-
..
. ..
.
.
三维结构的结构化网格划分
structure
对于三维结构，只有模型区域满足以下条
件，才能被划分为结构化网格：
①没有孔洞、孤立的面、孤立的边、孤立的点；
②面和边上的弧度值应该小于
90
°；
③三维区域的所有面必须要保证可以运用二维结构化网格划分方法；
④保证区域的每个顶点属于三条边；
⑤必须保证至少有四个面（如果包含虚拟拓扑，必须仅包含六条边）；
⑥各面之间要尽可能地接近
90
°
，如果面之间的角大于
150
°，就
应该对它进
行分割；
⑦若三维区域不
是立方体，
每个面只能包含一个小面，
若三维区域是立方体，<
/p>
每
个面可以包含一些小面，
但每个小面仅
有四条边，
且面被划分为规则的网格形状。
三维结构的扫略网格划分
Sweep
（扫略网格划分技术）
对于三维结构
，只有模型区域满足以下条件，才能被划分为扫略网格：
①连
接起始面和目标面的的每个面
（称为连接面）
只能包含一个小面
，
且不能含
有孤立的边或点；
②目标面必须仅包含一个小面，且没有孤立的边或点；
③若起始面包含两个及两个以上的小面，则这些小面间的角度应该接近
180
°；
④每个连接面应由四条边组成，边之间的角度应接近
90
°；
⑤
每个连接面与起始面、目标面之间的角度应接近
90
°；
⑥如果旋转体区域与旋转轴相交，就不能使用扫略网格划分技术；<
/p>
⑦如果被划分区域的一条或多条边位于旋转轴上，
ABAQUS/CAE
不能用六面体
或楔形单元对该
区域进行扫略网格划分，而必须选择
Hex-
dominated
形状的单
元；
<
/p>
⑧当扫略路径是一条封闭的样条曲线时，该样条曲线必须被分割为两段或更多。
S.
. . .
. ..
..
. ..
.
.
总结
（
1
）对于不能采用结构化技术（<
/p>
Structured
）和扫略技术（
S
weep
）进行网格
划分的复杂结构，用户可以运用
Partition
工具将其分割成形状较
为简单的区
域，
并对这些区域进行结构化或扫略网格划分。
如果模型不容易分割或分割过程
过于繁杂，用户可以选用自由网格划
分技术（
Free
）。本章将通过例
7-2
详细
介绍这两种操作过程。
（
2
）采用映射网格划分（
Mapped
meshing
）能得到高质量的网格，但
< br>ABAQUS/CAE
不
能
直接
采
用
映
射网<
/p>
格
划分技
术
，<
/p>
只
能通
过
Use
mapped
meshing
where
app
ropriate
选项让程序选择映射网格划分的区域。在以下几种
情况下，用户可以选择该项进行映射网格划分：
2D+ Quad/Quad-
dominated +
Free + Advancing front
（
采用自由网格划分技术和进阶算法，对二维结构划分四
< br>边形或四边形占优的单元）、
2D
+
Tri
+Free
、
3D
+
Hex/Hex-dominated
+
Sweep + Advancing
front
、
3D + Tet
+Free
。
（
3
）
中轴
算法
（
Medial axis
）
和进阶算法
（
Advancing
front
）
是主要的
ABAQUS
网格划分算法，有四种单元形状
（
Element Shape
）
和网格划分
技术
（
Technique
）
的组合能选用这两种算法：
2D + Quad + Free
和
3D + Hex + Sweep
默认选择
中轴算法，
2D +
Quad-dominated + Free
和
3D +
Hex-dominated + Sweep
默
认选择进阶算
法。对于不同的模型，用户应该比较这两种算法，得到合适的网
格。
下面总结一些获得高质量网格的参数设置。
1.
尽量
采用结构化（
Structured
）或扫略（
Sweep
）网格划分技术对三维实
体模型划分六面
体单元。如果单元扭曲较小，建议选用计算精度和效率都高的
非协调模式单元；否则选用
二次六面体单元。
2.
若采用扫略技术划分网格，中轴（
Medial
axis
）算法和进阶（
Advancing
front
）算法的选择没有统一的标准，用户需要针对实际模型进行尝试。一
般情
况下，选择中轴算法包含的
Minimize
the
mesh
transiti
on
项或进阶算法包含的
Use
mapped meshing where
appropriate
项，可以提高网格质量。
3.
若复杂模型的分割过程过于耗时，用户可以选用二次四面体单元划分网
格
。
建
议
读
者
选
择
Use
mapped
tri
meshing
on
bounding
faces
where
S.
. .
.
. ..
..
.
..
.
.
appropriate
项，如前所述，
ABAQUS/CAE
会对形状简单的面选用映射网格划
分
，通常可以提高网格质量（参见例
7-2
）。另外，若模型的网
格密度足够且重
点分析区域位于边界，用户可以选择
Incre
ase size of interior elements
项来增加
部单元的尺寸，提高计算效率。
4.
网格密度是协调计算精度和计算效率的重要参数，但合适的网格密度往<
/p>
往需要根据具体模型而定。一般情况下，用户可以在重点分析区域和应力集中
区域加密种子，其他区域可以设置相对较稀疏的种子；如果需要控制一些边界
区域的节点位置，可以在设置边种子时进行约束（参见例
7-1
）。
线性静力学分析实例
线性静力学问题
很容易求解，往往用户更关心的是计算精度和求解效率，
希望在获得较高精度的前提下尽
量缩短计算时间，特别是大型模型。这主要取
决于网格的划分，包括种子的设置、网格控
制和单元类型的选取。如第
7
章中
的
介绍，应尽量选用精度和效率都较高的二次四边形
/
六面体单
元，在主要的
分析部位设置较密的种子；若主要分析部位的网格没有大的扭曲，使用非协
调
单元（如
CPS4I
、
C3D8I
）的性价比很高。对于复杂模型，可以采用分割模型
的方法划分二次四边形
/
六面体单元；有时分割过程过于繁琐，用户可以采用
精度较高的二次三角形
/
四面体单元进行网格
划分
具有下列特点的问题才适于进行线性瞬态动力学分析：
1
、系统应该是线性的：线性材料特
性，无接触条件，无非线性几何效应。
2
、响应应该只受较少的频率支配。当响应中各频率成分增加时，例如撞击
和冲击问题，振型叠加技术的有效性将大大降低。
3
、载荷的主要频率应在所提取的频
率围，以确保对载荷的描述足够精确。
4
、由于任何突然加载所产生的初始加速度应该能用特征模态精确描述。
5
、系统的阻尼不能过大。
接触
S.
. .
.
. ..
..
.
..
.
.
1<
/p>
、在接触分析模拟中一般最好在那些将会构成从面的模型部分使用一阶单元，
使用二阶单元可能会出现问题，
这是由接触算法决定的。
其中线性减缩积分单元
（
C3D8R
）和非协调单元（
C3D8I
）都适合进行接触分析，而修
正的二阶四面
体单元（
C3D10M
）是为了应用于复杂的接触模拟问题而设计的，在模型复杂
的接触分析中推荐使用，但是
计算时间也大大增加。
2
、网格密度的考虑
一般来讲，网格较粗的面作为主面，网格较细的面作为从面。
3
、稳定的接触关系的建立
在做接触分析的相关案例时，
一般都先定义一个分析步
< br>（或者几个）
施加很小的
载荷，
让各个零部件之间的接触关系平稳地建立起来，
之后再建立一个或多个分
析步把全部载荷施加到求解模型上，
这样虽然增加了更多的分析步，
但是减少了
收敛的困难，
提高了求解效率。
特别是在过盈接触分析的案例中，
更应该注意多
分析步的应用。
4
、接触主从面的定义
在定义接触对中的主从表面时，
一般选择刚度较大的面作为主面，
这里的刚度不
仅指材料的特性，
还要考虑分析模型
结构的刚度。
解析面或者由刚性单元构成的
面必须作为主面。<
/p>
主从表面的定义体现在网格密度上，
从面的网格应该比主面更
加细密，
如果主从表面的网格密度大致相等，
那么柔性材料的表面应该作为从面。
无论是主面还是从面，
发
生接触的部位应尽量圆滑过渡，
不要有尖锐的特征存在。
一对接
触面的法向方向应该相反，
即主面和从面在几何位置上没有发生重叠。
< br>这
在接触分析中要特别注意，否则可能会导致计算不收敛。
分割作用
S.
. . .
. ..
..
. ..
.
.
对部
件进行分割的目的一般来说有三个方面，
第一是将复杂的几何部件分割成相
对较简单的区域，
以便于高质量的四边形或六面体
单元的施加；
第二是便于部件
局部或者整体区域的网格密度控制
；
第三是便于对部件分割的不同区域施加不同
类型的单元。
网格划分的部分可以放在定义部件装配后面完成，这里作者放
到定义部
件装配前面完成，
主要是因为一般来说，
如果各个部件先定义装配，
之后再定义
网格划分，则
在后续模型网格划分时为了得到较好的网格质量都会进行模型分
割，
而模型分割会导致各个模型的一些装配参考发生变化，
最终可能导致各个部
件的装配关系失败。
轴对称
特点：
1
、几何形状轴对称
2
、边界约束条件对称
3
、载荷对称
简化原则：
1
、三维对称模型简化为平面
此时截
面属性
section
是
solid<
/p>
，而不是
shell
2
、二维对称平面模型简化为线模型
3
、二维轴对称线模型简化为点模型
4
、模型必须建立在轴对称右侧（
Y<
/p>
轴右侧）
5
、
必须在轴对称处的分割边界
（如果存在）
上施加对称边界条件<
/p>
/
反对称边界条
件
smmetry/antisymmetry/encastrey
作用
6
、单元选择轴对称单元类型
7
、尽量施加分布载荷，不应施加集中载荷，否则容易引起结果不对称
（变为原体：
view---ODB
Display Options----
Sweep/Extrude
）
S.
. .
.
. ..
..
.
..
.
.
1<
/p>
、不同分析步作用取消与作用，：
------load
manager------propagated
变为
inactive
，取消该分析步在另一分析步中的作用。改变继承属
性。
2
、在环境栏中
Module
后面选择
Mesh
，进入
Mesh
模块，在环境栏中
Object
后面选择
Part <
/p>
，可以发现部件的颜色为橙色，说明部件不能使用当前的单元形
状
（六面体）
设置进行网格划分，必须改变单元形状或者对部件进
行剖分，使之
能使用当前的单元形状进行网格划分。
执行
Mesh
→
Con
trols
命令，弹出
Mesh
Controls
对话框，如图
11-14
所示，
Element
Shape
栏中选择单元形状为
Tet
（四面体），其他接受默认设置，单击
OK
< br>按钮，图形窗口中的模型变为粉
色，说明能使用四面体单元对模型进行自由网格划
分。
3
、
Merge/cut
instance
合并几何体在（
p
art
中生成）：
merge--
geometry
，
options--suppress
original instances
，
intersecting boundaries---
remove
合并后可以把原来
instance
的分开几何体删除以及
part
中的部件删除。<
/p>
4
、动画：
animate----
time history
5
、参考点的选取：
tools---
reference point----
选点
--
完成
6
、
interaction
里面的
constrain
ts
是工件的约束（工件约束为刚体），
assembly
里面的
constraints
是对部件与
部件之间位置关系进行一定的约束。
部件约束为刚体：
Interaction----
create constraints---
type
：
rigid body-----
Continue---region
type
：
body---
edite---
选择实列
---reference
point--
edite---
选择
约束点。
7
、
tools---
partition---type:edge
、
face
、
cell
区别
Face----
创建分割面
Edge---
创建分割边
Cell----
创建分割体
8
、速度的定义：
load---
create
predefined
field---
mechanical---velocity
（再选择
参照点
，一般选取该物体质心）
10
、边界条件的确定：
S.
. .
.
. ..
..
.
..
.
.
<
/p>
11
、刚体只发生平移和转动，不发生变形，可以用一个点的情况
控制整个刚体情
况，为刚体的参考点，创立刚体部件，需定义刚体参考点，刚体上所以载
荷和边
界条件都施加在该参考点上。
12
、初始分析步的边界条件只能为
0
，载荷也只能在后续分析步建立。
13
、分析步中存在大位移、大转动、初始应力、几何钢化、突然翻转
----
打开几
何非线性。
14
、焊接定义；
若关心的是整个结构的变形，或者焊缝处不是危险
部位，
不需要
对旱区精确建模。
（
1
）面与面的焊接：绑定约束
tie
（
2
）点与面：
运动耦合约束
kinematic coupling
（
3
）点与点：
可以用运动耦合约束
kinematic coupling
，
但是
把
constraint region
type
改为
node
set
，不是
surface
15
、
stress---s
strain--
pepeeqpemagle
displace--u
Force==rfcf
contact---cstresscdisp
16
、
三维
实体尽量采用
6
面体单元网格，计算小精度高，若结构过于复杂
无法
生成六面体单元，采用四面体单元，四面体线性单元刚度过硬，精度差，应该使
用修正的二次四面体单元
C3D10M
，<
/p>
精度高，
但是计算耗时长。
因此建议
partition
分割工具将实体分割成几部分几何部分规则生成
六面体单元，
复杂部分采用二次
四面体，但注意位移场协调问题
。
17
、用
ABAQUS/Standard
分析复杂的非线性问题时，
班加位移载荷可以大
大降低技敛的难度，因为这时不必通过反复迭代来找到每个时间增量
步上的
位移解。如果施加力载荷时无法收敛，可以先不施加力载荷事面是根据经验
估计一下模型的位移量，
施加相应的位移就荷，
使模型远动到最终位置附近，
然后在下一个分析步中再去掉此位移就荷，恢复正常的力
载荷。注意，不能
在同一个节点的同一个自由度上同时施加力载荷和位移载荷，这在物理
上是
相互矛盾的。例如在实践中，
1000N
的
载荷所产生的位移不一定是
2mm
，
反之，发生
2mm
位移所需要的载荷不一定是
1000N
，
有限元的解
不可能同时满足这两种加载条件。
18
、在某线中点施加集中载荷可以利用
Part
功能模块中的分割工具
(partition)
，在需要如载的位置做一下分割，从
而产生一个几何点。在施加
S.
. . .
. ..
..
.
..
.
.
载荷
时就可以用鼠标选取这个点了。如果使用参考点，应该在参考点和需要
施加载荷的区域之
间建立耦合约束，只有这样参考点才能真正成为模型的一
部分。
19
、在弹塑性分析中，最好不要直接在一个点上施细集中载荷
，以免局部应
变太大，导致较收敛医难。应该在受力点附近选择一个区域，将它和参考点
集合在一起来共同承载。建议在定义载荷、边界条件、接触、约束等模型参
数时候，首先将区域定义为集合或面，方便检查修改模型、避免出错。
20
、线载荷
21
、
combine
、
ignore geometry
？？？？？
22
、导入实体修复几何？？？
S.
. . .
. ..