3.4 自由网格划分和映射网格划分控制

前面主要讲述可用的不同网格划分控制，现在集中讨论适合于自由网格划分和映射网格划分的控制。

3.4.1 自由网格划分

自由网格划分操作，对实体模型无特殊要求。任何几何模型，尽管有些是不规则的，也可以进行自由网格划分。所用单元形状依赖于是对面还是对体进行网格划分，对面划分时，自由网格可以是四边形也可以是三角形，或两者混合；对体划分时，自由网格一般是四面体单元，棱锥单元作为过渡单元也可以加入到四面体网格中。

如果选择的单元类型严格地限定为三角形或四面体，程序划分网格时只用这种单元。但是，如果选择的单元类型允许多于一种形状（例如PLANE183和SOLID186），可通过下列方法指定用哪一种（或几种）形状。

    命令：MSHAPE
    GUI:Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesher Opts

另外，还必须指定对模型用自由网格划分。

    命令：MSHKEY,0
    GUI:Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesher Opts

对于支持多于一种形状的单元，默认会生成混合形状（通常是四边形单元占多数）。可用“MSHAPE,1,2D和MSHKEY,0”来要求全部生成三角形网格。

注意：可能会遇到全部网格都必须为四边形网格这一情况。当面边界上总的线分割数为偶数时，面的自由网格划分会全部生成四边形网格，并且四边形单元质量还比较好。通过打开SmartSizing项并让它来决定合适的单元数，可以增加面边界线的缝总数为偶数的几率（而不是通过LESIZE命令人为地设置任何边界划分的单元数）。应保证四边形分裂项关闭“MOPT, SPLIT, OFF”，以使ANSYS不会将形状较差的四边形单元分裂成三角形。

使体生成一种自由网格，应当选择只允许一种四面体形状的单元类型，或利用支持多种形状的单元类型并设置四面体一种形状功能MSHAPE,1,3D和MSHKEY,0。

对自由网格划分操作，生成的单元尺寸依赖于DESIZE、ESIZE、KESIZE和LESIZE的当前设置。如果SmartSizing打开，单元尺寸将由AMRTSIZE及ESZIE、DESIZE和LESIZE决定，对自由网格划分推荐使用SmartSizing。

另外，ANSYS程序有一种扇形网格划分的特殊自由网格划分，适于涉及TARGE170单元对三边面进行网格划分的特殊接触分析。当3个边中有两个边只有一个单元分割数，另外一边有任意单元分割数时，其结果为扇形网格，如图3-16所示。

图3-16 扇形网格划分示例

3.4.2 映射网格划分

映射网格划分要求面或体有一定的形状规则，它可以指定程序全部用四边形面单元、三角形面单元或者六面体单元生成网格模型。

对映射网格划分时，生成的单元尺寸依赖于DESIZE、ESIZE、KESIZE、LESIZE和AESIZE的设置（或选择主菜单中的Main Menu > Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > option命令）。

注意：SmartSizing（SMARTSIZE）不能用于映射网格划分，另外，硬点不支持映射网格划分。

1．面映射网格划分

面映射网格包括全部是四边形单元或者全部是三角形单元，面映射网格必须满足以下条件。

该面必须是3条边或者4条边（有无连接均可）。

如果是4条边，面的对边必须划分为相同数目的单元，或者是划分一个过渡型网格。如果是3条边，则线分割总数必须为偶数且每条边的分割数相同。

网格划分必须设置为映射网格。

如图3-17所示为面映射网格的示例。

图3-17 面映射网格示例

如果一个面多于4条边，则不能直接用映射网格划分，但可以将某些线合并或者连接总线数减少到4条之后再用映射网格划分，示例图如图3-18所示，方法如下。

图3-18 合并和连接线进行映射网格划分

（1）连接线。

          命令：LCCAT
          GUI:Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Areas > Mapped > Concatenate >Lines

（2）合并线。

    命令：LCOMB
    GUI:Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add > Lines

需要指出的是，线、面或体上的关键点将生成节点，因此，一条连接线至少有线上已定义的关键点数同样多的分割数，而且指定的总体单元尺寸（ESIZE）是针对原始线而不是针对连接线，如图3-19所示。用户不能直接给连接线指定线分割数，但可以对合并线（LCOMB）指定分割数，所以通常来说，合并线比连接线较有优势。

图3-19 ESIZE针对原始线而不是连接线示意图

命令AMAP（GUI:Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Areas > Mapped > By Corners）提供了获得映射网格划分的最便捷途径，它使用指定的关键点作为角点并连接关键点之间的所有线，面自动地全部用三角形或四边形单元进行网格划分。

考察前面连接的例子，现利用AMAP方法进行网格划分。注意到在已选定的几个关键点之间有多条线，在选定面之后，已按任意顺序拾取关键点1、3、4和6，则得到映射网格如图3-20所示。

图3-20 AMAP方法得到映射网格

另一种生成映射面网格的途径是指定面的对边的分割数，以生成过渡映射四边形网格，如图3-21所示。需要指出的是，指定的线分割数必须与图3-22和图3-23所示的模型相对应。

图3-21 过渡映射网格

图3-22 过渡四边形映射网格的线分割模型（1）

图3-23 过渡四边形映射网格的线分割模型（2）

除了过渡映射四边形网格之外，还可以生成过渡映射三角形网格。为生成过渡映射三角形网格，必须使用支持三角形的单元类型，且必须设定为映射划分（MSHKEY,1），并指定形状为容许三角形（MSHAPE,1,2D）。实际上，过渡映射三角形网格的划分是在过渡映射四边形网格划分的基础上自动将四边形网格分割成三角形，如图3-24所示，所以，各边的线分割数目依然必须满足图3-22和图3-23所示的模型。

图3-24 过渡映射三角形网格示意图

2．体映射网格划分

要将体全部划分为六面体单元，必须满足以下条件。

该体的外形应为块状（6个面）、楔形或棱柱（5个面）、四面体（4个面）。

对边上必须划分相同的单元数，或分割符合过渡网格形式适合六面体网格划分。

如果是棱柱或者四面体，三角形面上的单元分割数必须是偶数，如图3-25所示。

图3-25 映射体网格划分示例

与面网格划分的连接线一样，当需要减少围成体的面数以进行映射网格划分时，可以对面进行加（AADD）或者连接（ACCAT）。如果连接面有边界线，线也必须连接在一起，必须线连接面，再连接线，举例如下（命令流格式）。

    ! first, concatenate areas for mapped volume meshing:
    ACCAT, ...
    ! next, concatenate lines for mapped meshing of bounding areas:
    LCCAT, ...
    LCCAT, ...
    VMESH, ...

注意：一般来说，AADD（面为平面或者共面时）的连接效果优于ACCAT。

如上所述，在连接面（ACCAT）之后一般需要连接线（LCCAT），但是，如果相连接的两个面都是由4条线组成（无连接线），则连接线操作会自动进行，如图3-26所示。另外必须注意，删除连接面并不会自动删除相关的连接线。

图3-26 连接线操作自动进行

连接面的方法如下。

          命令：ACCAT
          GUI:Main Menu > Preprocessor > Meshing > Concatenate > Areas
              Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Areas > Mapped

将面相加的方法如下。

    命令：AADD
    GUI:Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add > Areas

注意：ACCAT命令不支持用IGES功能输入的模型，但是，可用ARMERGE命令合并由CAD文件输入模型的两个或更多面。而且，当以此方法使用ARMERGE命令时，在合并线之间删除了关键点的位置不会有节点。

与生成过渡映射面网格类似，ANSYS程序允许生成过渡映射体网格。过渡映射体网格的划分只适合于6个面的体（有无连接面均可），如图3-27所示。

图3-27 过渡映射体网格示例