ANSYS高级分析技术指南 SIMU-ONLINE BBS 自适应网格划分
自适应网格划分
何为网格自适应划分？
ANSYS程序提供了近似的技术自动估计特定分析类型中因为网格划分带来的误差。（误差估计在ANSYS Basic Analysis Procedures Guide第五章中讨论。）通过这种误差估计，程序可以确定网格是否足够细。如果不够的话，程序将自动细化网格以减少误差。这一自动估计网格划分误差并细化网格的过程就叫做自适应网格划分，然后通过一系列的求解过程使得误差低于用户指定的数值（或直到用户指定的最大求解次数）。
自适应网格划分的先决条件
ANSYS软件中包含一个预先写好的宏，ADAPT.MAC，完成自适应网格划分的功能。用户的模型在使用这个宏之前必须满足一些特定的条件。（在一些情况下，不满足要求的模型也可以用修正的过程完成自适应网格划分，下面还要讨论。）这些要求包括：
? 标准的ADAPT过程只适用于单次求解的线性静力结构分析和线性稳态
热分析。
? 模型最好应该使用一种材料类型，因为误差计算是根据平均结点应力进
行的，在不同材料过渡位置往往不能进行计算。而且单元的能量误差是受材料弹性模量影响的。因此，在两个相邻单元应力连续的情况下，其能量误差也可能由于材料特性不同而不一样。在模型中同样应该避免壳厚突变，这也可能造成在应力平均是发生问题。 ? 模型必须使用支持误差计算的单元类型。（见表3－1）
? 模型必须是可以划分网格的：即模型中不能有引起网格划分出错的部
分。
表3-1 自适应网格划分可用单元
2-D Structural Solids
PLANE2 2-D 6-Node Triangular Solid PLANE25 Axisymmetric Harmonic Solid PLANE42 2-D 4-Node Isoparametric Solid PLANE82 2-D 8-Node Solid
PLANE83 Axisymmetric Harmonic 8-Node Solid
3-D Structural Solids
SOLID45 3-D 8-Node Isoparametric Solid SOLID64 3-D Anisotropic Solid
SOLID73 3-D 8-Node Solid with Rotational DOF SOLID92 3-D 10-Node Tetrahedral Solid SOLID95 3-D 20-Node Isoparametric Solid
3-D Structural Shells
3-1
ANSYS高级分析技术指南 SIMU-ONLINE BBS 自适应网格划分
SHELL43 Plastic quadrilateral Shell SHELL63 Elastic Quadrilateral Shell SHELL93 8-Node Isoparametric Shell
2-D Thermal Solids
PLANE35 2-D 6-Node Triangular Solid PLANE75 Axisymmetric Harmonic Solid PLANE55 2-D 4-Node Isoparametric Solid PLANE77 2-D 8-Node Solid
PLANE78 Axisymmetric Harmonic 8-Node Solid
3-D Thermal Solids
SOLID70 3-D 8-Node Isoparametric Solid SOLID87 3-D 10-Node Tetrahedral Solid SOLID90 3-D 20-Node Isoparametric Solid
3-D Thermal Shells
SHELL57 Plastic Quadrilateral Shell
如何使用自适应网格划分：基本过程
进行自适应网格划分的基本过程包括如下步骤：
1. 象其他线性静力分析或稳态热分析一样，先进入前处理器（/PREP7或Main Menu>Preprocessor）。然后指定单元类型，实参和材料特性，要满足上面提到的条件。
2. 用实体建模过程建立模型，用可以划分网格的面或体建模。用户不需指定单元大小也不用划分网格，ADAPT宏会自动划分网格。（如果要同时划分面和体网格，生成ADAPTMSH.MAC用户子程序－见后。）
3. 在PREP7中或在SOLUTION(/SOLU或Main Menu>Solution)中指定分析类型，分析选项，载荷和载荷步选项。在一个载荷步中仅施加实体模型荷载和惯性荷载（加速度，角加速度和角速度）。（通过ADAPTBC.MAC用户子程序 可
以施加有限单元载荷，固连和约束方程。通过ADAPTSOL.MAC用户子程序 可以加入多个载荷步。这些子程序在后面还要讨论。）
4. 如果在PREP7中，退出前处理器[FINISH]。（可以在SOLUTION或在初始状态下激活ADAPT宏）。
5. 用下列方法激活自适应求解。 Command: ADAPT
GUI: Main Menu>Solution>Adaptive Mesh
注意，可以在热或结构分析中使用ADAPT宏，但不能在一次自适应分析中同时进行这两种不同类型的计算。在自适应网格划分的迭代过程中，单元的大小将作调整（在FACMN和FACMX指定的范围内）以减小或增加单元能量误差，直到误差满足指定的数值（或指定的最大求解次数）为止。
6. 当自适应网格计算收敛时，程序自动将单元形状检查打开[SHPP,ON]。
然后返回SOLUTION或初始状态，这取决于激活ADAPT的状态。接下来可以进 入POST1用标准操作进行后处理。
3-2
ANSYS高级分析技术指南 SIMU-ONLINE BBS 自适应网格划分
修改基本过程
选择自适应性
如果用户清楚某个部分网格划分的误差相对影响较小时（如应力水平较低且变化较小），可以将这些区域从自适应网格划分中排除以加快分析速度。同样，用户也许想将接近应力奇异点的部分（如集中载荷）排除掉。选择逻辑操作可以解决这类问题。
图3-1 选择自适应能改进有应力集中的模型
如果用户选择了一个关键点集，ADAPT宏仍将包含进所有的关键点（在选择的和未选择的关键点都作网格改动），除非将ADAPT命令（Main Menu>Solution>Adaptive Mesh）中KYKPS设为1。
如果用户选择了一个面或体集，ADAPT宏将只在选择的区域调整网格大小。此时必须在激活ADAPT宏之前在PREP7中对整个模型进行网格划分。
用用户子程序定制ADAPT宏
标准的ADAPT宏并不能满足特定的分析需要。例如，用户可能想同时对面和体进行网格划分，这在标准宏当中是不可以的。对于这种或其他一些类似情况，可以对ADAPT宏进行修改使之适用于特定的分析。ANSYS程序用宏这种方式完成自适应网格划分，本身就使得用户可以对其进行相应的修改以适应不同的要求。方便的是，用户不用总是通过修改ADAPT代码的方式来定制宏。宏的三个部分可以用用户子程序的方法来修改，这个方法将ADAPT宏和用户文件分开，用户可以生成子程序由ADAPT宏来调用。这三个部分是：网格划分命令序列，边界条件命令序列和求解命令序列。相应的用户子程序名为ADAPTMSH.MAC,ADAPTBC.MAC和ADAPTSOL.MAC。下面看一下这三个子程序的功能：
生成用户网格划分子程序（ADAPTMSH.MAC）
3-3