1、Advanced Analysis Techniques Guide第6章：手动重分网格在有限变形的大变形分析中，网格畸变降低模拟精度，引起收敛困难，并最终终止分析。重分网格允许你修复畸变的网格并继续前面的模拟。你可以选择一个或多个零件或零件的某个部位网格同时进行修复。你也能在一个分析中多次执行重分网格。术语“manual rezoning”的意思是你决定什么时候重分网格和在什么区域重分网格，然后在所选的区域重划分网格。在重分网格过程中，ANSYS在必要进更新数据库，如果必要还会生成接触单元，从原来的网格向新网格传递边界条件和载荷，并自动地将所有的求解变量（节点解和单元解）映射到新网格上。然后
2、，通过映射变量达到力平衡，你可以用新网格继续求解。以下是重分网格主要内容：什么时候重分网格重分网格的要求重分网格的过程选择开始重分网格的子步重分网格映射变量和平衡剩余误差如果必要循环执行重分网格操作重分网格后多帧重起后处理重分网格结果重分网格的限制和局限性重分网格举例6.1什么时候重分网格即使一个分析由于严重的网格畸变而终止，重分网格可以允许你继续分析并完成计算。当网格产生畸变，但又可以继续计算，你也可以用重分网格来增加分析精度加快收敛速度。为了说明在分析终止的情况下重分网格怎样工作，假设下面原始网格和边界条件存在：在TIME=0.44时，分析终止，在第7个载荷子步时网格畸变的基础上开始重分网
3、格：重新划分选择区域的网格后，一个可接受的新网格形成：在新网格的基础上，计算在TIME=1时完成：详细见Rezoning Examples6.2重分网格的要求在2-D分析中ANSYS支持手动重分网格，重分网格要求所有的多帧重起文件可用。下面是支持重分网格的分析类型、单元、材料、载荷、边界条件和其他重分网格要求：支持种类要求实体单元PLANE182- B-bar method only (KEYOPT(1) = 0)PLANE183全应力状态(KEYOPT(3)允许：平面应力、平面应变、轴对称分析和一般平面应变。纯位移设置(KEYOPT(6) = 0)或u-P混合设置(KEYOPT(6) = 1
4、)接触单元TARGE169CONTA171和CONTA172拥有下列任何一种有效的KEYOPT设置：KEYOPT (1) = 0KEYOPT (2) = 0, 1, 3, 4KEYOPT (3) = 0KEYOPT (4) = 0, 1, 2KEYOPT (5) = 0, 1, 2, 3, 4KEYOPT (7) = 0, 1, 2, 3KEYOPT (8) = 0KEYOPT (9) = 0, 1, 2, 3, 4KEYOPT (10) = 0, 1, 2, 3, 4, 5KEYOPT (11) = 0KEYOPT (12) = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6KEYOPT(14) =
5、 0接触对行为刚-柔接触目标单元和控制节点不能重分网格。柔-柔接触自力接触材料所有的超弹性材料(TB,HYPER)通过TB,BISO,TB,BKIN,TB,MISO,TB,NLISO和TB,PLASTIC with TBOPT = MISO命令设置的塑性材料分析类型几何非线性静力分析(NLGEOM,ON和SOLCONTROL,ON)局部重划分网格被选择部分的节点必需有相同的节点坐标系边界处的节点可以有不同的节点坐标系单元的类型、材料、单元坐标系、实常数必须相同如果要求重分网格的两个区域有不同的属属，你必须对这两个区域单独操作。要想了解更多的信息，见Remeshing Multiple Regi
6、ons at the Same Substep.文件.rdb，.rst，.rxxx，.ldhi和.cdb仅适用于在指定条件下这个区域重分网格。对其他地方不存在以上限制，除了分析的类型必须支持重分网格外。6.3 重分网格的过程重分网格是在已存在求解的基础这进行的，要重分网格，必须先终止最初求解。你需要弄清为什么求解终止：进入通用后处理器（/POST1）观察分析结果。用ANSYS菜单操作选择一个重起文件有效但结果没有保存到结果文件的子步，生成结果并在后处理器中观察结果。如果由于网格畸变而导致终止计算，确定你打算要重分网格的子步。下面流程图说明重分网格的一般过程和参与重分网格操作的关键命令。想了解关
7、键命令的具体信息，见Key ANSYS Commands Used in Rezoning和命令流说明书Command Reference。图6.1：Rezoning Using an ANSYS-Generated New Mesh该流程图说明了重分网格的一般过程generated internally by the ANSYS program(使用AREMESH 和 AMESH命令):图6.2：Rezoning Using a Generic New Mesh Generated by Another ApplicationThis flowchart shows the process
8、for rezoning using a generic (.cdb format) new mesh generated by a third-party application:Figure6.3:Rezoning Using Manual Splitting of an Existing MeshThis flowchart shows the process for rezoning by splitting an existing mesh:6.3.1 重分网格使用到的关键命令本节将描述重分网格过程中的一些关键命令和为重分网格流程图提供附加的信息：首先清空数据库（/CLEAR），然后
9、重新进入求解器（/SOLU）并开始重分网格过程。当开始重分网格时（REZONE），ANSYS确保指定子步的必要文件（.rdb，.rst，.rxxx，和.ldhi）存在并重建该子步的数据环境。ANSYS更新变形几何体中所有节点为重分网格作准备。用REMESH命令生成或获得要求的新网格。在重分网格的过程中，你可以在同一个子步便分一个或多个区域的网格（remesh more than one region）。如果新的网格是由第三方应用程序产生（generated by a third-party application）(REMESH,READ)而不是由ANSYS程序产生(AREMESH和AMESH
10、)，多重区的相关网格可以接触而不能重叠。与多重区相关的新网格将写入一个独立的.cdb文件并一次读入或写入多个文件，一次读取一个。具体参见Remeshing。重分网格后(REMESH,FINISH)，ANSYS产生接触单元并自动地传递载荷和边界条件。作MAPSOLVE命令将节点解和单元解映射到新网格并使新网格达到平衡。6.4 选择开始重分网格的子步对于手动重分网格，先择一个开始生分网格合适的子步是非常重要的。你必须选择一个重启文件可用的收敛子步。最后一个收敛的子步总是被选择成为重分网格的起始子步，因为这样可以减少剩余计算的载荷步。然而最后一个收敛的子步中单元可以产生更严重的畸变，会导致映射结果参
11、数(MAPSOLVE)产生更大的错误，反过来需要更多的映射子步来平衡剩余力或收敛失败。在网格畸变极其严重的子步中重分网格也可能降低最后结果的精度，并且甚至可能导致重分网格后自动传递边界条件失败。最好的选择是选择最后收敛子步前1、2或3个子步。想知道最好的重分网格的起始子步，你可能需要通过一般后处理检查变形单元，和应力应变分布。如果在结果文件中没某个子步的数据，你可以利用ANSYS的重启特征生成该子步的结果数据，然后进入POST1模块检查单元变形；之后，重新进入求解模块并开始重分网格。选择开始重分网格子步的提示：该子步中网格明显畸变但不存在内角较小的单元，等于或超过180度的2-D四边形单元。在
12、该子步中，接触状态有最小的渗透。当重分网格后(REMESH,FINISH)，ANSYS在传递边界条件和载荷的过程中如果出现错误，如果旧网格发生严重的畸变，试试更前面的子步。最好的子步不总是最后收敛的子步，而是最后子步前面的几个子步。如果最后几个收敛子步的时间间隔非常小且你已经试了一个或多个其中的子步且不成功，选择距离其他子步时间间隔较大的子步。由于旧网格畸变太严重，如果你仍然有困难获得合理的网格质量，试试更前面的子步。如果映射操作(MAPSOLVE)收敛失败，即使有500个子步，试试更前面的子步。6.5重分网格形如生分网格(REMESH,START)后，你的分析暂时退出求解模块并且进入特殊的前
13、处理模块PREP7，在该模块中用于网格控制的可用前处理命令（preprocessing commands are available）是有限制的。退出特殊的前处理模块并随时重新进入求解模块，执行REMESH,FINISH命令。在重分网格过程中，下列方法是有用的：Remeshing使用ANSYS程序自己生成新网格Remeshing使用一般的新网格Remeshing使用手动划分网格6.5 Remeshing使用ANSYS程序自己生成新网格使用ANSYS程序自己生成新网格需要使用到ESEL, AREMESH和AMESH命令，如图6.1所示。如果你打算使用该方法重分网格，下面内容是有用的。选择重分网格
14、的区域网格控制接触边界、载荷和边界条件学习实例，见Example: Rezoning Problem Using an ANSYS-Generated New Mesh.6.5.1.1选择重分网格的区域选择重分网格的区域(ESEL)包括整个或部分变形区，被选择区域单元具有下列相同的地方：材料类型单元类型（包括坐标系和KEOPT的设置）平面应变单元的厚度（实常数）节点坐标系（边界节点有不同的节点坐标系外）所选区域要包含所有的高度扭曲的单元。对2-D网格，该区包含有很大或很小内角和大长宽比的单元。如果边界节点分布太不均匀，附着这些节点的单元应该包括在内。选择区域内的边界可以有各种形状。选择区域太大
15、可能导致映射错误和需要消耗更多的时间。如果选择区域太小而不能包括所有高度扭曲的网格区域，重分网格后的新模型可能没有足够的质量达到收敛性。如果有几个区域需要求重分网格，或如果你打算重分网格的单元存在于双方接触边界，见Remeshing Multiple Regions at the Same Substep。使用ANSYS菜单操作：通过ANSYS主菜单，使用以下二者之一的方法选择一个重分网格区域：SolutionManual RezoningSelect Rezone ElementsGeneral PostprocManual RezoningCreate Rezone Component选择
16、单元并创建组，在重分网格的过程中，重分网格开始(REMESH,START)后输入组名。6.5.1.1.1 准备重分网格的面在选择区域的基础上，用AREMESH命令创建一个面并在其上生成新的网格。ANSYS确认被选择重分网格区域并在该区域为重分网格创建新的面。ANSYS同时也维持该区与其相邻区域的兼容性，且节点上的载荷和边界条件保持不变。ANSYS怎样创建新的边界线来影响面上网格质量和网格密度；因此，必须谨慎使用AREMESH命令。边界线是以所选区域边界上单元的边为基础，如下：线结合（AREMESH,0）允许你重新分配边界上的节点并控制新单元的尺寸，新单元可以比原来的单元大或小。但如果边界是高度
17、弯曲的，新单元的边可能构成稍微不同的边界。如果线段不结合（AREMESH,-1），新边界将与旧边界相匹配。在这种情况下，你不能控制边界上旧节点的位置（如果这样可能导致不能被接受的新网格），且边界上的单元只能小于或等于原单元的大小。为了保持兼容性，ANSYS不将线段与所选重分网格区域单元边界线结合（即使你指定要结合线）。如果有旧的节点在两条线段之间，并且该节点属于下列情况，那么它们也不能结合。有载荷或位移约束存在是强压、分布位移约束或接触边界的起始点。使用旧网格上的节点如果必要的话，可以保持被选择区域边界上的一些旧节点不变，并用于新网格中。如果要这样做，首先选择这些节点并将它们创建成节点组命名为
18、_ndnocmb_rzn (CM,_ndnocmb_rzn,NODE)，然后执行AREMESH命令。只要可能，最好不用旧网格上的节点。使用旧节点生成新的网格会有更多的限制，并且很难生成好质量的新网格。6.5.1.1.2 在同一个子步重分多个区域的网格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)。然后再选择其他的区域（注意不同的区域不能相互重叠），创建面，生成
19、新网格。你可以重复这个过程重分你希望重分网格的区域，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。如果两个想些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。如果你打算都重分网格，必须使用horizontal rezoning过程：两个区域，有不同的材料、单元坐标系、节点坐标系或实常数在接触边界上有单元两个区域都有畸变分散的单元。6.5.1.2 网格控制划分一个好的网格是重分网格能成功的关键。新网格应
20、该比旧网格好；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，甚至可能让问题变的更难收敛。一般情况下，如的2-D单元网格有以下特点：对四边形单元，单元内角接近于90度，对三角表单元，单元内角接近于60度。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长宽比好为了生成一个好的网格，令人满意的内部角度比单元长宽比过高或过低更值得考验。如果可能的话，避免使用三角单元；但如果四边形单元有非常大的内角，最好将接受某些有更可接受内部角度的三角单元，并用之代替四边形单元。新网格的质量完全依靠所选区域的形状、相邻单元和带有载荷和边界条件的边界节点；因此，没有单独的ANSYS
21、命令能确保新网格能划分成功。你可能需要不同命令联合使用的经验来获得最好的网格。创建划分新网格的面(AREMESH)后，有几个前处理命令可用来帮助你在所选区域生成好的网格：表6.4 可用于重分网格的前处理网格控制命令要求网格控制的类型适用的ANSYS命令单元尺寸AESIZE, DESIZE, ESIZE, KESIZE, LESIZE, 和 SMRTSIZE单元形状MOPT, MSHAPE, 和 MSHKEY单元内角用SHPP,MODIFY命令重新设置参数极限值，根据单元的类型，指定1114和1718的值。边界节点的分布边界节点要求特别注意。在不扰乱网格其它特点的情况下，使用LSIZE命令尽可能
22、的使节点的位置分布均匀网格细化AREFINE, EREFINE, KREFINE, LREFINE, NREFINE,其他ACLEAR, AMESH, KSCON, LCCALC, MSHMID如果重分网格使用了一般新网格generic new mesh（而不是an ANSYS-generated mesh），N和EN命令仍然可用。在重分网格操作的过程中，ACLEAR的命令仅适用于该通过AREMESH命令创建面的情况。在执行REMESH,START命令之后和执行REMESH,FINISH命令前的任何时候以上命令都可用。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、
23、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。要获得更多的信息，见Remeshing Multiple Regions at the Same Substep）。6.5.1.3 接触边界、载荷和边界条件生成新网格(AMESH)后，退出重分网格过程(REMESH,FINISH)。如果内面的实体单元重分网格，A
24、NSYS程序会表面自动地生成接触单元，然后传递所有的边界条件和载荷到新的网格。可以使用plot或list命令核实新生成的目标/接触单元，和传递边界条件和载荷是否完全正确。以下是相关内容：接触边界压强和连续位移力和单独施加的位移节点温度其他的边界条件和载荷6.5.1.3.1接触边界因为刚性目标单元不发生变形，这些单元没有必要重分网格。可变的目标单元和接触单元总是依附在实体单元表面；因此，如果内面的实体单元重分网格，在退出重分网格过程(REMESH,FINISH)后，ANSYS程序会自动生成目标/接触单元。ANSYS程序将所指定单元的选项、实常数和材料自动地传递给新的单元。确保接触边界上的新单元完
25、全正确。6.5.1.3.2压强和连续位移在重分网格的过程中，ANSYS保持施加压力或连续位移约束的边界上的节点不变。对于2-D问题，边界仅由起始节点组成。你可重新分配该区域里面的节点（起点与终点之间的区域）。如果你这样做，ANSYS程序将用线性插值的方法将压力和位移约束施加在新位置的节点上。如果起始节点坐标系旋转，新节点也跟着起始节点旋转相同的角度。如果原来的节点不是线性分布，线性插值可能会引起小的误差，如果原网格和新网格都足够密，误差不应该太大。下图给出了重分网格前后位移约束的异同：6.5.1.3.3 力和独立的位移约束如果力和独立的位移约束施加在一个节点上，在重分网格期间，ANSYS将保留
26、该节点，它的旋转角和力和位移约束。6.5.1.3.4 节点温度ANSYS仅通过BF命令将旧节点的温度传递给新节点（通过形状方程插值）。如果重分网格的区域存在交叉边界：一边上有施加了温度载荷的旧节点而另一边上没有，插值将导致靠近边界的新节点上温度分布不同。因此，尽量避免重分网格的区域存在交叉边界，如果存在交叉边界，用horizontal rezoning方法重分网格。6.5.1.3.5 其他边界条件和载荷任何其他的载荷和边界条件（如加速度、耦合和约束方程）在重分网格的区域将不可用并会在重分网格的过程中被清除，将可能导致求解不收敛或求解出的结果非常不同于预期值。6.5.2 作用普通的新网格重分网格
27、ANSYS允许你用其他程序生成普通的新网格（a Generic New Mesh）。使用普通新网格允许你有更多的方法控制网格，有时网格控制是必需的，当旧网格畸变的太严重而导致结果不收敛即使用ANSYS生成新网格的方法重分了网格（ANSYS-generated new mesh）。使用新的第三方网格，网格文件必须保存为.cdb格式。.cdb文件必须有网格信息，但IGES文件（几何信息）不是必要的。典型地，代表重分网格区域边界的小面几何体生成一个.cdb网格文件。通用网格的性能一般适用于2-D重分网格的问题，使用表Rezoning Requirements里所列出的单元。下面是有关使用普通新网格重
28、分网格的相关内容：使用REMESH命令和通用新网格应用通用新网格见例Rezoning Problem Using a Generic New Mesh。6.5.2.1使用REMESH命令和通用新网格如果你打算使用通用新网格重分网格而不是由ANSYS程序生成一个新网格，用REMESH,READ命令代替ESEL, AREMESH和AMESH命令，所图6.2所示。因为REMESH命令中的READ选项仅用来读取通用网格，新网格中的实体单元将继承旧网格中实体单元所有的属性。ANSYS忽略.cdb文件中的实体单元属性并且计算它们通过它们在实体模型中的位置；因此，在执行REMESH,READ命令后，仅读取.
29、cdb文件中的NBLOCK和EBLOCK记录（用来定义节点坐标和单元连通性）。你可以在同一个重分网格问题（参见horizontal rezoning）中多次执行REMESH,READ命令读入不同部分的网格。这些区域是独立的或与其它区域相互接触，但他们不重叠。代表多个区域的新网格也能写入一个.cdb文件。慎有Option = KEEP的情况，它假设：要么新网格中节点和单元编号在旧网格节点和单元最大编号的基础上已经偏置，要么公用节点或单元的编号在新网格中和在旧网格中一致。想知道REMESH命令中REGE和KEEP选项怎么工作，参见图6.5。图6.5：当使用通用新网格方法重分网格时REMESH命令的
30、选项在这个例子中，一个有24个节点和15个单元的已划分网格的区域使用REMESH命令中的REGE选项重分网格。新网格的.cdb文件包括116号节点和19号单元。重分网格后，这些节点和单元的编号在旧节点和单元最大编号的基础上适当地偏置了（分别偏置了15和24）。同样的问题出现在这个例子中，然而，新网格的.cdb文件中定义节点的编号从2842，单元编号从1725，在这种情况下，使用REMESH命令的KEEP选项重分网格，因些节点和单元编号没有偏置。需要更多的信息，见REMESH命令说明。6.5.2.2 使用通用新网格没有必要在通用新网格的.cdb文件中指定载荷、边界条件、材料属性等。ANSYS程序
31、从模型自动地分配这些值到新的网格并忽略任何指定的值。如果必要，你可以通过增加载荷步或重启来添加新的载荷。ANSYS推荐输出变形后旧网格所有的离散边界条件信息以适应于第三方软件使用，并且当生成新网格时，核查集中荷载作用下节点的位置、接触/目标区域的范围、边界条件和分布载荷范围是否保留。如果这些关键节点没有保留下来，你将不能继续进行分析。新网格是可以接受的即使新网格平滑的几何边界与旧网格的几何边界不完全一致，如图6.6所示；然而偏差必须非常小。如果重分网格的部分有接触/目标单元，ANSYS在生成新网格时是否自动地生成这些单元取决于旧网格内的单元类型是否与接触/目标单元的类型相同。在模型中的单个刚性目标单元在整个分析的过程中始终保持不变并且也不能重分网格；然而，依附在实体单元上的所有的接触/目标单元可以重分网格。当可能从.cdb文件中读入新网格的新的接触/目标单元时，在仅重分网格的实体单元中读入文件比ANSYS生成新的接触/目标单元更快更有效。新网格的.cdb文件在NBLOCK和
