Transcript 体网格质量提高
ANSA 初级培训教程 skyme 内容摘要 Ansa介绍 Ansa前处理流程 几何清理功能 网格划分 边界条件deck界面 其他模块 Ansa 独特之处 第一章 ANSA介绍 ANSA是一高级有限元分析的前处理软件，应用于建立 Crash, Durability, NVH, CFD等通用有限元模型。 - 有效的几何清理，是做高质量网格模型的必备的先决条 件，零件的连接和装配需要在网格和几何模型一致的前 提下。 - 选择的网格模型应该是在通用的装配几何模型的基础上 生成的。 - 壳单元网格节点应基于CAD模型。 - 通常所要做的前处理工作，只用这一个软件就可全部完 成，不需要其它辅助软件介入。 Ansa界面 1． Main pull down menu：该菜单中包含了有关数据的输入/输出、分辩 率、误差和其它常用设置等功能。 2． On line help: 点击HELP按钮可以得到界面上任何功能的帮助文档，点击 EXIT按钮退出。 3． Menu button: 在TOPO、MESH、DECK 菜单之间进行切换。相关的功能 将出现在右边的界面上。 4． Function Groups: 这些功能按类分组，分组依据是操作实体的类型，组 名边上的数字表示在界面上没有看到但属于该组的功 能数，这些功能位于Buffer Memu中，通过右键点击组 名可以进入。 5． View Groups : 这些是控制不同实体显示的标记按钮。另外还有一些控制 显示模式的标记或触发按钮，例按ENT或PID不同显示不同 颜色, SHADOW或WIRE显示等。 6． Additional Groups: 取决于选择的是TOPO、MESH、DECK 菜单，显示几 何操作或质量检测准则等不同功能。 7． Access to lists: 通过这些功能可以进入不敷出property、materia列表， 同样可以进入Part Manager。 8． Focus Groups: 该功能群包含所有的用于分离和控制所选实体的显示功能，以 使工作区域的显示清晰。 9． Text Window: 指导性文字或有关程序的报告显示在该窗口。 1.1 ansa通用命令基本操作 键盘操作功能 1. F1~F12功能键功用 功能键 功用 备注 F1 顶视图 TOP F2 主视图 FRONT F3 左视图 LEFT F4 俯视图 BOTTOM F5 后视图 BACK F6 右视图 RIGHT F7 放大 ZOOM IN F8 缩小 ZOOM OUT F9 全局 ZOOM ALL F10 默认试图 DEFAULT VIEW F11 控制参数 Presentation parameters 设定质量检测控制参数及其他 F12 面板参数 Deck parameters 在不同面板下有不同的选择内容 Ctrl Shift 2. 辅助功能键 与鼠标配合，实现视图平移，旋转功能。 与鼠标配合，实现多边形区域选择功能。 鼠标功能 鼠标左键有如下功能： - 激活菜单命令按钮; -选择和定义实体 鼠标中键有如下功能： - 结束选择 - 取消当前激活的命令。 鼠标中键有如下功能： - 取消以选择的目标。 持续应用上一部所采用命令。 选取最近的点位置（工作平面状态下） 控制列表中的实体。 在命令面板中激活后备命令窗口。 鼠标键与CTRL键组合，用于视图界面的控制；与SHIFT键组合用于多 边形的选择区域。另外一个特殊的功能就是，与HELP命令按钮配合，提供 所选命令的功能描述。 1.2 有限元前处理三步曲 几何清理 → 模型网格划分 → 边界条件设定 → Ansa 对应的三组面板 Topo 此面板下的命令，用于进行几何清理。 Mesh 此面板下的命令，用于面网格，体网格，流体网 格的划分，及质量提高。 Deck 此面板下的命令，用于对模型的边界条件进行设 定。 TOPO面板 控制点编辑模块 焊点编辑模块 特征线编辑模块 几何表面编辑模块 面域编辑模块 几何线编辑模块 几何点编辑模块 MESH 面板 控制点编辑模块 焊点编辑模块 参数编辑模块 宏编辑模块 节点编辑模块 面网格编辑模块 单元编辑模块 体网格编辑模块 DECK 面 板 求解器选择模块 节点编辑模块 坐标系编辑模块 单元选择及编辑模块 连接约束模块 边界模块 载荷模块 初始条件模块 辅助模块 第二章 几何清理 几何清理是在做有限元网格模型之前的重要一步。当几何模型倒 入有限元前处理软件时，总会出现因格式转换导致几何数据丢失的现 象，这就要求有限元前处理软件拥有高效快捷的修复手段的功能。 Ansa 拥有快捷高效的几何清理工具。尤其在12版中增加了多余 节点，多余线的自动清理等命令。 2.1 常见的几何清理问题 除去交点，端点，焊点之外的多余节点； 在交点处的零距离特征线段； 孤立面，多余面，重合面的处理问题。 其他。 2.2 ansa 解决几何清理问题的方案 对于点的问题，应用控制点模块的各项命令，进行对点的手动，自动处 理操作。如： 手动删除点可应用 自动进行清理可采用 命令。 命令。 对于特征线的问题，应用CONS模块的命令； 对于面的问题，应用face模块的命令。 例题：见tutorial 1。 第三章 网格划分 3.1 网格划分原则 划分网格是建立有限元模型的一个重要环节，它要求考虑的问题较多，需 要的工作量较大，所划分的网格形式对计算精度和计算规模将产生直接影 响。为建立正确、合理的有限元模型，这里介绍划分网格时应考虑的一些基 本原则。 1 网格数量 网格数量的多少将影响计算结果的精度和计算规模的大小。一般来讲， 网格数量增加，计算精度会有所提高，但同时计算规模也会增加，所以在确 定网格数量时应权衡两个因数综合考虑。 在决定网格数量时应考虑分析数据的类型。在静力分析时，如果仅仅是 计算结构的变形，网格数量可以少一些。如果需要计算应力，则在精度要求 相同的情况下应取相对较多的网格。同样在响应计算中，计算应力响应所取 的网格数应比计算位移响应多。在计算结构固有动力特性时，若仅仅是计算 少数低阶模态，可以选择较少的网格，如果计算的模态阶次较高，则应 选择较多的网格。在热分析中，结构内部的温度梯度不大，不需要大量的内 部单元，这时可划分较少的网格。 2. 网格疏密 网格疏密是指在结构不同部位采用大小不同的网格，这是为了适 应计算数据的分布特点。在计算数据变化梯度较大的部位(如应力集中 处)，为了较好地反映数据变化规律，需要采用比较密集的网格。而在 计算数据变化梯度较小的部位，为减小模型规模，则应划分相对稀疏的 网格。这样，整个结构便表现出疏密不同的网格划分形式。 划分疏密不同的网格主要用于应力分析(包括静应力和动应力)，而 计算固有特性时则趋于采用较均匀的网格形式。这是因为固有频率和振 型主要取决于结构质量分布和刚度分布，不存在类似应力集中的现象， 采用均匀网格可使结构刚度矩阵和质量矩阵的元素不致相差太大，可减 小数值计算误差。同样，在结构温度场计算中也趋于采用均匀网格。 3. 单元阶次 许多单元都具有线性、二次和三次等形式，其中二次和三次形式的 单元称为高阶单元。选用高阶单元可提高计算精度，因为高阶单元的曲 线或曲面边界能够更好地逼近结构的曲线和曲面边界，且高次插值函数 可更高精度地逼近复杂场函数，所以当结构形状不规则、应力分布或变 形很复杂时可以选用高阶单元。但高阶单元的节点数较多，在网格数量 相同的情况下由高阶单元组成的模型规模要大得多，因此在使用时应权 衡考虑计算精度和时间。 4 网格质量 网格质量是指网格几何形状的合理性。质量好坏将影响计算精度。 质量太差的网格甚至会中止计算。直观上看，网格各边或各个内角相差 不大、网格面不过分扭曲、边节点位于边界等分点附近的网格质量较 好。网格质量可用细长比、锥度比、内角、翘曲量、拉伸值、边节点位 置偏差等指标度量。 划分网格时一般要求网格质量能达到某些指标要求。在重点研究的 结构关键部位，应保证划分高质量网格，即使是个别质量很差的网格也 会引起很大的局部误差。而在结构次要部位，网格质量可适当降低。当 模型中存在质量很差的网格(称为畸形网格)时，计算过程将无法进行。 5 网格分界面和分界点 结构中的一些特殊界面和特殊点应分为网格边界或节点以便定义材 料特性、物理特性、载荷和位移约束条件。即应使网格形式满足边界条 件特点，而不应让边界条件来适应网格。常见的特殊界面和特殊点有材 料分界面、几何尺寸突变面、分布载荷分界线(点)、集中载荷作用点和 位移约束作用点等。 6 位移协调性 位移协调是指单元上的力和力矩能够通过节点传递相邻单元。为保证 位移协调，一个单元的节点必须同时也是相邻单元的节点，而不应是内点 或边界点。相邻单元的共有节点具有相同的自由度性质。否则，单元之间 须用多点约束等式或约束单元进行约束处理。 7 网格布局 当结构形状对称时，其网格也应划分对称网格，以使模型表现出相应 的对称特性(如集中质矩阵对称)。不对称布局会引起一定误差。 8 节点和单元编号 节点和单元的编号影响结构总刚矩阵的带宽和波前数，因而影响计算 时间和存储容量的大小，因此合理的编号有利于提高计算速度。但对复杂 模型和自动分网而言，人为确定合理的编号很困难，目前许多有限元分析 软件自带有优化器，网格划分后可进行带宽和波前优化，从而减轻人的劳 动强度。 3.2 面网格划分 调入清理后 的几何模型 编辑特征线， 定义节点种子数 选择不同形状 的单元和网格 生成规则 修改质量差 的网格 对生成的网格 进行质量检查 脱离几何 3.2.1 特征线的编辑 有时为保证网格尺寸和质量符合要求，需要运用宏编辑模块对特征线进行编 辑。如： 注：如面的PID不同，则不能被join。 常用的命令为： 切割命令，可以增加特征线，有利于网格的划分。 恢复命令，可恢复被jion的特征线。 冻结命令，可冻结所选的面，从而使特征线 变为不可编辑状态。 Freeze的逆操作。 3.2.2 种子的定义 在作网格前要定义每段特征线的种子数，可以通过定义数量和尺寸两种方 式定义。 3.2.3 网格划分及质量提高 几种常用的面网格生成规则 FREE 以最少的单元，尽可能高的 质量划分网格。 BEST 利用各种规则，确保偏斜的 质量是最高的。 GRADUAL 生成的网格尺寸是逐渐平 滑过渡的。 MAP 尽可能的生成四边形网格。 对边节点数不同 SPOT-ME 生成适应焊点和连接点的网格。 流体网格 网格质量提高 局部细化网格 自动提高网格质量 手动调整方法 孔编辑 网格的粗化与加密 网格重建 质量控制 单元侵透检查 3.3 体网格划分 在 ansa 中，提供三种网格类型：四面体，六面体和混合模式（包括五面 体）。体网格划分是在面网格生成的基础上进行的。 四面体的生成 六面体网格 方法一： 方法二： 方法三： 方法四： 方法五： 方法六： 体网格质量提高 利用此命令生成 体网格。 第四章 定义边界条件 定义边界条件，在有限元分析中是至关重要的一个环节，不仅仅 是空间上的约束，还包括各种场的耦合条件约束。 ansa 在 DECK面板中集成了多种求解器的前处理模块及接口。 NASTRAN LS-DYNA PAMCRASH RADIOSS 碰撞分析 ABAQUS ANSYS ANSA软件平台 FLUENT STAR-CD 统一的有限元前处理平台,易于学习和管理 不同求解器之间可实现模型共享 结构 分析 其它求解器 流体 分析 Nastran求解 前处理模块 ABAQUS求解 前处理模块 LS-DYNA求解 前处理模块 ANSYS RADIOSS PAMCRASH 第五章 其他模块 Ansa还为用户提供了专业的油箱物理参数分析模块， Morphing自由变体工具 在工程是要对模型进行优化改型分析时，可利用此工具对模型进行自 由变形，然后进行分析，为精确优化模型提供思路。