第一章 重分网格技术

    3．使用手动网格分裂进行重分网格（2-D）

    由于其他原因求解无法收敛时，ANSYS允许在重分网格的过程中手动分裂一个已存在的网格来获得非线性分析的解或改善求解精度。该重分网格计算方法仅能应用于二维问题。

    网格分裂通过丰富现有的网格增加了模型的自由度。如果在存在接触间隙的情况下必须增加自由度或使用程序产生新网格与通用新网格方法都不能完全满足用户的需求，那么分裂网格对重分网格来说是非常有用的选项。

    （1）理解网格分裂

    分裂仅发生在网格中已选择的实体单元上。如果没有明确选择的实体单元，ANSYS将分裂网格中所有的实体单元。只要满足重分网格条件的单元都可以使用网格分裂功能。

    ANSYS将父单元分裂成子单元。

    ● 四边形父单元分裂成4个四边形子单元。

    ● 退化的四边形父单元分裂成3个四边形子单元。

    ● 三角形父单元分裂成4个三角形子单元。

    子单元继承父单元所有形状特点。因此，如果个别单元严重畸变且引起收敛困难，使用单元分裂来简单细分网格并不能改善收敛性。

    （2）网格分裂的几何细节

    REMESH中的SPLIT选项不使用几何信息，而仅使用网格信息，即节点连接和节点坐标系。所有的子单元自动地继承父单元所有的属性。四边形父单元分裂成4个四边形子单元，退化父单元分裂成3个四边形子单元，三角形父单元分裂成4个三角形子单元，如图1-5和图1-6所示。

图1-5  四边形和退化线性PLANE182单元的分裂

图1-6  四边形和退化二次三角形PLANE183单元

    （3）使用REMESH 命令进行网格分裂

    使用ANSYS菜单或ESEL命令选择重分网格的区域以便执行网格分裂命令。当用户选择了目标区域后执行REMESH,SPLIT命令。
    用户可以在同一重分网格的区域多次执行REMESH,SPLIT命令对网格的不同部分进行分裂操作。这些部分可以重叠或者是相互独立的，但是大量的重叠将产生形状较差的单元。

    如果重分网格的区域存在接触/目标单元，ANSYS会在新网格上自动地生成这些单元（取决于旧网格内部单元类型是否与接触/目标单元相同）。在模型中独立的刚性目标单元在分析过程中始终保持不变并且不能重分网格；但依附在实体单元上的所有接触和目标单元可以进行重分网格操作。当分裂与接触/目标单元相关的实体单元时，ANSYS程序会删除相关的接触/目标单元。ANSYS会在重分网格操作结束的时候（REMESH,FINISH），自动地在新子单元上生成合适的接触/目标单元。

    因为网格分裂细化计算是基于单元而不是基于几何模型进行的，因此一旦细化就不能做后退操作了。为了创建一个新的分裂规则或者要重新转换为初始网格，必须先创建一个新的网格重新划分环境（REZONE,MANUAL,LDSTEP,SBSTEP）。

    （4）网格分裂的网格过渡选项

    默认的REMESH,SPLIT命令会强制使用主四边形单元生成过渡网格并且使退化单元的数量最小化。该命令也能这样执行：

        REMESH,SPLIT,,,TRAN,QUAD

    执行REMESH命令中的过渡和四边形选项能帮助程序加快收敛，因为非退化单元不容易发生锁定行为。使用该方式生成过渡网格能均匀分布网格的位置。当从分裂区过渡时会发生单元细化并且过渡贯穿几个单元层。

    如果要在分裂后生成更局部化的网格，可执行下列命令：

        REMESH,SPLIT,,,TRAN,DEGE

    在这种情况下，ANSYS会在过渡区生成退化单元，并且过渡区只有一层单元。
用户在图1-7a中选择要分裂的单元（ESEL），默认分裂算法生成的全部是四边形网格即没有退化的单元。图1-7b中给出非局部化的区域。REMESH,SPLIT命令或REMESH,SPLI T,,,TRAN,QUAD命令都可以在这里使用。图1-7c中给出的过渡区只有一层单元且没有退化的单元。在这种情况下使用REMESH,SPLIT,,,TRAN,DEGE命令。

图1-7  过渡单元产生的方法
 

1.6.2  网格控制
 

    划分出一个好的网格是重分网格能否成功的关键。新网格必须比旧网格好，否则重分网格不会改善问题的收敛性，并且如果新网格的质量比旧网格更差，很可能让计算变得更难收敛。

    一般情况下，好的单元网格应具有以下特点。

    ● 单元内角度不能等于180°或0°；且对四边形单元，单元内角接近于90°；对三角表单元，单元内角接近于60°。

    ● 四边形相对两边的夹角较小（接近于相互平行）。

    ● 边界节点分布均匀。

    ● 单元具有较好的长宽比。

    为了生成一个好的网格，满足内部角度条件比单元长宽条件更重要。对于二维网格，尽量避免使用三角形单元；但如果四边形单元有非常大的内角，最好使用有更适宜内部角度的三角单元来代替四边形单元。对于三维网格，尽量避免使用四面体金字塔单元并尽量少使用退化单元。

    新网格的质量完全取决于所选区域的形状、相邻单元、带有载荷和边界条件的边界节点。在映射操作之前，有时用户可能需要对新网格进行编辑或修改（MAPSOLVE），在这样的情况下，有几个前处理命令可用来帮助用户在所选区域生成好的网格。

表1-2  可用于重分网格的前处理网格控制命令

    以上命令在执行REMESH,START命令之后和执行REMESH,FINISH命令前的任何时候都可用。

    在重分网格的过程中，要保留施加了力或独立位移约束的节点，如位于分布位移约束、压强或接触边界的起始点的节点。新单元和旧单元有相同的属性，如单元类型、材料、实常数和单元坐标系。ANSYS新节点的坐标与在重分网格区域内或边界上旧节点的坐标一致，也可以根据具体情况而定。

    生成新网格后，核实新单元是否覆盖整个被选区域和是否与相邻区域相容（如果另一个区域需要重分网格，你可以这样做，不需要再执行REMESH,START命令）。
 

1.6.3在同一子步网格重画多个区域
 

    在重分网格的过程中，允许在同一个变形域生成一个或多个区域的新网格。在同一子步中重分两个或两个以上的区域的网格的过程叫水平划分（Horizontal rezoning）。

    开始重分网格（REMESH,START）后，先选择一个区域，创建一个面（AREMESH），然后在这个面上划分新网格（AMESH）。再选择其他的区域，但不同的区域不能相互重叠，创建面，生成新网格。用户可以重复这个过程对希望重分网格的区域进行重分，但只能在执行REMESH,START后和执行REMESH,FINISH命令之前（如The Rezoning Process）。

    当重分两个相互连接的区域或面时，最好是将它们并为一个区域。如果两个相连接的区域必须分开处理，先创建一个区域的网格（AMESH），然后再重分（AREMESH）另一个区域的网格。

    如果打算全部重分网格，必须使用水平划分过程，具体情况如下。

    ● 两个区域，有不同的材料、单元坐标系、节点坐标系或实常数。

    ● 单元在接触边界的两侧。

    ● 两个区域都有畸变分散的单元。

    当重新划分网格的面之间距离比较远或有大量共享边界时，Horizontal rezoning使用程序产生新网格或通用新网格方法，但是网格重分不能发生区域重叠。这些限制对于手动分裂方法产生新网格的方法无效。