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网格划分第六讲© Dassault Systèmes, 2008概述•介绍介绍•独立和非独立的部件实例独立和非独立的部件实例•网格生成技术网格生成技术•使用不同的分网技术使用不同的分网技术•Bottom-Up六面体网格划分六面体网格划分•网格兼容性网格兼容性•控制网格密度和梯度控制网格密度和梯度•参数化建模参数化建模•分配单元类型分配单元类型•检查网格质量检查网格质量•质量和网格查询质量和网格查询•练习练习2© Dassault Systèmes, 2008概述•本课对本课对Abaqus/CAE的网格划分技术做简要的介绍的网格划分技术做简要的介绍•在在 “Abaqus/CAE: Geometry Import and Meshing”课程中，有关于分网和课程中，有关于分网和分区技术的进一步讨论分区技术的进一步讨论3简介© Dassault Systèmes, 2008简介•“什么是网格？什么是网格？”•物理部件模型的几何近似•包含许多几何上简单的节点和单元的离散几何体•对于有限元程序进行模拟是必要的•通过作为装配件特征的属性定义•如果用户修改部件或装配件的特征，在网格划分模块定义的特征将被重新生成。

5© Dassault Systèmes, 2008部件几何体离散的几何体节点单元简介6© Dassault Systèmes, 2008简介•网格划分模块的一般功能网格划分模块的一般功能•允许用户使用不同的自动化程度为装配件划分网格，并且控制网格的划分状况，以适应分析的需要•分配网格属性，并设置网格控制：•分网技术•单元形状•单元类型•网格密度•生成网格•为以下内容查询并确认网格状况：•节点和单元的数量•单元类型•单元质量7独立和非独立的部件实例© Dassault Systèmes, 2008独立和非独立的部件实例•部件实例的概念部件实例的概念•一个部件实例是装配体中部件的一个代表•一个部件实例不仅能够独立于原部件，也可以与原部件相关•独立的部件实例可以在装配中分块•多个独立的部件实例可以根据需要独立的剖分 (划分网格,加载荷等等)•每个部件实例必须独立的划分网格•相关实例不能够在装配中剖分•所有的相关实例都共有一个相同的原始部件•因此，只有原始的部件需要划分网格•它的所有的相关实例都继承了它的网格•任何部件的剖分必须在原始部件中进行.9© Dassault Systèmes, 2008独立和非独立的部件实例•杂项说明杂项说明.•无论是独立还是非独立部件:•都能创建不同属性的 (载荷，边界等) 和几何/表面.•任何实例必须是独立或者非独立实例中的一种. •一个部件不可能是两者的混合体.•所有孤立网格实例必须是独立的10© Dassault Systèmes, 2008独立和非独立的部件实例Part -修复特征 -形状特征 -剖分 -布种子 -网格技术 -单元属性 -虚拟拓扑 -划分网格部件部件 -修复特征 -形状特征 -剖分 -虚拟拓扑非独立实例非独立实例与网格相关的属性不能被修改(几何属性和网格属性都不能被修改.)在部件中划在部件中划分网格分网格独立实例独立实例 -剖分 -布种子 -网格技术 -单元属性 -虚拟拓扑 -Mesh在装配中划在装配中划分网格分网格11© Dassault Systèmes, 2008独立和非独立的部件实例•在创建实例的时候选择生成实在创建实例的时候选择生成实例的类型例的类型•在下列情况下是不允许生成独在下列情况下是不允许生成独立实例的立实例的:•部件已经被划分了网格•非独立的实例已经存在•部件是一个独立网格实例•在下列情况下是不允许生成非在下列情况下是不允许生成非独立实例的独立实例的:•独立的实例已经存在•能够非常容易的在独立和非独能够非常容易的在独立和非独立实例之间转换立实例之间转换12© Dassault Systèmes, 2008独立和非独立的部件实例•在在mesh模块中显示部件和装配模块中显示部件和装配•通过状态栏模型树来切换.•所有的Mesh模块功能够对所有部件生效Native 网格显示按钮13网格生成技术© Dassault Systèmes, 2008网格生成技术•自由分网技术自由分网技术•自由分网技术不使用预建的网格模式，所以该项技术在创建网格之前不能预见自由网格的模式。

•对于二维区域使用自由分网技术可用的单元形状包括：四边形（默认）四边形（默认） 可以应用到任意平面和曲面以四边形为主以四边形为主允许存在三角形单元作为过渡三角形三角形可以应用到任意平面和曲面15© Dassault Systèmes, 2008四边形网格网格生成技术以四边形为主的网格三角形网格16© Dassault Systèmes, 2008网格生成技术•对于三维区域使用自由分网技术可用的单元形状包括：•四面体—如果网格种子不是太粗糙，利用四面体单元可以为任意形状的几何体划分单元17© Dassault Systèmes, 2008网格生成技术•扫略网格扫略网格•网格在区域的一个表面被创建，该表面被称为源面•网格中的节点沿着连接面，一次拷贝一个单元层，直到达到目标面•Abaqus自动选择源和目标面源面目标面源面的节点被拷贝到每个单元层和目标面18© Dassault Systèmes, 2008网格生成技术•二维扫略网格二维扫略网格•扫略区域全部是四边形网格•平面或曲面•退化旋转区域的四边形为主的网格•（退化的区域包含旋转轴）扫略网格退化的扫略网格19© Dassault Systèmes, 2008网格生成技术•扫略网格扫略网格(cont’d) •扫略区域能够划分成：•六面体网格•六面体为主网格•楔形网格•广义扫略路线广义扫略路线：厚度方向广义扫略路线：draft angle延展划分网格扫略路线: 直线旋转划分网格扫略路线: 弧线20© Dassault Systèmes, 2008网格生成技术•可以用扫略网格来划分的区域需要满足：可以用扫略网格来划分的区域需要满足：•拓扑•源面可以由多个面组成•目标面只能由一个面组成•连接面可以由多个面组成•可以使面成为矩形网格连接面源面21© Dassault Systèmes, 2008网格生成技术•可以用扫略网格来划分的区域需要满足：可以用扫略网格来划分的区域需要满足：•几何•在源面中，相邻面之间的二面角不能和180°相差太远。

不能扫略划分可扫略划分22© Dassault Systèmes, 2008网格生成技术•结构化的分网技术结构化的分网技术•结构化的网格划分技术使用简单的、预定义的网格拓扑关系划分网格•Abaqus将规则形状区域的网格，比如正方形或立方体，变换到需要进行网格划分的几何体•结构化的网格划分通常给出了对网格的最大的控制三维可以用结构化方法分网的区域简单的网格拓扑23© Dassault Systèmes, 2008网格生成技术•映射网格映射网格•结构化网格的特殊例子•四条边的面区域•能够提高精度•能够用于•用波前法扫略划分的六面体或者六面体为主网格•用波前法扫略划分自由四边形和四边形为主单元•自由四面体或者三角形网格映射网格可以间接的映射到区域，并且在Abaqus/CAE中也支持24© Dassault Systèmes, 2008网格生成技术•映射网格例子映射网格例子自由四面体网格自由四面体网格用映射三角形网格划分四面用映射三角形网格划分四面插入区域插入区域25© Dassault Systèmes, 2008网格生成技术•虚拟拓扑虚拟拓扑•在某些情况下，装配件的部件实例可能包含一些小的细节，比如表面和边。

•虚拟拓扑可以忽略这些不重要的细节细节模型由于小的表面和边引起的不良单元虚拟模型不重要的细节将被分离26© Dassault Systèmes, 2008网格生成技术•如果部件实例中包含虚拟拓扑，那么它只能使用以下单元通过自由网格技术划如果部件实例中包含虚拟拓扑，那么它只能使用以下单元通过自由网格技术划分网格：分网格：•自由网格•三角形和四面体单元•用波前法划分的四边形为四边形为主单元网格•扫略网格•六面体或者楔形单元•映射网格•四边形, 三角形, 或者六面体单元27© Dassault Systèmes, 2008网格生成技术•例子例子: 虚拟拓扑虚拟拓扑 + 扫略网格扫略网格通过剖分在拓扑通过剖分在拓扑模型中加了一个模型中加了一个孔孔支架模型支架模型拓扑模型拓扑模型 (可扫可扫略划分略划分)六面体网六面体网格格28© Dassault Systèmes, 2008网格生成技术•自动虚拟拓扑自动虚拟拓扑•基于用户提供的几何参数自动地创建虚拟拓扑自动虚拟拓扑29使用不同的分网技术© Dassault Systèmes, 2008使用不同的分网技术•“哪些区域可以进行网格哪些区域可以进行网格划分？划分？”•基于每个区域的几何体和网格控制信息，Abaqus/CAE自动确定可以进行网格划分的区域。

•区域的不同颜色表明了它们当前被分配的网格划分技术：自由网格划分技术结构化网格划分技术扫略网格划分技术利用当前网格划分技术不能进行网格划分31© Dassault Systèmes, 2008使用不同的分网技术•如果把单元形状从六面体改为四面体，将把不能划分网格的区域变为可以进行网格划分的区域32© Dassault Systèmes, 2008使用不同的分网技术•通过分区使区域可以进行网格划分通过分区使区域可以进行网格划分•如果需要用六面体网格划分三维部件实例，几乎所有的部件实例都需要进行分区•复杂的几何体经常可以被分区为简单的、可以进行网格划分的区域•分区可以用于：•改变和简化拓扑关系，使得区域可以使用结构化的或扫略的网格划分技术中的基本的六面体单元划分网格33© Dassault Systèmes, 2008使用不同的分网技术•通过分区，利用六面体单元为活塞、活塞销和连杆装配件进行网格划分34自下至上六面体网格划分© Dassault Systèmes, 2008自下至上六面体网格划分•作为预先讨论，作为预先讨论，Abaqus提供了一套强大的提供了一套强大的“自上自上而下而下”的六面体网格划分工具的六面体网格划分工具•分割实体成为可以应用扫略（黄）或结构（绿）网格划分技术的简单体•所有可划分网格的体在一个分析步中自动自动填充•自下至上六面体网格划分对自上而下技术不能完全自下至上六面体网格划分对自上而下技术不能完全解决的任务很有效解决的任务很有效•允许先前不能划分网格的体在多步中逐渐增加填充•可以在填充简单体内部之前，先选择划分某些边界面36© Dassault Systèmes, 2008自下至上六面体网格划分•两种方法是互补的，而且共同使用两种方法是互补的，而且共同使用•在接下来的例子中，部件被分割成为大部分可以用自上而下技术划分为六面体网格的几何体，留下六个需要使用自下而上技术划分网格的体。

使用自上而下技术不能划分网格的区域扫率网格区域结构网格区域六个区域使用自下而上网格划分技术后，整个模型划分为六面体单元37© Dassault Systèmes, 2008自下至上六面体网格划分•自下至上六面体网格划分应该被认为是最新的工具自下至上六面体网格划分应该被认为是最新的工具•使用这种技术划分六面体网格需要的时间和精力要高于自上而下的方式•自下至上网格划分在这不进一步讨论•在“Abaqus/CAE: Geometry Import and Meshing”专题中有更深入的讨论38网格兼容性© Dassault Systèmes, 2008网格兼容性•同一部件实例的不同区域可以使用不同类型的单元类型进行网格划分，比如四面体和六面体•在区域之间自动创建捆绑约束，以保持区域的连接•允许在接触表面附近，或者在精度要求较高的高梯度区域使用六面体，在其它区域使用四面体•当区域进行网格划分之后，附近区域的已有网格将不受影响在分区时，自动加入捆绑约束40© Dassault Systèmes, 2008网格兼容性•目前，还不可以在部件实例之间自动得到兼容的网格•如果要求两个或多个体之间的网格兼容性，首先应该尝试包含所有体的单个部件。

•在装配件模块，多个部件实例可以被合并为一个部件实例•利用分区，不同的材料区域可以被分离•如果两个对象必须以分开的部件建模，应该考虑使用捆绑约束将两个区域粘在一起，使得它们之间不存在网格兼容性的问题•捆绑约束不是真正的协调，解的局部精度将会受到影响使用捆绑约束将圆柱和实体块粘在一起装配件（上部）和网格的分解图被捆绑的表面41© Dassault Systèmes, 2008网格兼容性•合并实例网格成一个一致的独立网合并实例网格成一个一致的独立网格格•网格拓扑和节点位置必须一致.•创建独立网格取代实例•可以对任何独立/非独立/自然/独立实例的组合使用该功能42© Dassault Systèmes, 2008网格兼容性•例子例子•步骤 1: 连接约束 (labor intensive in this case)•步骤 2: 合并网格将部件剖分成112可划分网格的单元一个 10×10 独立实例的陈列部件网格Side 1Side 2Side 3Side 443控制网格密度和梯度© Dassault Systèmes, 2008控制网格密度和梯度•网格种子网格种子•网格种子是用户定义的标记。

它反应了沿着区域边缘的，期望的或目标的网格密度45© Dassault Systèmes, 2008控制网格密度和梯度•使用波前算法的三角形、四面体网格和四边形网格的节点与种子精确的匹配•对于使用中轴算法的六面体或四边形网格， Abaqus为了成功的进行网格划分，必须调整单元的分布•用户可以通过在边上约束种子防止调整46© Dassault Systèmes, 2008控制网格密度和梯度•用户可以为部件实例设置典型的总体单元长度•基于典型单元长度，Abaqus/CAE在所有相关的边上自动创建网格种子•由分区创建的新边自动继承总体网格种子•用户可以在选定的边上覆盖全局网格种子，并分配局部网格种子•边的网格种子可以一致或偏置•对于可以用扫略方法可以进行网格划分的区域，边的网格种子从选定的边到匹配边自动传播47© Dassault Systèmes, 2008控制网格密度和梯度•全局种子（黑色）和局部种子（红紫色）新分区的边继承总体种子偏置的局部种子在扫略区域局部种子自动传播到匹配的边48© Dassault Systèmes, 2008分区和局部网格种子允许用户在应力集中的区域细化网格。

控制网格密度和梯度•分区为不同的网格区域分区为不同的网格区域•分区创建了附加的边，它们可以对局部的网格密度施加更多的控制•每个网格区域可以施加不同的网格控制49参数化建模© Dassault Systèmes, 2008参数化建模•网格划分模块一个非常有用的特征为：在部件被修改之后，分区和网格属性可以被重新生成，比如单元类型、种子和分网控制•在修改模型之后，必须重新生成网格•比如，右边的模型已经被分区为四个区域，并且指定的近似单元尺寸为351© Dassault Systèmes, 2008参数化建模•回到部件模块并修改孔的直径，将孔的 直径变大再次回到网格划分模块后，分区和种子被重新生成，如右图所示•另外，Mesh Controls和Element Type 对话框（比如单元形状、单元类型和分网 技术）的设置也重新生成用户可以通过从主菜单选择Mesh  Controls 和 MeshElement Type 显示这两个对话框•如果对部件的修改非常大（比如，删除了图中的孔，而不是修改孔的直径），种子和分区将不能重新生成在这些情况下，回到网格划分模块之后需要重新创建新的种子和分区。

52分配单元类型© Dassault Systèmes, 2008分配单元类型•可用的单元类型取决于模型的几何体•在创建网格之前或之后，都可以分配单元类型•可以为模型的不同区域分配不同的单元类型•载荷和边界条件等是基于几何体的，而不是基于网格所以对模型进行参数化研究，比如改变网格密度或单元类型将变得非常容易单元名称和简明的描述54检查网格质量© Dassault Systèmes, 2008检查网格质量•网格统计信息网格统计信息•Abaqus/CAE可以生成图形，高亮显示超过指定限制条件的单元限制条件包括形状比、最大和最小角度和形状因子等•在消息域将显示如下的信息：•单元的总数•扭曲单元的数量•平均扭曲•最差扭曲56© Dassault Systèmes, 2008检查网格质量•尺寸统计信息尺寸统计信息•常规的•检查短/长边•Abaqus/Explicit分析:•近似的单元稳定时间增量•需要赋予材料和截面属性•支持弹性、超弹性和泡沫材料行为•声学分析:•检查对于模型或Abaqus/Standard稳态分析不合适的单元57© Dassault Systèmes, 2008检查网格质量•网格分析检测网格分析检测•在分析过程中产生错误或警告信息的单元将被以高亮的方式显示。

•在大多数情况下，单元形状就很明显的指出为什么输入文件处理器会给出错误或警告信息•如果必要，可以在作业模块提交数据检查分析，并察看Abaqus 在数据文件中显示的信息当前的限制：Current limitation:对结构和密封垫单元，现在还不支持分析检查58质量和网格查询© Dassault Systèmes, 2008•网格统计网格统计•提供了部件实例名字、每种形状单元的个数和节点个数等信息•提供了单元类型和分配给区域的网格划分技术信息质量和网格查询60© Dassault Systèmes, 2008质量和网格查询•质量查询质量查询 •质量、面积、体积、质心和转动惯量•支持实体、壳、点以及非结构质量单元•在CLI窗口显示结果Mass properties: Area of shell faces (one side only): 102.60 Area centroid of shell faces: 34.58, -4.3. 8.86 Volume: 2840.40 Volume centroid: 12.16, -5.88, 5.28 Mass: 5680.79 Center of mass: 12.16, -5.88, 5.28 Moment of inertia (Ixx, Iyy, Izz, Ixy, Iyz, Izx): 658262.81,1.65e+006,1.89e+006,469292.44, 171641.66,-4.00e+00561习题6a: 三维网格划分—绞模型© Dassault Systèmes, 2008习题6a: 三维网格划分—绞模型•习题任务习题任务1.将右图中的绞分区，使它们可以用六面体进行网格划分。

2.为区域分配单元类型3.定义网格种子4.使用六面体单元划分网格5.在没有分区的绞装配件中用四面体单元划分网格63习题6b: 二维网格划分—熔片模型© Dassault Systèmes, 2008习题6b: 二维网格划分—熔片模型•习题任务习题任务1.以ACIS格式导入部件2.使用不同的单元类型，创建并比较自由网格3.细分网格4.在网格细分过程中使用偏置5.使用自动分区，并创建结构化四边形网格65习题6c: 网格划分—卡箍和挡板模型© Dassault Systèmes, 2008习题6c: 网格划分—卡箍和挡板模型•习题任务习题任务1.为区域定义网格控制信息，并分配合适的单元类型2.定义网格种子3.使用六面体单元创建网格。