3.3 网格划分的控制

网格划分控制能建立用在实体模型划分网格的因素，例如单元形状、中间节点位置、单元大小等。此步骤是整个分析中最重要的步骤之一，因为此阶段得到的有限元网格将对分析的准确性和经济性起决定作用。

3.3.1 ANSYS网格划分工具（MeshTool）

ANSYS网格划分工具（GUI路径：Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool）提供了最常用的网格划分控制和最常用的网格划分操作的便捷途径。其功能如下。

1）控制SmartSizing水平。

2）设置单元尺寸控制。

3）指定单元形状。

4）指定网格划分类型（自由或映射）。

5）对实体模型图元划分网格。

6）清楚网格。

7）细化网格。

1.单元形状

ANSYS程序允许在同一个划分区域出现多种单元形状，例如同一区域的面单元可以是四边形也可以是三角形，但建议尽量不要在同一个模型中混用六面体和四面体单元。

下面简单介绍一下单元形状的退化，如图3-4所示。在划分网格时，应该尽量避免使用退化单元。

可以用下列方法指定单元形状。

命令：MSHAPE,KEY,Dimension。

GUI：Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool（Mesher Opts）。

Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Mapped>4 to 6 sided。

如果正在使用MSHAPE命令，维数（2D或3D）的值表明待划分的网格模型的维数，KEY值（0或1）表示划分网格的形状。

● KEY=0，如果Dimension=2D，ANSYS将用四边形单元划分网格；如果Dimension=3D，ANSYS将用六面体单元划分网格。

● KEY=1，如果Dimension=2D，ANSYS将用三角形单元划分网格；如果Dimension=3D，ANSYS将用四面体单元划分网格。

有些情况下，MSHAPE命令及合适的网格划分命令（AMESH、YMESH或相应的GUI路径：Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>meshing option）就是对模型划分网格的全部所需。每个单元的大小由指定的默认单元大小（AMRTSIZE或DSIZE）确定。例如图3-5a所示的模型用VMESH命令生成图3-5b所示网格。

2.选择自由或映射网格划分

除了指定单元形状之外，还需指定对模型进行网格划分的类型（自由划分或映射划分），方法如下。

命令：MSHKEY。

GUI：Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool。

Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesher Opts。

单元形状（MSHAPE）和网格划分类型（MSHEKEY）的设置共同影响网格的生成，表3-2列出了ANSYS程序支持的单元形状和网格划分类型。

3.控制单元边中节点的位置

当使用二次单元划分网格时，可以控制中间节点的位置，有两种选择。

1）边界区域单元在中间节点沿着边界线或者面的弯曲方向，这是默认设置。

2）设置所有单元的中间节点且单元边是直的，此选项允许沿曲线进行粗糙的网格划分，但是模型的弯曲并不与之相配。

可用如下方法控制中间节点的位置。

命令：MSHMID。

GUI：Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesher Opts。

4.划分自由网格时的单元尺寸控制（SmartSizing）

默认的，DESIZE命令方法控制单元大小在自由网格划分中的使用，但一般推荐使用SmartSizing，为打开SmartSizing，只要在SMRTSIZE命令中指定单元大小即可。

ANSYS里面有两种SmartSizing控制：基本的和高级的。

（1）基本的控制

利用基本的控制，可以简单地指定网格划分的粗细程度，从1（细网格）到10（粗网格），程序会自动的设置一系列独立的控制值用来生成想要的大小，方法如下。

命令：SMRTSIZE,SIZLVL。

GUI：Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool。

图3-6表示利用几个不同的SmartSizing设置生成的网格。

（2）高级的控制

ANSYS还允许使用高级方法专门设置人工控制网格质量，方法如下。

命令：SMRTSIZE and ESIZE。

GUI：Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>SmartSize>Adv Opts。

3.3.2 映射网格划分中单元的默认尺寸

DESIZE命令（GUI路径：Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Global>Other）常用来控制映射网格划分的单元尺寸，同时也用在自由网格划分的默认设置，但是，对于自由网格划分，建议使用SmartSizing（SMRTSIZE）。

（1）预查看网格划分的步骤

对于较大的模型，通过DESIZE命令查看默认的网格尺寸是明智的，可通过显示线的分割来观察将要划分的网格情况。预查看网格划分的步骤如下。

1）建立实体模型。

2）选择单元类型。

3）选择容许的单元形状（MSHAPE）。

4）选择网格划分类型（自由或映射）（MSHKEY）。

5）输入LESIZE，ALL（通过DESIZE规定调整线的分割数）。

6）显示线（LPLOT）。

（2）加密网格的方法

如果网格较稀疏，可用通过改变单元尺寸或者线上的单元份数来加密网格，方法如下。

1）选择GUI路径：Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Layers>Picked Lines。

2）弹出Elements Sizes on Picked Lines拾取菜单，单击拾取屏幕上的相应线段，如图3-7所示。

3）单击OK按钮，弹出Area Layer-Mesh Controls on Picked Lines对话框，如图3-8所示。

4）在SIZE Element edge length后面输入具体数值（它表示单元的尺寸），或者是在NDIV No of element divisions后面输入正整数（它表示所选择线段上的单元份数），单击OK按钮。

5）重新划分网格，如图3-9所示。

3.3.3 局部网格划分控制

在许多情况下，对结构的物理性质来说用默认单元尺寸生成的网格不合适，例如有应力集中或奇异的模型。在这个情况下，需要将网格局部细化，详细说明如表3-3所示。

上述所有定义尺寸的方法都可以一起使用，但遵循一定的优先级别，具体说明如下。

1）用DESIZE定义单元尺寸时，对任何给定线，沿线定义的单元尺寸优先级如下：LESIZE为最高级，KESIZE次之，ESIZE再次之，DESIZE最低级。

2）用SMRTSIZE定义单元尺寸时，优先级如下：LESIZE为最高级，KESIZE次之，SMRTSIZE为最低级。

3.3.4 内部网格划分控制

前面关于网格尺寸的讨论集中在实体模型边界的外部单元尺寸的定义（LESIZE、ESIZE等），然而，也可以在面的内部（即：非边界处）没有可以引导网格划分的尺寸线处控制网格划分，方法如下。

命令：MOPT。

GUI：Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Global>Area Cntrls。

1.控制网格的扩展

MOPT命令中的Lab=EXPND选项可以用来引导在一个面的边界处将网格划分得更细，而内部则较粗，如图3-10所示。

2.控制网格过渡

图3-10中的网格还可以进一步改善，MOPT命令中的Lab=TRANS项可以用来控制网格从细到粗的过渡，如图3-11所示。

3.控制ANSYS的网格划分器

可用MOPT命令控制表面网格划分器（三角形和四边形）和四面体网格划分器，使ANSYS执行网格划分操作（AMESH、VMESH）。

命令：MOPT。

GUI：Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesher Opts。

弹出Mesher Options对话框，如图3-12所示。该对话框中，AMESH后面的下拉列表对应三角形表面网格划分，包括Program choose（默认）、main、Alternate和Alternate 4个选项；QMESH对应四边形表面网格划分，包括Program choose（默认）、main和Alternate三项，其中main又称为Q-Morph（quad-morphing）网格划分器，它多数情况下能得到高质量的单元，如图3-13所示，另外，Q-Morph网格划分器要求面的边界线分割总数是偶数，否则将产生三角形单元；VMESH对应四面体网格划分，包括Program choose（默认）、Alternate和main三项。

4.控制四面体单元的改进

ANSYS程序允许对四面体单元作进一步改进，方法如下。

命令：MOPT,TIMP,Value。

GUI：Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesher Opts。

弹出Mesher Options对话框，该对话框中，TIMP后面的下拉列表表示四面体单元改进的程度，从1到6，1表示提供最小的改进，5表示对线性四面体单元提供最大的改进，6表示对二次四面体单元提供最大的改进。