《ansys建模和网格划分》第八章修改模型教学教材.docx
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《ansys建模和网格划分》第八章修改模型教学教材
第八章修改模型
8.1简介
本章主要叙述各种修改模型的方法。
主题包括：
·局部网格细化
·节点和单元的移动与拷贝
·记录单元面和方向
·修改已划分网格的模型：
清除和删除
·理解实体模型的相互对照检查
8.2细化局部网格
通常在下面两种情形时，用户需要考虑对局部区域进行网格细化：
1）用户已经将一个模型划分了网格，但想在模型的指定区域内得到更好的网格。
或2）用户已经完成分析，同时根据结果想在感兴趣的区域得到更为精细的解。
对于所有由四面体组成的面网格和体网格，ANSYS程序允许用户在指定的节点、单元、关键点、线或面的周围进行局部网格细化。
由非四面体所组成的网格（例如六面体、楔形、棱椎）不能进行局部网格细化。
8.2.1如何细化网格
必须按下面的两步来细化网格：
1、选择图元（或一组图元）以便围绕着它们进行网格细化。
2、指定细化的程度（换句话说，就是在细化区域相对于原始网格所想要的尺寸）。
细化后的单元总是比原来的单元小；局部网格细化过程不能提供使网格变粗的功能（LEVEL）。
8.2.1.1高级控制
如果用户想在细化过程中进行更多的控制，可以对下列的高级选项进行参数设定：
·根据已选定图元周围单元数指定网格细化区域的深度（DEPTH）。
·在原始单元被分裂开后指定后处理的类型，后处理包括进行网格光滑和清理操作，只是光滑处理，或两者都没有（POST）。
·指定在细化全是四边形的网格时是否可以将三角形引入网格。
换句话说，用户可指定四边形单元是否一定要保留（RETAIN）。
8.2.2细化命令和菜单途径
使用下面xREFINE命令和菜单途径来选择要进行细化的图元并设置细化的控制。
（细化控制在后面详细描述）
·围绕所选择的节点进行细化，使用下列方法：
命令：
NREFINE
GUI:
MainMenu>Preprocessor>-Meshing-ModifyMesh>-RefineAt->Nodes
·围绕所选择的单元进行细化，使用下列方法：
命令：
EREFINE
GUI:
MainMenu>Preprocessor>-Meshing-ModifyMesh>-RefineAt->Elements
MainMenu>Preprocessor>-Meshing-ModifyMesh>-RefineAt->All
·围绕所选择的关键点进行细化，使用下列方法：
命令：
KREFINE
GUI:
MainMenu>Preprocessor>-Meshing-ModifyMesh>-RefineAt->Keypoints
图8-1局部网格细化的例子。
·围绕所选择的线进行细化，使用下列方法：
命令：
LREFINE
GUI:
MainMenu>Preprocessor>-Meshing-ModifyMesh>-RefineAt->Lines
·围绕所选择的面进行细化，使用下列方法：
命令：
AREFINE
GUI:
MainMenu>Preprocessor>-Meshing-ModifyMesh>-RefineAt->Areas
图8-1显示了一些围绕着节点〔NREFINE〕、单元〔EREFINE〕、关键点〔KREFINE〕和线〔LRERINE〕进行网格细化的例子。
图8-2举例说明了用AREFINE命令围绕面的四面体网格细化。
图8-2围绕面的四面体网格细休〔AREFINE〕
8.2.2.1指定细化的标准
使用LEVEL变量来指定细化应进行的程度。
LEVEL值必须是从1到5的整数，值1提供了最小程度的细化。
值5提供了最大程度的细化。
当LEVEL=1时，在细化区域所得到的单元边界长度大约是原单元边界长度的1/2；当LEVEL=5时，所得到的单元边界长度大约是原单元边界长度的1/9。
下表列出了LEVEL所有可能的设置以及每一种设置所得边界的近似长度。
LEVEL变量的值
近似的边长
1
1/2
2
1/3
3
1/4
4
1/8
5
1/9
LEVEL值从1到5提供了逐渐减少的单元边界长度。
但是，应该知道当RETAIN=ON时，不同的LEVEL值可以提供同样的细化网格。
（要得到更多的信息，请看后面RETAIN变量的解释。
）刚好在细化区域外面的那一层单元（也就是说在指定DEPTH之外）也可能被分开，目的是与细化单元过渡。
注意：
所有的LEVEL值在细化区域都只生成较小的单元。
局部网格细化过程不提供网格粗化功能。
8.2.2.2指定细化深度
缺省时，只对所选图元外面的一个单元进行细化（除了单元细化，它使用DEPTH=0作为缺省），而且单元被分裂一次（也就是单元边被平分成两半，因为缺省LEVEL=1）。
8.2.2.3指定细化区域的后处理操作：
光滑和清理
作为细化过程的一部分，用户可指定在原始单元分裂后ANSYS还应做的后处理的类型。
可以选择光滑和清理（缺省），只进行光滑操作，或两者都不选。
·如果让ANSYS做光滑和清理的工作，设置POST=CLEAN（或在GUI中选择Cleanup&Smooth）.
·如果想让ANSYS只做光滑工作，设置POST=SMOOTH（或在GUI中选择Smooth）。
·如果后处理两项都不想做，设置POST=OFF（或在GUI中选择OFF）。
光滑：
缺省时，细化区域的节点将进行光滑处理（也就是它们的位置将被调整）以改善单元的形状。
节点的位置遵循下列的约束进行调整：
·节点在关键点上时不移动。
·节点在线上时只在线上移动。
·节点在面内时只在表面上移动。
·如果网格已经从实体模型（MODMSH，DETACH或菜单途径MainMenu>Preprocessor>CheckingCtrls>ModelChecking）中分离出来了，光滑操作就不会进行了。
用户可对正在用的细化命令设置POST=OFF，关闭对所有节点的光滑命令。
（也可以这么做来关闭清理命令。
）
清理：
当清理选项是打开时（POST=CLEAN），ANSYS程序会对所有与受到影响的几体图元相关联的单元进行清理操作（在二维模型中）。
在三维模型中，ANSYS程序只对那些在细化区域内或直接与细化区域相连接的单元执行清理命令。
清理操作可以改善单元的质量。
如果网格已经从实体模型中分离出来了（MODMSH,DETACH或菜单途径MainMenu>Preprocessor>CheckingCtrls>ModelChecking），那么不会进行面网格的清理操作。
但对于四面体网格这个命令还是会被执行。
当用户正在细化四边形网格时，清理命令会试着从细化过渡区域删除三角形网格。
如果清理操作已经完成优化单元质量后，仍留有形状不好的四边形单元，ANSYS就会把这些单元分裂成三角形。
通设置RETAIN=ON（缺省）就可以防止这种情况的发生。
图8-3说明了一个全是四边形网格的清理操作。
注意：
用户可通过对细化命令设置POST=OFF或POST=SMOOTH来关闭清理操作。
图8─3全是四边形网格
8.2.2.4指定是否保留四边形单元
注意：
当正在细化任何一个非四边形的网格时，ANSYS会忽略RETAIN变量。
缺省时，RETAIN=ON，这意味细化网格过程不会将三角形单元引入到全是四边形的网格中。
当RETAIN=OFF和POST=SMOOTH或OFF时，所得到的细化区域可能会包含三角形单元目的是保持连续过渡。
当RETAIN=OFF和POST=CLEAN时，三角形单元会达到最少；但是，它们不可能被完全删除掉─极少量的三角形单元可以留在过渡区域，目的是得到好的单元质量。
注意：
如果一个面是由四边形单元和三角形单元混合划分而成，那么即使是当RETAIN=ON时细化区域内的四边形单元也不能被保留住。
因为四边形单元较三角形单元有更多的限制，因此当RETAIN=ON时增加或减少LEVEL变量的值时不一定就能得到所想要的细化水平的增加或减少。
另外，即使是四边形单元可以被保留住，它们中的一些单元的形态也可能很差，特别是在LEVEL值较高时，但是，若通过设置RETAIN=OFF一些三角形单元就有可能被引入网格。
这是所不希望得到的，特别是在使用低阶单元时。
可以通过做到以下几点来把三角形单元保持在所感兴趣的点以外：
·用更大的DEPTH进行细化，也就是说，在所感兴趣点的更大的半径上细化。
·用POST=CLEAN选项细化。
这个POST变量的设置可使三角形单元的数量出现得最少。
·使用另外的方法进行细化（例如，使用局部网格控制和重新划分网格）。
8.2.3属性和载荷的转换
与“父”单元相关联的单元属性会自动地转换到所有的“子”单元上。
这些属性包括单元类型、材料特性、实常数和单元坐标系（若想对单元属性有更多的了解，参见§7）。
加在实体模型上的载荷和边界条件在求解开始时会转换到节点和单元上（或用SBCTRAN或DTRAN命令手工进行载荷转换）。
因此实体模型载荷会正确地加到在细化期间新生成的节点和单元上。
但是，加在节点和单元上的载荷和边界条件（有限元载荷）不能转换到在细化期间新生成的节点和单元上。
如果在所选择的细化区域内有这样的载荷，程序将不允许细化过程的进行除非是先删除载荷。
所以，如果用户预计要使用网格细化功能，那么建议只将载荷加在实体模型上而不是直接加在节点和单元上。
注意：
因为实体模型加载对于显式动力分析（也就是ANSYS/LS─DYNA产品）是不可用的，所以网格细化必须在这类分析的加载之前进行。
8.2.4网格细化的其它特征
网格细化的其它特征包括以下的几点：
·细化生成新的单元和节点（包括中间节点）被投射到实体模型几何体上（见图8-4）。
·当使用选项围绕节点细化时[NREFINE]，忽略所选节点中的中间节点。
·网格细化不会超过面和体的边界。
也就是说，如果指定的DEPTH超过了面或体网格的边界后，邻接的面或体网格不会改变（见图8-5）。
但是，如果选择进行细化的图元（节点、单元、关键点或线）是在边界上，或所选图元在边界两边，那么细化就会延伸到邻接的面或体内。
·网格细化只在当前所选定的单元内进行（见图8-6）。
·细化可以用在已从实体模型中分离出来的网格上（MODMSH,DETACH或菜单途径MainMenu>Preprocessor>CheckingCtrls>ModelChecking）。
在这种情况下，细化不会被面边界所终止。
而且，节点和单元不会投射到实体模型上，指定POST变量的后处理选项一个也不能执行。
·在细化一个四面体网格期间，当清理选项被打开时（POST=CLEAN），ANSYS在细化区域自动执行一个高水平的清理操作（也就是相当于VEMP，，，2的水平）。
如果用户在细化期间得到形状错误信息，就关掉形状检查选项（SHPP，OFF）再执行一次细化命令〔xREFINE〕，然后再在最高级的水平之上（VIMP，，，3）进行四面体单元的改进。
图8-4节点和单元投射到几何体上
·如果用户使用LESIZE命令指定线的分割数，这些线在随后的细化过程中将受到影响，ANSYS将会改变那些受到影响的线的分割数（也就是说，线的分割数不仅增加，而且在随后的线列表中〔LLIST〕也可显示为负数）。
图8-5网格细化不超过面边界
图8-6只细化被选择的单元
注意：
如果用户在后来清除网格（ACLEAR,VCLEAR等命令或菜单途径MainMenu>Preprocessor>-Meshing-Clear>entity），则负号的存在将影响ANSYS如何处理线的分割数。
如果线的分割数是正数，则在清除操作期间，ANSYS不会删除线的分割数；若分割数是负的，ANSYS就会删除线的分割数（在随后的线列表中分割数将显示为零）。
8.2.5网格细化的限制
下面的限制针对网格细化：
·尽管局部网格细化可被用在所有的面网格中，但它只能用在由四面体单元组成体网格上。
包含非四面体单元的网格（例如，六面体、楔形体、棱椎）不能被局部细化。
·如果模型在所选的细化区域内包含有接触单元，则不能使用局部网格细化。
在这种情况下，应在定义接触单元前细化网格（或者删除接触单元，细化网格，然后再加接触单元。
）
·局部网格细化不支持已有的在自由表面上生成的单元〔ESURF〕。
对这些单元细化应先删掉表面单元，细化下面的单元，然后再生成表面单元。
·如果已有梁单元存在于细化区域附近，则细化就不能进行。
为了在这个面上细化，梁单元应先被删掉，细化命令执行完后再重新定义。
·如果载荷直接加在模型的节点和单元上，细化就不能进行。
在这种情况下，为了能细化网格必须删除载荷。
（为避免这种情况发生，建议用户将载荷加在实体模型上而不是加在有限元模型上）。
·如果初始条件在节点〔IC〕、耦合节点上〔CP命令族〕，或模型中存在约束方程〔CE命令族〕，则局部网格细化不能进行。
如果存在这些情况中的任一种，用户都应在细化之前先删除它们。
·对于显式动力分析模型（当使用ANSYS/LS─DYNA时），不推荐使用局部网格细化，因为由细化所得到的小单元会极度地减小时间步长。
·不支持KSCON命令。
对于任何用KSCON命令划分网格的面，当进行细化时边中节点将被放置在边界的中间。
·如果已定义了单元或节点组元，程序会问是否继续细化。
如果选择继续，就必须更新受到影响的组元。
8.3节点和单元的移动与拷贝
在通常的实体建模过程中，用户在生成有限元网格前应先完成整个实体模型。
但是，如模型中存在重复性的几何特征，用户有时会发现下面的方法更为有效：
只对模型中有代表性的一部分进行建模，划分网格，然后根据需要拷贝那个已划分了网格的区域若干次以完成模型。
（拷贝一个已存在的网格比生成一个新网格花费的时间要少得多）。
如果用户要成功地完成这个程序，需预先计划好要拷贝的数量。
拷贝一个已划分了网格的区域的一般程序是使用命令来生成和转变面和体，这些将在下面叙述。
当一个已划分了网格的实体模型图元用这些命令中的一个进行拷贝时，所有依附其上的低级图元，包括节点和单元网格，都将随同那个图元一起被拷贝。
·从模板面中生成另外的面，使用下列方法：
命令：
AGEN
GUI:
MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Copy>Areas
MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Move/Modify>Areas
·从模板体中生成另外的体，使用下列方法：
命令：
VGEN
GUI:
MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Copy>Volumes
MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Move/Modify>Volumes
·用对称映像由一个模板面中生成另外的面，使用下列方法：
命令：
ARSYM
GUI:
MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Reflect>Areas
·用对称映像由一个模板体中生成另外的体，使用下列方法：
命令：
VSYMM
GUI:
MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Reflect>Volumes
·将模板面转换到另一个坐标系下，使用下列方法：
命令：
ATRAN
GUI:
MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Move/Modify>TransferCoord>Areas
·将模板体转换到另一个坐标系统下，使用下列方法：
命令：
VTRAN
GUI:
MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Move/Modify>TransferCoord>Volumes
用户必须先计划好以确保拷贝的区域之间的接触面上的节点和节点相匹配。
例如，如果用户对一个体进行自由网格划分，在右端的节点模式就不必与左端的节点模式相匹配。
如果原始部分和它的拷贝正好是一部分的右端与另一部分的左端相连接起来，那么在两个不匹配接触面上就会生成一条不连续的线缝。
沿着面网格划分的边缘线制作匹配的节点模式较容易，只要指定原始部分的两边都有相同的线分割和分割间距即可。
但是，对于体就没有这么简单了。
在网格体的两个面上需用一个技巧生成相匹配的节点模式。
在用体单元网格划分之前，用伪面单元对某一个匹配面进行网格划分，然后将划分完网格的面拷贝至另一匹配面。
（依赖于用户最初是如何创建体的，此时用户可以做一些清理工作，也可不做。
如果用户清除了重复的重合面，就应根据新划分网格的面重定义体，同时删除最初的体。
）然后，体就可以用实体单元进行网格划分了。
在体网格划分完成后，应删去伪面单元。
（用户可通过使用选择ACLEAR命令或菜单路径MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Clear>Areas.非常干净地做到这一点）。
已经完成网格划分的区域在界面上将是相互匹配的，用户现在就可拷贝这个部分了，这样，重复的区域就会正好互相接触了。
尽管这些区域在接触面上有相互匹配的节点，但这些节点的自由度仍然是独立的；也就是说，模型接触面上仍存在不连续的线缝。
应运行NUMMRG，ALL来删除这个不连续的线缝。
通常，在此命令后再跟着运行NUMCMP命令（菜单途径MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>CompressNumbers）是一个比较好的习惯。
图8─7用在接触面上匹配节点模式的方法生成体网格
8.4记录单元面和方向
如果模型中包含壳单元，并且加的是面载荷，那么用户就需要了解单元面以便能对载荷定义正确的方向。
通常，壳的表面载荷将加在单元的某一个面上，并根据右手法则（按I，J，K，L节点序列方向，如下图如示）确定正向。
如果用户是用对实体模型面进行网格划分的方法生成壳单元的，那么单元的正方向将与面的正方向相一致，面的正方向可用命令ALIST来确定或执行菜单途径UtilityMenu>List>Areas；根据右手法则，定义面的线序列方向来定义面的法线方向。
）
图8─8用右手法则定义正法线方向
有几种方法可用来进行图形检查：
·可用执行/NORMAL命令（菜单途径UtilityMenu>PlotCtrls>Style>ShellNormals），接着再执行EPLOT命令（菜单途径UtilityMenu>Plot>Elements）的方法对壳单元的正法线方向进行一次快速的图形检查。
·打开PowerGraphics的选项。
PowerGraphics将用不同的颜色来显示壳单元的“底”和“顶”。
·用假定正确符号的表面载荷加到模型上，然后在执行EPLOT命令之前先打开显示表面载荷符号的选项〔/PSF,Item,Comp,2〕以检验它们方向的正确性。
8.4.1控制面、线和单元的法向
模型中不一致的法线方向可能会导致出现问题。
例如，如果相邻的壳单元有不一致的法向方向，那么用户在对应力和应变结果进行后处理时就会碰到困难。
说得更明白一些，若用户模型的某一个表面既包含壳单元的顶面又包含壳单元的底面，那么节点的平均应力和应变就有可能是不正确的。
但是，PowerGraphics〔/GRAPH，POWER〕考虑到法线方向的不匹配并且能生成正确的节点应力图（当GUI打开时PowerGraphics是缺省的）。
ANSYS提供了各种不同的工具，用户可用它们来控制面、线和单元的法向：
命令：
ENORM,ANORM,ENSYM,LREVERSE,AREVERSE
GUI:
MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Move/Modify>-Elements-ShellNormals
MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Move/Modify>-Areas-AreaNormals
MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Move/Modify>ReverseNormals>ofShells
MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Move/Modify>ReverseNormals>ofLines
MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Move/Modify>ReverseNormals>ofAreas
下面的部分描叙如何用这些工具完成一些操作：
·对壳单元的法向重新进行定向以便它们能与指定的单元有相一致的法向〔ENORM〕。
·对面的法向重新进行定向以便它们能与指定的面有相一致的法向〔ANORM〕。
·将已有壳单元的法向反向〔ENSYM〕。
·将已有线的法向反向〔LREVERSE〕。
·将已有面的法向反向〔AREVERSE〕。
注意：
用户不能使用本节上述的工具来改变任何已经有了体载荷或面载荷的单元的法向。
建议用户只有在已确信单元的法向方向是可接受的之后再加所有的载荷。
实常数（例如非均匀的壳厚度和锥形梁常数）可能会由于单元反向命令而失效。
8.4.1.1重新定向壳单元的法向
如果用户发现模型中的单元有不一致的正法向方向，则可将它们的方向重新定义以与某个指定的单元有相一致的法向方向。
（单元坐标系，如果是由I，J，K节点定义的，则也可用这个操作来重定向。
）
用命令的方法来重新定向壳单元的法向，发出命令ENORM，ENOM：
·使用ENUM变量来确定单元号以便重定向的单元能与此单元有一致的法向方向。
例如，命令ENORM，3能使所有被选定的壳单元改变法向方向以便它们能与3号单元有一致的法向方向。
查阅《ANSYSCommandsReference》中ENORM命令的描述可得到这个命令更详细的用法。
在GUI中，用户可通过选择菜单途径MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Move/Modify>-Elements-ShellNormals来重定向壳单元的法向方向。
当重定向壳单元法向的拾取对话框出现时，拾取目标单元以便其它重定向单元能与它有一致的法向方向，然后点击OK。
8.4.1.2重定向面的法向
如果一组面有不一致的法向方向，用户可重定向它们的法向以与某一指定面的法向方向相一致。
用命令的方法来重定向面的法向，发出命令ANORM，ANUM，NOEFLIP：
·使用ANUM变量来确定面的编号以便使重定向的面能与此面有一致法向方向。
·使用NOEFLIP变量来决定是否想改变已重定向面上已有单元的法向方向以便让它们能与新的面法向方向相一致。
如果想让法向方向相一致就指定此变量为0，否则为1。
例如，命令ANORM，5，0能使所有被选的面改变法线方向以便让它们能与编号为5的面有一致的法向方向。
若想了解详细的用法，参见《ANSYSCommandsReference》中的ANORM命令的叙述。
在GUI中，用户可通过选择菜单途径MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Move/Modify>-Areas-AreaNormals来重定向面的法向方向。
当重定向面的法向的拾取对话框出现时，拾取目标面以便使其它的重定向面能与它有一致的法向方向，点击OK。
然后在“令面法向一致”的对话框中，决定是否让已有面单元的法向与新的法向方向一致，最后在对话框中点击OK。
8.4.1.3将已有壳单元的法向反向
用命令的方法来使已有壳单元的法向方向反向，发出命令ENSYM,,,,IEL1，IEL2,IEINC：
·使用IEL1，IEL2和IEINC变量，在步长为IEINC（缺省为1），将单元号从IEL1到IEL2（缺省为IEL1）的单元的法向反向。
例如，命令ENSYM,,,,1，50就会使从1到50的壳单元的法向反向。
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