单元形状控制方法优化

ANSYS程序允许在同一个划分区域出现多种单元形状。例如：同一区域的面单元可以是三角形也可以是四边形，体单元可以是六面体也可以是四面体形状，如图3-32所示。因此，在进行网格划分之前应该选择单元的合理形状，同时也要决定是使用ANSYS对单元形状的默认设置，还是用户自己指定单元形状。

图3-32 面单元和体单元类型

提示：建议尽量不要在同一个模型中混用六面体或四面体单元。

当用四边形单元进行网格划分时，结果中还可能包含有三角形单元，这就是单元划分过程中产生的单元退化现象。例如：PLANE183单元是二维结构单元，具有8个节点（I、J、K、L、M、N、O、P），默认情况下PLANE183单元是四边形外形，但节点K、L、O定义为同一个节点时，原来的四边形单元即退化为三角形单元，如图3-33所示。

图3-33 单元退化

3.2.4.1 使用网格划分工具指定单元形状

用网格划分工具指定单元形状步骤如下：选择“Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh Tool”命令，弹出“Mesh Tool”对话框，在“Mesh”下拉列表中选择需要划分的对象，当选择面划分时，在“Shape”选项组中选择“Quad（四边形）”或“Tri（三角形）”选项；当选择体网格划分时，可选择“Tet（四面体）”或“Hex（六面体）”选项，单击“Mesh”按钮完成网格划分，如图3-34所示。

图3-34 网格形状控制

3.2.4.2 使用网格划分器对话框控制单元形状

选择“Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesher Opts”命令，弹出“Mesher Options”对话框，如图3-35所示。

图3-35 “Mesher Options”对话框(https://www.xing528.com)

（1）选择分网器 对于不同形状的几何模型，可选择使用何种分网器。所谓分网器是ANSYS内部划分网格的算法，一般来说，ANSYS总是自动选择合适的分网器对模型分网

（Program choose）。当采用默认设置时，ANSYS用一种分网器分网失败时，会自动转到另一种分网器。

Program chooses：由ANSYS程序自己选定使用哪种网格划分器。当程序使用默认的IGES方式输入模型，或者在划分区域存在退化的几何形状时，程序使用备用的网格划分器（三维的三角形网格划分器），否则程序选择主网格划分器。无论ANSYS程序使用哪一种网格划分器，在用一种分网器分网失败时，会自动转到使用另一种分网器再进行一次网格划分。

Main：对三角形单元而言，指Riemann空间分网器；对四边形单元而言，指Q-Morph分网器；对四面体而言，指Delauay分网器。主分网器适用于大多数面或体。

Alternate：替换分网器。它的划分速度比主分网器慢，但是它也有自己的优点。例如，对在参数空间中的退化表面，或者对高度各向异性区域，使用三角形替代分网器有良好效果。如果选择替换分网器，则在网格划分失败时也不会转到其他分网器。

（2）TIMP用于选择是否改善四面体单元的网格质量。通过自由网格划分方法直接得到的四面体单元质量一般情况会不大好，需要做进一步的改善。程序提供了一组由小到大的数字，调节改善单元程度的大小。

（3）PYRA用于选择是否在四面体单元和六面体单元之间创建五面体单元（金字塔单元）来过渡一下。通常情况下，过渡能够避免出现质量很差的网格。

（4）SPLIT对质量差的四边形单元的分裂。选择“Off”时，不分裂；选择“On Error”时，则当四边形单元形状超过形状参数误差限制值时，将四边形单元分裂；选择“On Warning”时，当四边形单元形状超过警告限制值时，就将四边形单元分裂。

（5）MSHMID用于设置单元边长上的中节点位置，包括以下选项。

Follow curves：中间节点沿着边界线或面的弯曲方向，这使得有限元模型能够更好地模拟实体模型。

Force Straight：强制单元的中间节点使单元边成为直的，也就是说用直线段替代曲线边界。

No midside nodes：没有中间节点。该选项将增加单元的刚性。

（6）MSHPATTERN用于设置映射三角形网格划分的方式，包括3个选项：“Program chooses”，程序自动选择，ANSYS分网时，尽量使得每个单元的最小角度最大；“Split in dir 1”，在节点I单向分割；“Split in dir 2”在节点J单向分割。

（7）Accept/Reject prompt？用于设定在每一次网格划分成功之后是否产生一个对话框，该对话框询问是否接受得到的网格划分。默认情况下，不弹出对话框，即默认接受。如果选择不接受，可直接进行下一次网格划分，不必删除已经得到的网格。