1、有限元分析培训 Finite Element Analysis Training 邵世林 喻炜 董大鹏 设计 CAD 制造 试验 批量生产 重新设计循环 传统设计过程 概念设计 设计 CAD CAE 制造 试验 批量生 产 CAE驱动设计过程 优化循环 划分 有限元网格 施加约束及载荷边界条件 导 入 或 建 立 几 何 模 型H y p e r M e s h 、 A N S A 、 P a t r a n 、 S i m X p e r t 、M E D I N A 、 F E M A P 等选 择 分 析 求 解 器N a s t r a n 、 A B A Q U S 、 A D I
2、N A 、 L s - D y n a 、 M a r c 、A N S Y S 、 S a m c e f 、 M A D Y M O 、 R a d i o s s 等划 分 有 限 元 网 格施 加 约 束 及 载 荷 边 界 条 件设 置 材 料 特 性 及 单 元 特 性设 置 分 析 参 数提 交 分 析 结 果 后 处 理有限元 一般 分析流程 非线性分析 流体分析 ANSYS Samcef Linear Nastran Radioss Bulk 现 OptiStruct FEPG （国产） ABAQUS Fluent MSC Marc ADINA Star-CD Star-CC
3、M+ XFlow PowerFlow Samcef Mecano 显式分析 LS-DYNA MSC Dytran Radioss Block MADYMO 第三讲 ANSYS Workbench 网格划分与控制 ANSYS Workbench 学习书目 推荐！ ANSYS Workbench标准作业格式 单作业格式 联合作业格式 ANSYS Workbench网格划分一般流程 设置目标物理环境，自动生成相关物理环境的网格。 设定网格划分方法 定义网格设置 (尺寸、控制和膨胀等 ) 为方便使用创建命名选项 预览网格并进行必要调整 生成网格 检查网格质量 ANSYS Workbench 基于几何
4、基于网格 基于 几何 &网格 ABAQUS / CAE HyperMesh 一 划分网格前准备工作 ANSYS 网格 划分是 采用 Divide Conquer（分解 与 克服） 方法 来实现的， 几何体各部分可以 使用不同的网格划分 方法。 但 所有网格的数据 时统一写入到共同的中心数据的。 一 划分网格前准备工作 在 ANSYS Workbench中，不同分析 类型有 不同的网格划分 要求： 结构分析 时 ，默认（ Default）使用 高阶单元划分较为粗糙的 网格。 CFD分析 时，需要平滑过渡的网格，进行 边界层 的转化 ，不同 CFD求解器要求也不同。 显式动力学 分析时，需要均匀
5、尺寸的 网格。 物理场网格默认选项 物理场 二次单元 关联中心 平滑度 过渡 Element Midside Nodes Relevance Center Smoothing Transition 结构分析 Mechanical 是 粗糙 中等 快 Kept Coarse Medium Fast 电磁场分析 Electromagnetic 是 中等 中等 快 Kept Medium Medium Fast 流体动力学分析 CFD 否 粗超 中等 慢 Dropped Coarse Medium Slow 显式分析 Explicit 否 粗超 高 慢 Dropped Coarse High Slo
6、w 二 设置目标物理环境 全局尺寸 5mm 二 设置目标物理环境 全局尺寸 5mm 二 设置目标物理环境 三 网格 划分 方法与参数设置 总体网格控制参数 总体网格尺寸设置 单元降阶设置 三 网格 划分 方法与参数设置 关联中心和相关性的关系 三 网格 划分 方法与参数设置 o Active Assembly（激活 装配 体）：初始 种子放入末抑制部件 。 o Full Assembly（全部 装配 体）：初始种子放入所有 装配部件，不管 抑制 部件的数量 。 o Part（部件）： 初始种子 在网格划分时放 入指定部件。 O 平滑 网格是通过移动周围节点和 单元的节点 位置来改进网格质量 。
7、 O 过渡 控制邻近单元增长比 设置 Span Angle Center来 设定基于边的细化的曲度 目标 。网格在弯曲区域细分，直到单独单元 跨越这个 角 。 三 网格 划分 方法与参数设置 Curvature（曲度）： 默认 值为 18 。 Proximity（近似）： 默认 值每个间隙 3个 单元（ 2D和 3D）， 默认精度 为 0.5， 而 如果近似不 允许就增大到 1。 三 网格 划分 方法与参数设置 Automatic：自动 划分网格 Tetrahedrons：四面体网格 Hex Dominant：六面体网格 Sweep：扫 掠网格划分法 Multizone：多重区域网格 划分法
8、三 网格 划分 方法与参数设置 网格划分命令 Automatic： 程序自动划分网格 Tetrahedrons： 采用四面体单元划分。 Hex Dominant： 主要采用六面体单元划分，但是包含少量 金字塔 单元 和四面体单元 。 Sweep： 扫掠划分，可以扫掠的实体划分后具有的是六面体单元，也可能 包 含 楔形单元，其他实体采用四面体单元划分，扫掠划分要求实体 在 某 一方向上具有相同的拓扑结构，在 【 Mesh】 分支上点击右键 选 择 【 Show Sweepable Bodies】 可以看到能够采用扫掠划分的体 ， 此时 该体被 选中。 Multizone： 多重区域网格划分自动对
9、几何体进行分解成映射区域和自由 区 域 ，可以自动判断区域并生成纯六面体网格，对不满足条件 的 区域 采用更好的非结构网格划分，多重区域网格划分和扫掠 网 格 划分相似，但更适合于用扫掠方法不能分解的几何体。 三 网格 划分 方法与参数设置 三 网格划分方法与参数 设置 Automatic 在网格划分的方法中 自动划分 方法 (Automatic)是最简单的划分方法，系统 自动进行 网格的划分，但这是一种比较粗糙的 方式 ，在实际运用中如不要求精确的解，可以 采用 此种 方式自动 进行 四面体（ Patch Conforming）或扫 掠网格 划分。 如果几何体 不规则，程序会自动产生四面体；
10、如果 几何体 规则的话，就可以产生六面体 网格。 如果几何体 不规则可以通过切割和拓扑重组成规则的几何体组合，也可以产生六面体网格。 Body Operation 三 网格划分方法与参数设置 Tetrahedrons 四面体网格的优点 ： 任意 体都可以用四面体网格进行划分，利用 四面体 进行网格的划分可以快速、自动生成， 并适用于 复杂几何， 在关键区域 容易使用曲度 和近似 尺寸功能自动细化网格，可使用形胀 细化实体 边界附近的 网格（边界层识别）。 （ 1） Patch Conforming ： 首先由默认的 考虑 几何所有面和边的 Delaunay或 Advancing Front表面
11、 网格划分器生成表面 网格（可能存在一些 内在缺陷在最小尺寸限度 之下）。然后 基于 TGRID Tetra算法 由表面网格生成体网格 。 四面体网格划分方法（ Tetrahedrons）是最基本的划分方法 ， ANSYS Workbench中 包含有两种方法，即 Patch Conforming法与 Patch Independent法。 （ 2） Patch Independent ：生成体网格并映射 到表面产生表面网格。如没有 载荷、边界条件 或其他作用，面和它们的边界 (边和顶点 )不必要 考虑。这个 方法能容许质量较差的 CAD模型。 Patch Independent算法 基于 I
12、CEM CFD Tetra。 四面体网格的缺点： 在近似网格密度情况下，单元和节点数要高于六面体网格，四面体一般不可能使网格在一个方向排列，由于几何和单元性能的非均质性，不适合于薄实体或环形体。 四面体单元 还可能引起刚度过大。 三 网格划分方法与参数设置 虚拟拓扑 印记面 三 网格划分方法与参数 设置 局部尺寸设定 单元尺寸（ Element Size）： 定义体 、面 、边顶点 的平均 单元边长 。 分段数量（ Number of Divisions）：定义 边的 单元个数。 影响球（ Sphere of Influence）：球体内 的单元给定平均单元尺寸。 影响 球 Sphere of Influence 三 网格划分方法与 参数设置 建立 局部坐标系 三 网格划分方法与参数 设置 网格偏置 三 网格划分方法与参数 设置 接触尺寸 接触尺寸（ Contact Size） 命令 提供了 一种 在部件间接触面上产生近似尺寸单元的 方式 ， 网格 的尺寸近似但不 共节点。 三 网格划分方法与参数 设置 膨胀层设置
