對于有限元分析來說，網(wǎng)格劃分是其中最關(guān)鍵的一個步驟,，網(wǎng)格劃分的好壞直接影響到解算的精度和速度。網(wǎng)格化有三個步驟：定義單元屬性（包括實常數(shù)）、在幾何模型上定義網(wǎng)格屬性,、劃分網(wǎng)格,。

今天,，給大家分享：有限元仿真分析技術(shù)中網(wǎng)格劃分的類型與步驟,。

定義網(wǎng)格的屬性主要是定義單元的形狀,、大小,。單元大小基本上在線段上定義,，可以用線段數(shù)目或長度大小來劃分,，可以在線段建立后立刻聲明，或整個實體模型完成后逐一聲明,。采用Bottom-Up方式建立模型時，采用線段建立后立刻聲明比較方便且不易出錯,。例如聲明線段數(shù)目和大小后，復制對象時其屬性將會一起復制，完成上述操作后便可進行網(wǎng)格化命令,。

網(wǎng)格化過程也可以逐步進行，即實體模型對象完成到某個階段就進行網(wǎng)格話,，如所得結(jié)果滿意,，則繼續(xù)建立其他對象并網(wǎng)格化。

網(wǎng)格的劃分可以分為自由網(wǎng)格(freemeshing),、映射網(wǎng)格(mappedmeshing)和掃略網(wǎng)格(sweepmeshing)等,。

一、自由網(wǎng)格劃分

自由網(wǎng)格劃分是自動化程度最高的網(wǎng)格劃分技術(shù)之一，它在面上可以自動生成三角形或四邊形網(wǎng)格,，在體上自動生成四面體網(wǎng)格,。通常情況下，可利用ANSYS的智能尺寸控制技術(shù)（SMARTSIZE命令）來自動控制網(wǎng)格的大小和疏密分布,，也可進行人工設(shè)置網(wǎng)格的大?。ˋESIZE、LESIZE,、KESIZE,、ESIZE等系列命令）并控制疏密分布以及選擇分網(wǎng)算法等（MOPT命令）。

對于復雜幾何模型而言,，這種分網(wǎng)方法省時省力,，但缺點是單元數(shù)量通常會很大，計算效率降低,。同時,，由于這種方法對于三維復雜模型只能生成四面體單元，為了獲得較好的計算精度,，建議采用二次四面體單元（92號單元）,。

如果選用的是六面體單元，則此方法自動將六面體單元退化為階次一致的四面體單元,，因此,，最好不要選用線性（一階次）的六面體單元（沒有中間節(jié)點，比如45號單元）,，因為該單元退化后為線性的四面體單元,，具有過大的剛度,，計算精度較差,；如果選用二次的六面體單元（比如95號單元），由于其是退化形式,，節(jié)點數(shù)與其六面體原型單元一致,，只是有多個節(jié)點在同一位置而已，因此,，可以利用TCHG命令將模型中的退化形式的四面體單元變化為非退化的四面體單元(如92號單元),，減少每個單元的節(jié)點數(shù)量,，提高求解效率,。

在有些情況下,，必須要用六面體單元的退化形式來進行自由網(wǎng)格劃分,，比如,，在進行混合網(wǎng)格劃分（后面詳述）時,，只有用六面體單元才能形成金字塔過渡單元,。對于計算流體力學和考慮集膚效應的電磁場分析而言，自由網(wǎng)格劃分中的層網(wǎng)格功能（由LESIZE命令的LAYER1和LAYER2域控制）是非常有用的,。

二、映射網(wǎng)格劃分

映射網(wǎng)格劃分是對規(guī)整模型的一種規(guī)整網(wǎng)格劃分方法,，映射網(wǎng)格要求面或體的形狀是規(guī)則的，也就是說它們必須遵循一定的規(guī)則。bvty.VIP

給面劃分四邊形映射網(wǎng)格時，必須滿足3個條件：

1,、此面必須由3或4條線圍成,。

2,、在對邊上必須有相等的單元劃分數(shù)。

3,、如果此面由3條線圍成,，則三條邊上的單元劃分數(shù)必須相等則必須是偶數(shù)。

給體劃分六邊形單元映射網(wǎng)格時,，必須滿足4個條件：

1,、它必須是磚形（六面體）,，楔形體（五面體）或四面體形,。

2、在對面和側(cè)邊上所定義的單元劃分數(shù)必須相等,。

3、如果體是棱柱形或四面體形,，在三角形面上的單元劃分數(shù)必須是偶數(shù),。

4,、相對棱邊上劃分的單元數(shù)必須相等,，但不同方向的對應邊可以不相等。

對于三維復雜幾何模型而言,，通常的做法是利用ANSYS布爾運算功能，將其切割成一系列四,、五或六面體,，然后對這些切割好的體進行映射網(wǎng)格劃分。也可以用連接的方式來得到規(guī)則的面和體,，連接后生成的線或面對任何實體建模操作都是無效的,，僅用于網(wǎng)格的劃分。

面可以是三角形,、四邊形,、或其它任意多邊形。對于四邊以上的多邊形,，必須用LCCAT命令將某些邊聯(lián)成一條邊,，以使得對于網(wǎng)格劃分而言，仍然是三角形或四邊形,；或者用AMAP命令定義3到4個頂點（程序自動將兩個頂點之間的所有線段聯(lián)成一條）來進行映射劃分,。注意線與線的夾角不要太大或太小。

體可以是四面體,、五面體,、六面體或其它任意多面體。對于六面以上的多面體,，必須用ACCAT命令將某些面聯(lián)成一個面,，以使得對于網(wǎng)格劃分而言，仍然是四,、五或六面體,。

面的三角形映射網(wǎng)格劃分往往可以為體的自由網(wǎng)格劃分服務(wù)，以使體的自由網(wǎng)格劃分滿足一些特定的要求,，比如：體的某個狹長面的短邊方向上要求一定要有一定層數(shù)的單元,、某些位置的節(jié)點必須在一條直線上、等等,。這種在進行體網(wǎng)格劃分前在其面上先劃分網(wǎng)格的方式對很多復雜模型可以進行良好的控制,，但別忘了在體網(wǎng)格劃分完畢后清除面網(wǎng)格（也可用專門用于輔助網(wǎng)格劃分的虛擬單元類型－MESH200－來劃分面網(wǎng)格，之后不用清除）,。

三,、掃略網(wǎng)格劃分

對于由面經(jīng)過拖拉,、旋轉(zhuǎn)、偏移（VDRAG,、VROTAT、VOFFST,、VEXT等系列命令）等方式生成的復雜三維實體而言,，可先在原始面上生成殼（或MESH200）單元形式的面網(wǎng)格，然后在生成體的同時自動形成三維實體網(wǎng)格,；對于已經(jīng)形成好了的三維復雜實體,，如果其在某個方向上的拓撲形式始終保持一致，則可用（人工或全自動）掃略網(wǎng)格劃分（VSWEEP命令）功能來劃分網(wǎng)格,；這兩種方式形成的單元幾乎都是六面體單元,。

通常，采用掃略方式形成網(wǎng)格是一種非常好的方式,，對于復雜幾何實體,，經(jīng)過一些簡單的切分處理，就可以自動形成規(guī)整的六面體網(wǎng)格,，它比映射網(wǎng)格劃分方式具有更大的優(yōu)勢和靈活性,。

四、混合網(wǎng)格劃分

混合網(wǎng)格劃分即在幾何模型上,，根據(jù)各部位的特點,，分別采用自由、映射,、掃略等多種網(wǎng)格劃分方式,，以形成綜合效果盡量好的有限元模型?；旌暇W(wǎng)格劃分方式要在計算精度,、計算時間、建模工作量等方面進行綜合考慮,。

通常,，為了提高計算精度和減少計算時間，應首先考慮對適合于掃略和映射網(wǎng)格劃分的區(qū)域先劃分六面體網(wǎng)格,，這種網(wǎng)格既可以是線性的（無中節(jié)點）,、也可以是二次的（有中節(jié)點），如果無合適的區(qū)域,，應盡量通過切分等多種布爾運算手段來創(chuàng)建合適的區(qū)域（尤其是對所關(guān)心的區(qū)域或部位）,。

其次，對實在無法再切分而必須用四面體自由網(wǎng)格劃分的區(qū)域,，采用帶中節(jié)點的六面體單元進行自由分網(wǎng)（自動退化成適合于自由劃分形式的單元）,，此時,，在該區(qū)域與已進行掃略或映射網(wǎng)格劃分的區(qū)域的交界面上，會自動形成金字塔過渡單元（無中節(jié)點的六面體單元沒有金字塔退化形式）,。

如果對整個分析模型的計算精度要求不高,、或?qū)M行自由網(wǎng)格劃分區(qū)域的計算精度要求不高，則可在自由網(wǎng)格劃分區(qū)采用無中節(jié)點的六面體單元來分網(wǎng)（自動退化成無中節(jié)點的四面體單元）,，此時,，雖然在六面體單元劃分區(qū)和四面體單元劃分區(qū)之間無金字塔過渡單元，但如果六面體單元區(qū)的單元也無中節(jié)點,，則由于都是線性單元,，亦可保證單元的協(xié)調(diào)性。

五,、利用自由度耦合和約束方程

對于某些形式的復雜幾何模型,，可以將相鄰的體在進行獨立的網(wǎng)格劃分（通常是采用映射或掃略方式）后再“粘結(jié)”起來，由于各個體之間在幾何上沒有聯(lián)系,，因此不用費勁地考慮相互之間網(wǎng)格的影響,，所以可以自由地采用多種手段劃分出良好的網(wǎng)格，而體之間的網(wǎng)格“粘結(jié)”是通過形函數(shù)差值來進行自由度耦合的,，因此連接位置處的位移連續(xù)性可以得到絕對保證,，如果非常關(guān)注連接處的應力，可以如下面所述再在該局部位置建立子區(qū)模型予以分析,。

再如,，對于循環(huán)對稱模型（如旋轉(zhuǎn)機械等），可僅建立一個扇區(qū)作為分析模型,，利用CPCYC命令可自動對扇區(qū)的兩個切面上的所有對應節(jié)點建立自由度耦合條件（用MSHCOPY命令可非常方便地在兩個切面上生成對應網(wǎng)格）,。

六、利用子區(qū)模型等其它手段

子區(qū)模型是一種先總體,、后局部的分析技術(shù)（也稱為切割邊界條件方法）,，對于只關(guān)心局部區(qū)域準確結(jié)果的復雜幾何模型，可采用此手段,，以盡量小的工作量來獲得想要的結(jié)果,。

其過程是：先建立總體分析模型，并忽略模型中的一系列細小的特征,，如導角,、開孔、開槽等（因為根據(jù)圣維南原理,，模型的局部細小改動并不特別影響模型總的分析結(jié)果）,，同時在該大模型上劃分較粗的網(wǎng)格（計算和建模的工作量都很小），施加載荷并完成分析,；其次,，（在與總體模型相同的坐標系下）建立局部模型，此時將前面忽略的細小特征加上,，并劃分精細網(wǎng)格（模型的切割邊界應離關(guān)心的區(qū)域盡量遠）,，用CBDOF等系列命令自動將前面總體模型的計算結(jié)果插值作為該細模型的邊界條件，進行求解計算,。

該方法的另外好處是：可以在小模型的基礎(chǔ)上優(yōu)化（或任意改變）所關(guān)心的細小特征,，如改變圓角半徑、縫的寬度等,；總體模型和局部模型可以采用不同的單元類型，比如,，總體模型采用板殼單元,，局部模型采用實體單元等。

子結(jié)構(gòu)（也稱超單元）也是一種解決大型問題的有效手段,，并且在Abaqus中,，超單元可以用于諸如各種非線性以及裝配件之間的接觸分析等，有效地降低大型模型的求解規(guī)模,。

巧妙地利用結(jié)構(gòu)的對稱性對實際工作也大有幫助,，對于常規(guī)的結(jié)構(gòu)和載荷都是軸對稱或平面對稱的問題，毫無疑問應該利用其對稱性,，對于一些特殊情況,，也可以加以利用，比如：如果結(jié)構(gòu)軸對稱而載荷非軸對稱,，則可用Abaqus處理此類問題,；對于由多個部件構(gòu)成裝配件，如果其每個零件都滿足平面對稱性,，但各對稱平面又不是同一個的情況下,，則可用多個對稱面來處理模型（或至少可用此方法來減少建模工作量：各零件只需處理一半的模型然后拷貝或映射即可生成總體模型）。

總之,，對于復雜幾何模型,，綜合運用多種手段建立起高質(zhì)量、高計算效率的有限元模型是極其重要的一個步驟,，這里介紹的注意事項僅僅是很少一部分,，用戶自己通過許多工程問題的不斷摸索、總結(jié)和驗證才是最能保證有效而高效地處理復雜模型的手段,。