯示或列出的應(yīng)力上下限包括:

　　& #8226;估計(jì)的上限 – SMXB;

　　& #8226;估計(jì)的下限 – SMNB。

　　4 本篇總結(jié)

　　本篇主要講述了網(wǎng)格劃分的幾種常見高級(jí)方法和ANSYS的網(wǎng)格劃分誤差估計(jì)方法，只簡(jiǎn)單描述，要了解更加詳細(xì)的信息可以通過ANSYS的help-Modeling and Meshing Guide部分查閱。