二维网格划分技巧

二维网格是有限元模型的基础。二维网格可以分布于体的表面用于生成三维网格，三维网格的质量取决于二维网格的质量。HyperMesh中定义的2D网格通常是指面单元。对于ANSYS，面单元可以表示“TARGE170”“CONTA173”“CONTA174”“SHELL181”和“SHELL281”等。

HyperMesh提供了丰富的二维网格划分工具，位于“2D”主菜单页中，如图3.20所示，可以实现任意复杂曲面二维网格的创建和编辑。提供了“automesh”“ruled”“spline”“spin”“skin”“drag”“elem offset”“line drag”“cones”“spheres”“planes”和“torus”等功能。“automesh”工具实现基于几何表面的二维网格的自动划分，通过交互式可以方便地控制网格划分的参数，得到高质量的网格。“2D”页面上的其他二维网格划分功能主要用来实现无几何面的网格自动划分，通过点、线和节点等几何特征创建单元。

“automesh”是一个重要的二维网格划分工具，如图3.36所示。它提供了尽可能多的自动功能。可以交互调整大量的参数和选择算法，可以显示参数改变带来的变化，直到网格满足分析要求。“automesh”面板可以控制边线上生成的单元和节点数量，通过偏置节点使一端的单元分布密集、另一端稀疏。还可以指定单元的类型是三角形、四边形或混合型，选用一阶或二阶单元。

图3.36　“automesh”面板

对复杂构件的二维网格划分，通常首先根据面的形状及零件的特征将面分割成便于控制和划分的一些小面，再从一个面入手进行划分，接着划分与其相连的面，以保证网格的连续性。这时要注意网格上节点的布置并兼顾周围区域，一些特殊位置需要提前布置硬点。在某些结构较为复杂、不易生成较高质量网格的部位，可以利用周围已有节点，通过“Edit Element”功能手工选取点来创建单元，也可以利用单元编辑的合并和拆分等功能生成新的理想单元。对于已生成的单元，局部网格可以重新划分，进而改善原有网格的形状和质量。

“automesh”面板允许在曲面上交互（interactive）或自动（automesh）地创建网格。在“automesh”模式下，不进入网格划分模块，面板直接根据单元尺寸、类型及相关选择自动完成表面网格的划分。在“interactive”模式下，可以进入网格划分模块，指定并控制网格的划分参数，如单元的大小、密度、类型，网格划分的算法和节点间距等。同时，可以对表面的边和网格划分的硬点进行操作，如在特殊地方添加硬点或删除某些位置不合适的硬点。下面通过实例介绍如何利用HyperMesh进行二维网格划分。

1．打开模型文件

①启动HyperMesh，并选择“ANSYS”模板。

②单击“Open Model”按钮，在安装目录“tutorials”→“hm”下找到“channel.hm”文件并打开，模型如图3.37所示。其由导轨和肋板组成，其中导轨一面有3个硬点。

图3.37　“channel.hm”模型

2．一次性为所有的面划分网格

①按快捷键F12进入“automesh”面板。

②选择“size and bias”子面板。

③单击“surfs”按钮，在弹出的选项中选择“displayed”。

④设置“element size”为“5”。

⑤设置“mesh type”为“mixed”，即四边形和三角形混合模式。

⑥在面板下方选择“interactive”作为激活的网格划分模式。

⑦确认激活“elems to surf comp”，将生成的单元放置于原几何组件集中。

⑧单击“mesh”按钮，进入网格划分模块。此时处于网格划分模块的“density”子面板。节点的位置和数目已标在曲面的边界上，边上的数字表示在这条边上生成的单元数目，可以用右键单击数字来增加网格密度，左键单击来减小网格密度。

⑨单击“return”按钮，返回“automesh”面板，接受划分的网格。

此时已经完成网格划分，并且有较好的质量，如图3.38所示。以下将学习如何使用不同的子面板对生成的曲面网格进行交互控制。

图3.38　一次性为所有的面划分网格

3．删除网格

①按快捷键F2进入“delete”面板。

②将对象选项转换为“elems”。

③单击“elems”按钮，在弹出的选项中选择“all”，即选中所有单元。

④单击“delete entity”按钮，删除所有单元。

⑤单击“return”按钮，返回主菜单。

4．对内部有3个硬点的表面进行网格划分

①进入“automesh”面板，选择“size and bias”子面板，保持原有设置。

②激活“surfs”选择器，选择内部有3个硬点的表面。

③单击“mesh”按钮，进入网格模块，预览生成的网格，如图3.39所示。

图3.39　由有3个硬点的表面生成的网格

5．在图形区沿表面边界设定新的单元密度

①单击选择器“adjust：edge”，使其处于激活状态。

②在图形区用鼠标左键单击任意一条边上的单元密度数值，该数值将增加1；用右键单击任意一条边上的单元密度数值，该数值将减少1。

③按住鼠标左键不放，同时将鼠标中的滚键向上或向下移动，可增加可减小密度。

④单击“mesh”按钮，更新网格，如图3.40所示。

图3.40　更新网格

⑤单击“return”按钮，接受生成的网格，并返回“automesh”面板。

也可以通过面板菜单沿表面边界设定单元密度、单元尺寸或者调整单元密度等方法划分网格。

6．预览肋板的网格

①激活“surfs”选择器，选择肋板面。

②保持当前面板菜单的设置不变。

③单击“mesh”按钮，进入网格划分模块，预览生成的网格。

④单击按钮，肋板网格模型将满屏显示，如图3.41所示。

图3.41　肋板网格模型

⑤单击“return”按钮，接受生成的网格，并返回主菜单。

7．检查肋板网格质量

①选择“checks”子面板。

②单击“aspect”按钮，检查是否有纵横比超过5的单元。状态栏提示了单元的最大纵横比为1.56，所有单元都满足检查指标要求。

③将“jacoban”设置为“0.8”。(www.xing528.com)

④单击“jacoban”按钮，检查是否有“jacoban”值低于0.8的单元。有的单元显示为红色，表明这些单元是不满足检查指标要求的，并且状态栏提示“jacoban”值最小为“0.74”，如图3.42所示。

图3.42　检查“jacoban”值

⑤将“jacoban”设置为“0.7”。

⑥单击“jacoban”按钮，检查是否有“jacoban”值低于0.7的单元，状态栏提示“jacoban”值最小为0.74，所有单元都满足检查指标要求。

⑦可以通过“check elems”检查肋板单元的其他指标。

8．通过改变网格划分算法来改变肋板的网格模型

①选择“mesh style”子面板。

②肋板的表面有一个图标，它表示当前使用的是“free（unmapped）”网格划分算法。

③在“mesh method”下面将“autodecide”切换为“map as rectangle” 。

④在“mesh method”下面单击“set all”按钮。

⑤图标改变，说明采用了新的网格划分算法。

⑥单击“mesh”按钮，更新网格，如图3.43所示。

图3.43　“map as rectangle”算法的网格划分

9．再次检查肋板网格质量

①选择“checks”子面板。

②单击“aspect”按钮，检查是否有纵横比超过5的单元，状态栏提示单元的最大纵横比为“2.13”，所有单元都满足检查指标要求。

③单击“jacoban”按钮，检查是否有“jacoban”值低于0.7的单元，状态栏提示“jacoban”值最小为0.66，仅有一个单元不符合指标要求。

可以通过“check elems”检查肋板单元的其他指标，检查结果为：用“free（unmapped）”网格划分算法要优于用“map as rectangle”算法划分的网格。将肋板的网格算法改为“free（unmapped）”算法重新划分。

10．预览所有显示的网格及没有划分网格的表面

①单击“Isometric View”按钮，调整显示角度。

②保持“size and bias”子面板的所有设置不变。

③单击面板右下方的“failed”按钮，状态栏提示“There are no surfaces with meshing errors”，表明到目前为止所选择的曲面都已划分好了网格。

④单击“unmeshed”按钮，提示并选择所有未划分网格的表面。

⑤单击“mesh”按钮，进入网格划分模块，预览生成的网格，如图3.44所示。

图3.44　网格划分

11．将表面的单元改为三角形

①选择“mesh style”子面板。

②在“elem type”下面单击“set surf”按钮。

③用鼠标单击左下表面上的蓝色按钮，将单元类型设置为三角形。

④单击“mesh”按钮，更新网格，如图3.45所示。

图3.45　生成的三角形网格

12．在表面边界上调整节点偏置

①进入“biasing”子面板，偏置的数值（默认为0.00）出现在每一条边上。

②将“bias style”设置为“linear”。这种方式使节点在边上呈线性分布，对于正的偏置值，较小的单元位于边的起始位置。

③确认选择器“adjust：edge”处于激活状态。

④用鼠标左键（右键）单击图3.44所示左边的偏置数，数值将随之增加（减小）0.1。

⑤在该边上按住鼠标左键不放，并向上移动鼠标，使数值增加到3.0。

⑥单击“mesh”按钮，预览网格的变化，如图3.46所示。

图3.46　带偏置的网格

⑦将“intensity”设置为“10”。

⑧激活“calculate：edge”选择器。

⑨单击任一条边，将数值改为“10”。

⑩单击“mesh”按钮，预览网格的变化。

⑪用不同“bias style”进行网格的划分，预览网格变化。

13.“automatic”模式的网格划分

①在“size and bias”子面板下，将网格划分模式从“interactive”切换为“automatic”。

②激活“surfs”选择器，选择所有的表面。

③保持当前面板菜单的设置不变。

④单击“mesh”按钮，进入网格划分模块，预览生成的网格。

⑤单击“return”按钮，退出网格划分面板，完成的网格划分如图3.47所示。

图3.47　自动化二维网格划分