第3章 网格划分(FEM)

第三章 网格划分(FEM)1. FEM概述特点： 独立于有限元求解器(如Nastran,Abagus,Ansys) Patran把单元拓普与单元物理特性分开 Patran的FEM,只涉及其拓普，不管物理特性 物理特性在Patran的Properties中定义 主要拓普形式:

每种拓普，又有4结点，8结点，20结点等

单元与几何相关性相关: 即几何与对应有限元一致 施加到几何上的载荷自动分配到有限元模型 给几何指定物理特性也即给对应单元指定了物理特性

根据几何可找到单元，对单元可找出所在几何

Patran网格功能分类(1)直接对几何体分网在Create / mesh下，包括Iso-mesher , Paver , Tet-mesh三类自动网格生成器 网格与几何母体自动相关联

(2)直接对网格操作在Sweep / Element和 Transform下，对基网(Base Mesh)作回转，拉伸，滑动等 操作，产生复杂网格 新网格没有几何相关性

(3)手工生成网格 (Create / Node , Create / Mesh和Create / MPC) (4)编辑、修改网格 (Modify)

2.直接对几何分网自动网格生成器类型及适用范围几何类型 颜色 自动划分工具

线

任意线

Iso-mesh

面

简单曲面

空间三边形 空间四边形

绿色

Iso-mesh 或Paver

复杂曲面

任何曲面

紫红色

Paver

体

简单体

四面体、五面体、六 面体

蓝色

Iso-mesh

B-rep体

任何体

白色

Tet-mesh

Iso-mesh(1) 可划分线，面和体 (2) 用户对网格有很高控制(a) 指定参数方向上划分数; (b) 选择划分模式，控制每结点位置

(3)只适用于简单几何须把B-rep Solid或trimmed Surface转成简单几何 几何内硬点、硬线(hard geometry)无效

Paver(1) 能划分任意曲面 (2) 用户对网格的控制度不如Isomesh只能用mesh seed, globel length等控制

(3) 能识别曲面内部硬几何

Tet-mesh对任何实体，自动生成四面体网格 可用mesh seed,曲率半径等控制网格

网格疏密的控制 Mesh Seed法(1)用于控制某边上网格疏密 (2)有Uniform(均匀撒种子),One-way Bias(等比撒种子),Two-way Bias (双等比方式撒种子),Curve Based(曲率半径撒种子)等方式 (3)要求: (a)选一种控制方式；(b)屏幕拾取几何边；(c) 输入分割数等 (4) 对三种网格划分器均有效

示例

Surface Control 法只对tetmesh有效 控制面上网格蔬密 要求输入曲面(surface),该曲面上单元长度

Global Edge length 法无网格控制时，Iso-mesh、Paver和Tet-mesh用Global Edge Length确定单元大小

Hard Geometry用硬点或硬线来控制

最长，最短边长网格所有边长落在max edge length和min edge length间

曲率半径(curvature check)根据曲率变化调整疏密，保证max(h/l)小于给定值

自动网格生成菜单及步骤步骤:1 Global edge length

23 4 5

网格划分器(mesher):Iso-mesh ,paver或tetmesh单元拓普 ： Hex8,Hex20,wedg

e等 选取需划分的几何体 Apply生成网格。

菜单:

示例

几何协调与单元协调 几何协调性(1) 几何是协调: 二几何间有共同一致的边或面 (2) 几何间协调，自动网格划分时，交界处网格自动一致

(3) 几何体交接处网格疏密，按优先级来定(a)Mesh seed (b)相邻几何上网格划分相一致 (c)全局单元长

处理几何调不协(1)消除裂纹

方法

(a) 用Edit/surface/edge match把缝消除 (b) 用create/surface/trimmed建新几何消除缝隙 (2)用网格控制

确保网格一致，如用硬点或create/Mesh seed/tabular等

3. 用变换生成网格Transform对已有网格移动、转动、镜面反射等生新网格

Sweep对基网格(base mesh)拉伸，滑动等产生高阶网格如从2D单元产生3D单元，1D单元产生2D单元等

Sweep单元法 Arc法将基单元(Base Entily)绕某轴转过一角度(Sweep Angle)建单元

Extrude方法Sweep / Extrude将基单元沿一矢量方向拉伸一段距离建网格

Glide或 Glide-Glide 方法将基单元沿一或两曲线(glide curve)滑动，来产生新单元

Normal 方法基单元沿各自法线方向拉伸来产生新网格

Radial Cylindrical 方法定义一中心轴(Refer. Coordinate Frame和 Axis)及一径向距离 将基网格沿柱坐标径向拉伸，产生新网格

Radial Spherical 方法定义一球心(Refer. coordinate Frame 和Sphere Center Point)及一径向距离 将基网格沿球坐标径向拉伸，来产生新网格

Spherical Thera 方法定义球心、球轴及回转角，将基网格各结点沿球上路径回转，产生新网格

Vector Field方法输入空间变化矢量场，将基网格各点按矢量方向和大小拉伸，来产生新网格

Loft方法在二组协调一致2D网格间，产生3D网格，把2D网格连接起来

注：虽然通过Transform 或Sweep产生网格没有几何相关性，但可通过 Finite Element下Associate和disassociate,以手工方式把几何与单元相关

4.逐个生成或改动网格在Finite Element下Create / Node ,Create / Element,Create / MPC及Modify中

5. 应用例子 网格与几何相关性(1) 用paver自动划分表面

(2)用Sweep / Element / Normal,取A->B方向，拉伸出 hexa实体单元；(3)用Associate / Element / Solid,使网格与B-rep实体相关

(4)选实体面，施压力载荷

移动结点位置当划分网格时，忽视了某一工况载荷，如何保证载荷作用点有结点 用modify / node,将附近结点移动一下位置

MPC的创建MPC是重要的有限元建模技术 用于不同单元间，不同零件间连接，施加载荷等