ANSYS有限元网格划分技术与原则

"ANSYS有限元网格划分的基本原则和指导思想" 在ANSYS有限元分析中，网格划分是一项关键步骤，因为它直接决定了数值计算的精确度。网格划分涉及到多个方面，包括单元形状、拓扑类型、单元类型、网格生成器、网格密度、单元编号以及几何体素的选择。在物理建模时，尽管梁和杆在几何上可能相同，但在数值求解时，它们的处理方式和所用单元类型会有所不同，比如平面应力和平面应变情况下的单元设计和求解方程就有区别。 在数值求解过程中，单元的力矩、刚度矩阵和质量矩阵通过数值积分来生成。对于连续体、壳、板、梁单元，通常在面内采用高斯积分，而在厚度方向采用辛普生积分。辛普生积分点的分布是固定的，通常在厚度方向分为奇数个点。选择合适的单元类型对确保计算准确性和效率至关重要。 ANSYS网格划分的指导思想强调了整体模型规划。这包括构建物理模型，选择适当的单元类型，以及确定网格密度。在初始网格划分和求解时，应遵循从简单到复杂、从粗到精的原则，灵活使用2D和3D单元。利用工程结构的重复性、对称性或轴对称性，如使用子结构或对称模型，可以提高求解效率。不过，在特定分析如模态分析和屈曲分析中，可能需要采用整体模型，并根据需求设置坐标系。 有限元分析的精度和效率与单元密度和几何形状密切相关。为了获得理想的结果，需要依据误差准则和网格密度进行网格划分，避免产生畸形网格。在重新划分网格时，可以应用曲率控制、单元尺寸控制和穿透控制等方法。同时，选择单元时需要考虑剪切自锁、沙漏效应、网格扭曲以及不可压缩材料的体积自锁问题。 ANSYS提供了两种主要的网格划分策略：映射划分和自由适应划分。映射划分适用于规则几何形状，如曲线、曲面和实体，允许使用多种单元类型，并通过指定参数精确控制网格。自由网格划分则适用于复杂几何体，能够处理自由曲面和空间实体，但其控制程度不如映射划分严格。在网格数量和单元尺寸的控制上，这两种方法都有其适用范围和限制。 ANSYS的有限元网格划分需要综合考虑模型特性、单元类型、网格密度和几何形状等多个因素，以实现准确、高效和可靠的数值计算。理解这些基本原则和指导思想对于成功地进行ANSYS分析至关重要。