网格生成速度快,网格质量高。由节点扩展为线单元,从线单元生成平面二维单元,从二维单元生成三维单元。它不仅仅用于三维网格的生成,同时可进行一维、二维网格和几何体的生成,包括移动、镜像、拉伸、旋转、扫描三维实体的扩展方式、扩展系数和扩展方向。
3.网格质量的评估
单元的质量和数量对求解结果和求解过程影响较大,如果结构单元全部由等边三角形、正方形、正四面体、立方六面体等单元构成,则求解精度可接近实际值,但由于这种理想情况在实际工程结构中很难做到。因此根据模型的不同特征,设计不同形状种类的网格,有助于改善网格的质量和求解精度。单元质量评价一般可采用以下几个指标:
(1)单元的边长比、面积比或体积比以正三角形、正四面体、正六面体为参考基准。理想单元的边长比为1,可接受单元的边长比的范围线性单元长宽比小于3,二次单元小于10。对于同形态的单元,线性单元对边长比的敏感性较高阶单元高,非线性比线性分析更敏感。
(2)扭曲度:单元面内的扭转和面外的翘曲程度。(3)疏密过渡:网格的疏密主要表现为应力梯度方向和横向过渡情况,应力集中的情况应妥善处理,而对于分析影响较小的局部特征应分析其情况,如外圆角的影响比内圆角的影响小的多。(4)节点编号排布:节点编号对于求解过程中的总体刚度矩阵的元素分布、分析耗时、内存及空间有一定的影响。合理的节点、单元编号有助于利用刚度矩阵对称、带状分布、稀疏矩阵等方法提高求解效率,同时要注意消除重复的节点和单元。
4.装配结构中单元的协调
(1)自由度不同的单元不协调:例如,ANSYS中SHELL63、BEAM4和SOLID45三种单元,前二者均包含六个自由度,而Solid45只包含三个平动自由度,因此后者只传递前二者的平动位移,不传递R旋转方向的位移。
(2)有相同自由度的单元不总是协调的:例如,ANSYS中BEAM3和SHELL41单元,Beam3具备平动方向的三个自由度,而SHELL41包括两个平动自由度UXUY和一个旋转自由度RTOTZ,因此SHELL41只能传递BEAM3的平动位移,不能传递旋转方向的值。
(3)ANSYS中三维梁单元与三维壳单元具有相同的六个自由度:壳单元旋转自由度与平面旋转刚度相关,为虚拟刚度,不是真实的自由度,同时,要注意三维梁单元与壳单元出现不匹配的问题。
f5.常用单元的选用原则
有限元网格划分中单元类型的选用对于分析精度有着重要的影响,工程中常把平面应变单元用于模拟厚结构,平面应力单元用于模拟薄结构,膜壳单元用于包含自由空间曲面的薄壁结r