第3章网格划分技术及技巧.docx
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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,VALUE
ITYPE---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1
et,3,beam189!
定义BEAM189单元的参考号为3
keyopt,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,beam189,1
3.自由度集命令:
DOF,Lab1,Lab2,Lab3,Lab4,Lab5,Lab6,Lab7,Lab8,Lab9,Lab10
4.改变单元类型命令:
ETCHG,Cnv
5.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,INC
3.1.2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,R12
NSET---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**4/32
R,3,a0,i0,i0,d,d,0!
定义第3组实常数的AREA、IZZ、IYY、TKZ、TKY、THETA
Rmore,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,LLOC
Par---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
单兀节点顺序:
I
J
K
L
节点编号:
NI
NJ
NK
NL
RTHICK命令参数
3
2
4
1
IJKL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$/clear$/PREP7
ET,1,63$blc4,,,10,10$ESIZE,0.5$AMESH,1
MXNODE=NDINQR(0,14)*DIM,THICK,,MXNODE*DO,i,1,MXNODE
!
得到最大节点号
!
定义数组,以存放节点厚度
!
以节点号循环对厚度数组赋值
!
结束循环
!
赋壳厚度
!
带厚度显示壳单元
THICK(i)=0.5+0.2*NX(i)+0.02*NY(i)**2*ENDDO
RTHICK,THICK
(1),1,2,3,4
/ESHAPE,1.0$eplot
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,C4
Lab---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,T6
3.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,C6
4.复制线性材料属性组
命令:
MPCOPY,--,MATF,MATT
5.改变指定单元的材料参考号
命令:
MPCHG,MAT,ELEM
6.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,INC
7.修改与线胀系数相关的温度
命令:
MPAMOD,MAT,DEFTEMP
8.计算生成线性材料温度表
命令:
MPTGEN,STLOC,NUM,TSTRT,TINC
9.绘制线性材料特性曲线
命令:
MPPLOT,Lab,MAT,TMIN,TMAX,PMIN,PMAX
10.设置材料库读写的缺省路径
命令:
/MPLIB,R-W_opt,PATH
11.读入材料库文件
命令:
MPREAD,Fname,Ext,--,LIB
12.将材料属性写入文件
命令:
MPWRITE,Fname,Ext,--,LIB,MAT
13.激活非线性材料属性的数据表
命令:
TB,Lab,MAT,NTEMP,NPTS,TBOPT,EOSOPT
14.定义TB温度值
命令:
TBTEMP,TEMP,KMOD
15.定义TB数据表中的数据
命令:
TBDATA,STLOC,C1,C2,C3,C4,C5,C6
16.定义非线性数据曲线上的一个点
命令:
TBPT,Oper,X,Y
17.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,MAT
18.非线性材料数据表的绘图
命令:
TBPLOT,Lab,MAT,TBOPT,TEMP,SEGN
3.1.3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,REFINEKEY
SECID---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:
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,Nh
B—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。
⑵Subtype=QUAD:
四边形截面输入数据:
yl,zl,yJ,zJ,yK,zK,yL,zL,Ng,Nh
yl,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。
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,t2
W1,W2---腿长。
t1,t2---腿厚度。
⑼Subtype=T:
T形截面
输入数据:
W1,W2,t1,t2
W1---翼缘宽长。
W2---全高。
t1---翼缘厚度。
t2---腹板厚度。
⑽Subtype=HATS:
帽形截面
输入数据:
W1,W2,W3,W4,t1,t2,t3,t4,t5
W1,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,t4
W1---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,lzz,Iw,J,CGy,CGz,SHy,SHz
A---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---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,80,60,150,10,8,12
sectype,7,beam,z
!
定义Z形截面,
ID=7
secdata,70,80,120,10,10,8
sectype,8,beam,l
!
定义L形截面,
ID=8
secdata,120,70,8.5,8.5
sectype,9,beam,t
!
定义T形截面,
ID=9
secdata,120,140,10,12
sectype,10,beam,hats
!
定义帽形截面,
ID=10
secdata,40,50,60,130,10,12,16,10,10
sectype,11,beam,hrec!
定义箱形截面,ID=11
secdata,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_IDn,XLOC,YLOC,ZLOC
Sec_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。
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4.定义截面偏移
当Type=BEAM时命令:
SECOFFSET,Location,0FFSETY,OFFSETZ,CG-Y,CG-Z,SH-Y,SH-ZLocation---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,OFFSET
Location---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
X
OR:
G1\原点.
OFFSETy
5.梁截面特性列表
命令:
SLIST,SFIRST,SLAST,SINC,Details,Type
6.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,VAL1,VAL2
SECID---截面ID号。
VAL1,VAL2---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,Fname,Ext,--,ELEM_TYPE
读入命令:
SECREAD,Fname,Ext,--,Option
Fname---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,此参数意义不大。
Option---从何处读入的控制参数。
如Option=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
finish$/clear$/prep7
Ro=1.5$Ri=1.0!
定义两个半径
csys,1$cyl4,,,ri$cyl4,,,roaptn,allwprota,,90$asbwa,allwprota,,,90$asbw,all$wpcsyset,1,plane82mymat1=4$mymat2=7
!
设置柱坐标系,创建两个圆面
!
作面分割运算
!
切分面
!
切分面
!
定义单元类型为PLANE82
!
定义两个材料参数,分别赋值4和7
mp,ex,mymat1,1.0$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$aatt,mymat1,,1asel,s,loc,x,ri,ro$aatt,mymat2,,1allsel$esize,0.25$mshape,0,2dmshkey,1$amesh,allsecwrite,mycsolid,sect!
下面准备读入截面并使用
!
内部圆面为材料mymat1
!
外部环面为材料mymat2
!
定义网格控制、单元形状!
定义网格划分方式并网分!
将截面写入mycsolid.sect文件
finish$/clear$/prep7
et,1,beam189mym1=4$mym2=7
!
定义单元类型为BEAM189
!
定义两个材料参数,此值与MYMAT对应
mp,ex,mym1,3.0e10
mp,prxy,mym1,0.167
mp,ex,mym2,2.1e11
mp,prxy,mym2,0.3
sectype,1,beam,meshsecread,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,MAT,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,node,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,AATT,VATT(
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