自适应网格划分

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1、自适应网格划分何为网格自适应划分？ANSY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ANSY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

2、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ADAP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 31） 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

3、错的部分。表3-1 自适应网格划分可用单元2-D Structural SolidsPLANE2 2-D 6-Node Triangular SolidPLANE25 Axisymmetric Harmonic SolidPLANE42 2-D 4-Node Isoparametric SolidPLANE82 2-D 8-Node SolidPLANE83 Axisymmetric Harmonic 8-Node Solid 3-D Structural SolidsSOLID45 3-D 8-Node Isoparametric SolidSOLID64 3-D Anisotropic S

4、olidSOLID73 3-D 8-Node Solid with Rotational DOFSOLID92 3-D 10-Node Tetrahedral SolidSOLID95 3-D 20-Node Isoparametric Solid3-D Structural ShellsSHELL43 Plastic quadrilateral ShellSHELL63 Elastic Quadrilateral ShellSHELL93 8-Node Isoparametric Shell2-D Thermal SolidsPLANE35 2-D 6-Node Triangular Sol

5、idPLANE75 Axisymmetric Harmonic SolidPLANE55 2-D 4-Node Isoparametric SolidPLANE77 2-D 8-Node SolidPLANE78 Axisymmetric Harmonic 8-Node Solid3-D Thermal SolidsSOLID70 3-D 8-Node Isoparametric SolidSOLID87 3-D 10-Node Tetrahedral SolidSOLID90 3-D 20-Node Isoparametric Solid3-D Thermal ShellsSHELL57 P

6、lastic 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 MenuPreprocessor）。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， ADAP宏会自动划分网格。（如 果要同时划分面和体网格，生成 ADAPTMSH.M用户子程序见后。）3. 在PREP中或在 SOLUTION（/SOL或Main MenuSolution）中指定

7、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.M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.M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PREP中，退出前处理器FINISH。（可以在SOLUTIO或 在初始状态下激活ADAP宏）。5. 用下列方法激活自适应求解。Command: ADAPTGUI: Main MenuSolutionAdaptive Mesh注意，可以在热或结构分析中使用 ADAP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

8、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FACM和FACM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SOLUTIO或初始状态，这取决于激活ADAP的状 态。接下来可以进入POST用标准操作进行后处理。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

9、题。图3-1 选择自适应能改进有应力集中的模型UQW lb, Initial Mesh ohcjned all areas selected iwte excMsive mtsh dtn&ity new concentrated load 砂d canstrairiis.(c) Unsdecc areajs Sand 6 prior to initial ADAPT(d) Mesh ohiainea 卅M areas 5 &nd b uns亡 lecmi.如果用户选择了一个关键点集，ADAP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 ADAP命令（Main Men

10、uSolutionAdaptive Mesh ）中 KYKP设为 1。 如果用户选择了一个面或体集，ADAP宏将只在选择的区域调整网格大小。此时必须在激活ADAP宏之前在PREP中对整个模型进行网格划 分。用用户子程序定制ADAP宏标准的ADAP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ADAP宏进行修改使之适用于特定的分析。 ANSY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ADAP代码的方式来定制宏。宏的三个部分可以用

11、用户子程序的方法 来修改，这个方法将ADAP宏和用户文件分开，用户可以生成子程序由 ADAP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.MA（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缺省情况下，如果模型中包含一个或多个体时，ADAP宏将只对体划分网格而不对面进行划分。如果当前选择集中没有体，宏才对面进行 划分。如果要同时对面和体进行划分的话，就要生成用户子程序 ADAPTMSH.M来提供相应的操作。在重新划分网格之前要清楚所有这些实体

12、中划分过网格的实体。子程序大致如下：C* Subroutine ADATMSH.MAC-Your name-Job Name-Data CreatedTYPE,1 ! 指定划分网格的单元类型属性ACLEAR,3,5,2 ! 清除本程序中要重新划分网格的面和体的网 格VCLEAR,ALLAMESH,3,5,2!对面3和5划分网格(ADAP不对其他面划分网格)TYPE,2!改变单元类型，划分体VMESH,ALL ! 对所有体划分网格请查阅TY PE,ACLEAR,VCLEAR,AMSSHMES命令得到更详细的解 释。我们建议将 C* 行包含在文件中以区别不同的宏。这一行将在任 务的输出中出现，就可

13、以确认ADAP宏正确地调用了用户子程序。生成用户边界条件子程序( ADAPTBC.MA)CADAP宏在每次求解循环时都要清除并重新划分网格，因此模型的 结点和单元也要不断的改变。这就使得所有的有限单元载荷，自由度固 连，约束方程等施加在结点和单元的边界条件都不能使用。如果要包含 这些有限单元约束时，就要使用用户子程序，ADAPTBC.MA(在这个子程序中，可以选择结点然后定义有限单元载荷，自由度固连和约束方 程。下面是一个ADAPTBC.MAC例子：C* Subroutine ADAPTBC.MAC-Your name-Hob Name-Data CReatedNSEL,S丄OC,X,0!选择

14、X坐标为0的结点D,ALL,UX,0!令选择的所有结点UX0NSEL,S丄OC, Y,0!选择Y坐标为0的结点D,ALL,UX,0!令选择的所有结点UY为0NSEL,ALL!选择所有结点生成用户求解子程序( ADAPTSOL.M)ACADAP宏中的求解命令序列很简单：/SOLUSOLVEFINISH 这个缺省的命令序列只能求解单个载荷步。用户可以将其他的命令 序列加入用户子程序ADAPTSOL.M中C关于用户子程序的一些其他说明 用户可以象生成其他文件一样生成这些子程序。就是说可以用 APDL 语言的 *CREAT命令(UtilityMenuMacroCreate Macro)和 APD的*E

15、ND命令，也可以用外部的文件编辑器。当 ADAP宏调用这些子程序 时，软件先搜索ANSY根目录，再搜索用户根目录，最后是当前目录。 因此，要确保其他目录中不包括与所用文件同名的文件。解释行(C* )会在输出文件中出现，可以通过它来检查是否使用了正确的文 件。另外，通过在运行 ADAP宏之前用/PSEARCH,OFF(UtilityMenuMacroMacro Search Path)指定软件只搜索ANSY根目录和用户当 前目录可以从某种程度上减少文件混用的可能。不管这些子程序在什么 位置，它们都能被找到，除非将 ADAP命令的KYMA选项设为1。定制 ADAP 宏(UADAPT.MAC)有些情

16、况下用户需要修改ADAP宏但不能通过单独的用户子程序的 方式，那么就需要直接修改ADAP宏的主体。但是，因为某些原因，我 们不推荐直接对ADAP宏进行修改。(例如，别的用户和你同时使用一 个软件，在调用ADAP宏时会发现宏被修改了！)因此，在 ANSY安装中 支持一个宏的拷贝文件UADAPT.MAC便于用户修改。如果对UADAPT.MAC件进行了修改，我们建议对修改后的文件取一 个新的文件名。然后在调用时输入这个文件名。要知道的是，如果新文 件名是一个“ unknown comman”，ANSY将搜索上级目录，然后是登录 的目录，最后是工作目录，直到找到这个宏为止。如果修改的宏只能为 一个用户

17、使用，那么存储的位置应在用户登录目录的层次之下(不能等 于或高于这个目录层次)。这样，存储的低层次的文件可以通过*USE命令( Utility MenumacroExecute Data Block )来调用。自适应网格划分的一些说明 下面的建议可能有助于自适应网格划分的使用： 不需指定初始网格大小，但指定大小可能有利于自适应收敛。如果 用户指定了关键点网格大小，ADAP宏在第一次循环时使用这个值，然 后在随后的循环中进行调整。用下列命令指定单元大小：Command: KESIZEGUI:Main MenuPreprocessor-Meshing-Size Cntrls-Keypoints-A

18、ll KPsMain MenuPreprocessor-Meshing-Size Cntrls- Keypoints-Picked KPs如果定义了线分段数或大小比例，ADAP宏将在每次循环中都使用这个数值而不作改变。如果没有定义任何形式的网格份数，在初始网格 划分时将使用缺省的网格大小参见SMRTSIZ和DESIZED令。用下列方 法指定线分段数或大小比例：Command: LESIZEGUI: Main MenuPreprocessor-Meshing-Size Cntrls-Lines-All LinesMain MenuPreprocessor-Meshing-Size Cntrls-

19、Lines-Picked Lines映射网格划分适用于2-D实体和3-D壳单元。但面的映射划分效果 不明显。映射网格划分适用于3-D实体。对体进行映射划分比自由划分效果 要好的多。总体上说，在自适应网格中有中间结点的单元比线性单元要好。不要用集中载荷或尖角等引起奇异性的结构，因为此时ADAP在这些奇异点处能量值将不收敛。如果模型中有集中载荷时，将其用 施加在一个小面上的压力等效。(或通过选择将奇异部分排除在 自适应网格划分之外。) 在许多情况下，用一系列相对小的区域替代少数几个大的区域将 得到更好的网格划分。如果最大响应位置已知或事先可以推测，就在附近放置一个关键 点。如果是在交互方式下运行A

20、DAPT而ANSY在没有提示出错信息时 突然退出，可以在Jobmame.ADP文件中查看自适应网格划分部分 以确定出错原因。同样，在批处理方式下运行ADAP时，可以看Job name.ADP确定出错原因。如果模型中有些区域有过度的扭曲时，在网格划分中就会出错。在这种情况下，用 KESIZE命令 (MainMenuPreprocessor-Mesh in g-Size Cn trls-Keypoi nts-PickedKPs)中 SIZE域 指定扭曲区域附近关键点的最大单元长度。同时， ADAP命令中的FACMX 将设为 1，阻止过度扭曲部分单元大小增加。应当存储结果文件(Jobname.RS或

21、Jobname.RTH。在ADAP运行 过程中程序如果发生中断，结果文件中将保存 ADAP过程已完成求 解的内容。在自适应网格运行之前应输入SAV命令(UtilityMenuFileSave as Jobname.db)。在程序出错中断时，可以用Job name.db重 新启动计算。自适应网格划分实例 问题描述求解如下图结构，在承受热载荷时E点的温度。几何尺寸和材料特性 等参数见下图所示。/PREP7SMRT,OFF/TITLE, TWO DIMENSIONAL HEAT TRANSFER WITH CONVECTION ANTYPE,STATICET,1,PLANE55MP,KXX,1,52

22、.0K,1K,2,.6K,3,.6,1.0K,4,1.0K,5,.6,.2L,1,2L,2,5L,5,3L,3,4L,4,1AL,ALLDK,1,TEMP,100,1DK,2,TEMP,100,1SFL,2,CONV,750.0,0.0SFL,3,CONV,750.0,0.0SFL,4,CONV,750.0,0.0FINISHADAPT,10,5,0.2,1！误差为 5%，循环10次，网格大小比例在 0.2 到1之间 LOOPS/POST1PLNSOL,TEMP!显示温度场分布ANSYS Verification Manual 中的实例：VM193VM205二维热对流的自适应分析 均布载荷下椭圆薄膜的自适应分析