网格精度：优化方案

ANSYS网格划分方法有自由网格划分（Free）和映射网格划分（Mapped）两种，如图3-36所示。下面分别加以介绍。

图3-36 自由网格划分和映射网格划分

自由网格划分（Free meshing）：用于划分边界形状不规则的区域，它生成的网格相互之间呈不规则的排列，复杂形状的边界常选择自由划分网格，其缺点是分析精度不够高。

映射网格划分（Mapped meshing）：用于单元形状有限制，并要符合一定的网格模式。映射面网格只包含四边形或三角形单元，映射体网格只包含六面体单元。映射网格的特点是具有规则性，单元明显地成行排列。

3.2.5.1 自由网格划分

自由网格划分限制较少，对单元形状与模型的复杂程度无过多要求，也没有指定的分布模式。对于体单元，仅有四面体单元，单元数与自由度数较多，计算规模较大；对于面来说，自由网格划分可由三角形或四边形单元组成，也可由两者混合组成。当面边界上总单元划分数目为偶数时，面的自由网格划分将全部生成四边形网格；当单元划分数目为奇数时，将可能生成三角形网格。

自由网格划分主要使用Smart Size进行控制。要进行自由网格划分，选择“Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh Tool”命令，弹出“Mesh Tool”对话框，选中“Smart Size”复选框，在“Mesh”下拉列表中选择需要划分的对象，选择“Free”单选项，单击“Mesh”按钮完成网格划分，如图3-37、3-38所示。

图3-37 面的自由网格划分

图3-38 体的自由网格划分

3.2.5.2 映射网格划分

映射网格划分比自由网格划分更规则，对模型要求更高。映射面网格只包含四边形或三角形单元，映射体网格只包含六面体，通常单元明显成行，仅适用于“规则的”面和体，如矩形和方块。

映射网格划分要求面和体有规则的形状，必须满足一定的准则；同时，Smart sizing不支持映射网格划分。

（1）面映射网格 面映射网格有全部是四边形单元或全部是三角形单元。面接受映射网格划分，必须满足以下要求。

面必须是三条边或四条边。如果模型有多于4条边的面，可通过2种方式将它们转换成规则的形状：把面切割成简单形状、连接两条或多条线以减少总的边数。

采用连接两条或多条线以减少总的边数方法如下：选择“Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Concatenate＞Lines”命令，弹出“Concatenate Lines”对话框，在图形区选取要连接的线，单击“OK”按钮完成连接，然后采用映射网格划分，如图3-39所示。

图3-39 连接后映射网格划分

另外，可通过一个面上的3个或4个角点暗示连接方式创建映射网格，在“Mesh Tool”对话框中选择“Pick corners”，然后单击“Mesh”按钮，拾取面，选择3或4个角点形成规则形状生成网格，如图3-40所示。

图3-40 直接选择角点进行映射网格划分

如果是四条边，对边必须划分为相同数目的单元，但只需指定一边的分割数，映射网格划分器将把分割数自动传送到它的对边。如果模型中有连接线，只能在原始线上指定分割数，而不能在合成线上指定分割数，如图3-41所示。

图3-41 自动分段

如果是三条边，则各边设置的单元划分数必须为偶数且相等，否则ANSYS软件会自动决定单元划分数。

（2）体映射网格 体映射网格全部为六面体单元。体接受映射网格划分必须满足以下条件：

体的外形应为块状（有6个面）、楔形或三棱柱（5个面）、四面体（4个面），如图3-42所示。(www.xing528.com)

图3-42 体映射网格

对边上必须划分相同的单元数，或者分割符合过渡网格形式以适合六面体网格划分。

如果是棱柱或四面体，三角形面边界上的单元划分数必须是偶数，即体要满足体的面不多于6，同时体的各个边界面要满足对面进行映射网格划分的条件。

下面以实例来讲解映射网格划分操作步骤。操作步骤

1）双击桌面上的“Mechanical APDL Product Launcher”图标，弹出“ANSYS配置”窗口，在“Simulation Environment”选择“ANSYS”，在“license”选择“ANSYS Multiphysics”，然后指定合适的工作目录，单击“Run”按钮，进入ANSYS用户界面。

2）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Circle＞Annulus”命令，弹出“Annular Circular Area”对话框，在“WP X”和“WP Y”文本框中输入圆环中心的X、Y坐标，在“Rad-1”和“Rad-2”文本框中分别输入圆环的内径10和外径50，单击“OK”按钮创建圆环面，如图3-43所示。

图3-43 绘制圆环面

3）选择“Utility Menu＞PlotCtrls＞Numbering”命令，弹出“Plot Numbering Controls”对话框，选中“Keypoint numbers”复选框，单击“OK”按钮，图形窗口显示出关键点，如图3-44所示。

图3-44 显示关键点编号

4）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Straight Line”命令，弹出“Create Straight Line”对话框，提示用户用鼠标在图形窗口中单击选中关键点3和1，然后单击“OK”按钮创建直线，如图3-45所示。

图3-45 创建直线

5）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Booleans＞Divide＞Area by Line”命令，弹出“Divide Area by Line”对话框，选择要切割的面，单击“OK”按钮，再次弹出“Divide Area by Line”对话框，选择分割面的线，单击“OK”按钮完成切割运算，如图3-46所示。

图3-46 切割运算

6）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh Tool”命令，弹出“Mesh Tool”对话框，单击“Lines”后的“Set”按钮，弹出“Element Size on Picked Line”对话框，单击“Pick All”按钮，弹出“Element Sizes on Picked Lines”对话框，在“No.of element divisions”文本框中输入15，单击“OK”按钮完成，如图3-47所示。

图3-47 设置线单元数量

7）在网格工具中选择分网对象为“Areas”，网格形状为“Quad”，选择分网形式为“Mapped”，选择“Pick corners”，然后单击“Mesh”按钮，拾取面，单击“Apply”按钮，然后依次选择关键点3、7、6、1，生成网格，如图3-48所示。

图3-48 直接选择生成映射网格

8）在网格工具中选择分网对象为“Areas”，网格形状为“Quad”，选择分网形式为“Mapped”，选择“Pick corners”，然后单击“Mesh”按钮，拾取面，单击“Apply”按钮，然后依次选择关键点3、7、6、1，单击“OK”按钮生成网格，如图3-49所示。

图3-49 直接选择生成映射网格