3.8 修正有限元模型

本节主要叙述一些常用的修改有限元模型的方法，主要包括以下方面。

局部细化网格。

移动和复制节点和单元。

控制面、线和单元的法向。

修改单元属性。

3.8.1 局部细化网格

通常，碰到下面两种情况时，用户需要考虑对局部区域进行网格细化。

用户已经将一个模型划分了网格，但想在模型的指定区域内得到更好的网格。

用户已经完成分析，同时根据结果想在感兴趣的区域得到更精确的解。

下面具体介绍利用命令或者相应GUI菜单途径，进行网格细化并设置细化控制。

（1）围绕节点细化网格。

        命令：NREFINE。
        GUI:Main Menu > Preprocessor > Meshing > Modify Mesh > Refine At > Nodes。

（2）围绕单元细化网格。

        命令：EREFINE。
        GUI:Main Menu > Preprocessor > Meshing > Modify Mesh > Refine At > Elements。
            Main Menu > Preprocessor > Meshing > Modify Mesh > Refine At > All。

（3）围绕关键点细化网格。

        命令：KREFINE。
        GUI:Main Menu > Preprocessor > Meshing > Modify Mesh > Refine At > Keypoints。

（4）围绕线细化网格。

        命令：LREFINE。
        GUI:Main Menu > Preprocessor > Meshing > Modify Mesh > Refine At > Lines。

（5）围绕面细化网格。

        命令：AREFINE。
        GUI:Main Menu > Preprocessor > Meshing > Modify Mesh > Refine At > Areas。

如图3-52～图3-55所示为一些网格细化的范例。

图3-52 网格细化范例（1）

图3-53 网格细化范例（2）

图3-54 网格细化范例（3）

图3-55 网格细化范例（4）

从图3-52～图3-55中可以看出，控制网格细化时常用的3个变量为LEVEL、DEPTH和POST。下面对3个变量分别进行介绍，在此之前，先介绍在何处定义这3个变量值。

以用菜单路径围绕节点细化网格为例。

        GUI:Main Menu > Preprocessor > Meshing > Modify Mesh > Refine At > Nodes。

弹出拾取节点对话框，在模型上拾取相应节点，弹出Refine Mesh at Node对话框，如图3-56所示，在LEVEL后面的下拉列表框中选择合适的数值作为LEVEL值，选中Advanced options后面的Yes复选框，单击OK按钮，弹出Refine mesh at nodes advanced options对话框，如图3-57所示。在DEPTH后面的文本框中输入相应数值，在POST后面的下拉列表框中选择相应选项，其余选项保持默认，单击OK按钮即可执行网格细化操作。

图3-56 局部细化网格对话框（1）

图3-57 局部细化网格对话框（2）

下面对3个变量分别解释。LEVEL变量用来指定网格细化的程度，必须是从1～5的整数，1表示最小程度的细化，其细化区域单元边界的长度大约为原单元边界长度的1/2;5表示最大程度的细化，其细化区域单元边界的长度大约为原单元边界长度的1/9，其余值的细化程度如表3-3所示。

表3-3 细化程度

DEPTH变量表示网格细化的范围，默认DEPTH=0，表示只细化选择点（或者单元、线、面等）处一层网格，当然，DEPTH=0时也可能细化一层之外的网格，那是因为网格过渡的要求所致。

POST变量表示是否对网格细化区域进行光滑和清理处理。光滑处理表示调整细化区域的节点位置以改善单元形状，清理处理表示ANSYS程序对那些细化区域或者直接与细化区域相连的单元执行清理命令，通常可以改善单元质量。默认情况是进行光滑和清理处理。

另外，图3-57中的RETAIN变量通常设置为On（默认形式），这样可以防止四边形网格裂变成三角形。

3.8.2 移动和复制节点及单元

当一个已经划分了网格的实体模型图元被复制时，用户可以选择是否连同单元和节点一起复制，以复制面为例，选择主菜单中的Main Menu > Preprocessor > Modeling > Copy > Areas命令之后，弹出Copy Areas对话框，如图3-58所示，可以在NOELEM后面的下拉列表框中选择是否复制单元和节点。

图3-58 复制面（Copy Areas）对话框

（1）移动和复制面。

        命令：AGEN。
        GUI:Main Menu > Preprocessor > Modeling > Copy > Areas。
            Main Menu > Preprocessor > Modeling > Move/Modify > Areas > Areas。

（2）移动和复制体。

        命令：VGEN。
        GUI:Main Menu > Preprocessor > Modeling > Copy > Volumes。
            Main Menu > Preprocessor > Modeling > Move/Modify > Volumes。

（3）对称映像生成面。

        命令：ARSYM。
        GUI:Main Menu > Preprocessor > Modeling > Reflect > Areas。

（4）对称映像生成体。

        命令：VSYMM。
        GUI:Main Menu > Preprocessor > Modeling > Reflect > Volumes。

（5）转换面的坐标系。

        命令：ATRAN。
        GUI:Main Menu > Preprocessor > Modeling > Move/Modify > Transfer Coord > Areas。

（6）转换体的坐标系。

        命令：VTRAN。
        GUI:Main Menu > Preprocessor > Modeling > Move/Modify > Transfer Coord > Volumes。

3.8.3 控制面、线和单元的法向

如果模型中包含壳单元，并且加的是面载荷，那么用户就需要了解单元面以便能对载荷定义正确的方向。通常，壳的表面载荷将加在单元的某一个面上，并根据右手法则（I, J, K, L节点序号方向，如图3-59所示）确定正向。如果用户是用实体模型面进行网格划分的方法生成壳单元，那么单元的正方向将与面的正方向一致。

图3-59 面的正方向

有以下几种方法进行图形检查。

壳执行/NORMAL命令（GUI:Utility Menu > PlotCtrls > Style > Shell Normals），接着再执行EPLOT命令（GUI:Utility Menu > Plot > Elements），该方法可以对壳单元的正法线方向进行一次快速的图形检查。

利用命令GRAPHICS, POWER（GUI:Utility Menu > PlotCtrls > Style > Hidden-Line Options，如图3-60所示）打开PowerGraphics选项（通常该选项是默认打开的）, PowerGraphics将用不同颜色来显示壳单元的底面和顶面。

图3-60 打开PowerGraphics选项

用假定正确的表面载荷加到模型上，然后在执行EPLOT命令之前先打开显示表面载荷符号的选项[/PSF, Item, Comp,2]（相应GUI:Utility Menu > PlotCtrls > Symbols）以检验方向的正确性。

有时用户需要修改或者控制面、线和单元的法向，ANSYS程序提供了如下方法。

（1）重新设定壳单元的法向。

        命令：ENORM。
        GUI:Main Menu > Preprocessor > Modeling > Move/Modify > Elements > Shell Normals。

（2）重新设定面的法向。

        命令：ANORM。
        GUI:Main Menu > Preprocessor > Modeling > Move/Modify > Areas > Area Normals。

（3）将壳单元的法向反向。

        命令：ENSYM。
        GUI:Main Menu > Preprocessor > Modeling > Move/Modify > Reverse Normals > of
  Shell Elems。

（4）将线的法向反向。

        命令：LREVERSE。
        GUI:Main Menu > Preprocessor > Modeling > Move/Modify > Reverse Normals > of
  Lines。

（5）将面的法向反向。

        命令：AREVERSE。
        GUI:Main Menu > Preprocessor > Modeling > Move/Modify > Reverse Normals > of
  Areas。

3.8.4 修改单元属性

通常，要修改单元属性时，用户可以直接删除单元，重新设定单元属性后再执行网格划分操作，这个方法最直观，但也最费时、最不方便。下面提供另外一种不必删除网格的简便方法。

        命令：EMODIFY。
        GUI:Main Menu > Preprocessor > Modeling > Move/Modify > Elements > Modify Attrib。

执行上述命令后弹出拾取单元对话框，用鼠标在模型上拾取相应单元之后即弹出Modify Elem Attributes对话框，如图3-61所示，在STLOC后面的下拉列表框中选择适当选项（例如单元类型、材料号和实常数等），然后在I1后面的文本框中输入新的序号（表示修改后的单元类型号、材料号或者实常数等）。

图3-61 修改单元属性对话框