3.4 自由網格劃分和映射網格劃分控制

前面主要講述可用的不同網格劃分控制，現在集中討論適合于自由網格劃分和映射網格劃分的控制。

3.4.1 自由網格劃分

自由網格劃分操作，對實體模型無特殊要求。任何幾何模型，盡管有些是不規則的，也可以進行自由網格劃分。所用單元形狀依賴于是對面還是對體進行網格劃分，對面劃分時，自由網格可以是四邊形也可以是三角形，或兩者混合；對體劃分時，自由網格一般是四面體單元，棱錐單元作為過渡單元也可以加入到四面體網格中。

如果選擇的單元類型嚴格地限定為三角形或四面體，程序劃分網格時只用這種單元。但是，如果選擇的單元類型允許多于一種形狀（例如PLANE183和SOLID186），可通過下列方法指定用哪一種（或幾種）形狀。

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

另外，還必須指定對模型用自由網格劃分。

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

對于支持多于一種形狀的單元，默認會生成混合形狀（通常是四邊形單元占多數）。可用“MSHAPE,1,2D和MSHKEY,0”來要求全部生成三角形網格。

注意：可能會遇到全部網格都必須為四邊形網格這一情況。當面邊界上總的線分割數為偶數時，面的自由網格劃分會全部生成四邊形網格，并且四邊形單元質量還比較好。通過打開SmartSizing項并讓它來決定合適的單元數，可以增加面邊界線的縫總數為偶數的幾率（而不是通過LESIZE命令人為地設置任何邊界劃分的單元數）。應保證四邊形分裂項關閉“MOPT, SPLIT, OFF”，以使ANSYS不會將形狀較差的四邊形單元分裂成三角形。

使體生成一種自由網格，應當選擇只允許一種四面體形狀的單元類型，或利用支持多種形狀的單元類型并設置四面體一種形狀功能MSHAPE,1,3D和MSHKEY,0。

對自由網格劃分操作，生成的單元尺寸依賴于DESIZE、ESIZE、KESIZE和LESIZE的當前設置。如果SmartSizing打開，單元尺寸將由AMRTSIZE及ESZIE、DESIZE和LESIZE決定，對自由網格劃分推薦使用SmartSizing。

另外，ANSYS程序有一種扇形網格劃分的特殊自由網格劃分，適于涉及TARGE170單元對三邊面進行網格劃分的特殊接觸分析。當3個邊中有兩個邊只有一個單元分割數，另外一邊有任意單元分割數時，其結果為扇形網格，如圖3-16所示。

圖3-16 扇形網格劃分示例

3.4.2 映射網格劃分

映射網格劃分要求面或體有一定的形狀規則，它可以指定程序全部用四邊形面單元、三角形面單元或者六面體單元生成網格模型。

對映射網格劃分時，生成的單元尺寸依賴于DESIZE、ESIZE、KESIZE、LESIZE和AESIZE的設置（或選擇主菜單中的Main Menu > Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > option命令）。

注意：SmartSizing（SMARTSIZE）不能用于映射網格劃分，另外，硬點不支持映射網格劃分。

1．面映射網格劃分

面映射網格包括全部是四邊形單元或者全部是三角形單元，面映射網格必須滿足以下條件。

該面必須是3條邊或者4條邊（有無連接均可）。

如果是4條邊，面的對邊必須劃分為相同數目的單元，或者是劃分一個過渡型網格。如果是3條邊，則線分割總數必須為偶數且每條邊的分割數相同。

網格劃分必須設置為映射網格。

如圖3-17所示為面映射網格的示例。

圖3-17 面映射網格示例

如果一個面多于4條邊，則不能直接用映射網格劃分，但可以將某些線合并或者連接總線數減少到4條之后再用映射網格劃分，示例圖如圖3-18所示，方法如下。

圖3-18 合并和連接線進行映射網格劃分

（1）連接線。

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

（2）合并線。

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

需要指出的是，線、面或體上的關鍵點將生成節點，因此，一條連接線至少有線上已定義的關鍵點數同樣多的分割數，而且指定的總體單元尺寸（ESIZE）是針對原始線而不是針對連接線，如圖3-19所示。用戶不能直接給連接線指定線分割數，但可以對合并線（LCOMB）指定分割數，所以通常來說，合并線比連接線較有優勢。

圖3-19 ESIZE針對原始線而不是連接線示意圖

命令AMAP（GUI:Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Areas > Mapped > By Corners）提供了獲得映射網格劃分的最便捷途徑，它使用指定的關鍵點作為角點并連接關鍵點之間的所有線，面自動地全部用三角形或四邊形單元進行網格劃分。

考察前面連接的例子，現利用AMAP方法進行網格劃分。注意到在已選定的幾個關鍵點之間有多條線，在選定面之后，已按任意順序拾取關鍵點1、3、4和6，則得到映射網格如圖3-20所示。

圖3-20 AMAP方法得到映射網格

另一種生成映射面網格的途徑是指定面的對邊的分割數，以生成過渡映射四邊形網格，如圖3-21所示。需要指出的是，指定的線分割數必須與圖3-22和圖3-23所示的模型相對應。

圖3-21 過渡映射網格

圖3-22 過渡四邊形映射網格的線分割模型（1）

圖3-23 過渡四邊形映射網格的線分割模型（2）

除了過渡映射四邊形網格之外，還可以生成過渡映射三角形網格。為生成過渡映射三角形網格，必須使用支持三角形的單元類型，且必須設定為映射劃分（MSHKEY,1），并指定形狀為容許三角形（MSHAPE,1,2D）。實際上，過渡映射三角形網格的劃分是在過渡映射四邊形網格劃分的基礎上自動將四邊形網格分割成三角形，如圖3-24所示，所以，各邊的線分割數目依然必須滿足圖3-22和圖3-23所示的模型。

圖3-24 過渡映射三角形網格示意圖

2．體映射網格劃分

要將體全部劃分為六面體單元，必須滿足以下條件。

該體的外形應為塊狀（6個面）、楔形或棱柱（5個面）、四面體（4個面）。

對邊上必須劃分相同的單元數，或分割符合過渡網格形式適合六面體網格劃分。

如果是棱柱或者四面體，三角形面上的單元分割數必須是偶數，如圖3-25所示。

圖3-25 映射體網格劃分示例

與面網格劃分的連接線一樣，當需要減少圍成體的面數以進行映射網格劃分時，可以對面進行加（AADD）或者連接（ACCAT）。如果連接面有邊界線，線也必須連接在一起，必須線連接面，再連接線，舉例如下（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：一般來說，AADD（面為平面或者共面時）的連接效果優于ACCAT。

如上所述，在連接面（ACCAT）之后一般需要連接線（LCCAT），但是，如果相連接的兩個面都是由4條線組成（無連接線），則連接線操作會自動進行，如圖3-26所示。另外必須注意，刪除連接面并不會自動刪除相關的連接線。

圖3-26 連接線操作自動進行

連接面的方法如下。

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

將面相加的方法如下。

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

注意：ACCAT命令不支持用IGES功能輸入的模型，但是，可用ARMERGE命令合并由CAD文件輸入模型的兩個或更多面。而且，當以此方法使用ARMERGE命令時，在合并線之間刪除了關鍵點的位置不會有節點。

與生成過渡映射面網格類似，ANSYS程序允許生成過渡映射體網格。過渡映射體網格的劃分只適合于6個面的體（有無連接面均可），如圖3-27所示。

圖3-27 過渡映射體網格示例