ANSYS网格划分精度及类型对钢片位移及应力影响分析

ANSYS网格划分精度及类型对钢片位移及应力

影响分析

摘要:Ansys为大型通用的有限元分析软件，在结构、流体、电场、磁场、声场等方面有着广泛地应用。在利用ansys进行分析计算时，需要对已建好的模型划分网格，进而求解计算。网格划分精度与类型不同，直接影响着计算结果。本文依据某实例，分别计算钢片在平面与实体下不同网格尺寸、类型，以及假定钢片为平面或实体划分网格的条件下产生的位移与应力进行对比分析，得出不同的网格划分精度刚片产生的最大位移与最大应力不同，且应力相差较大，最大位移与最大应力和网格划分精度间无明显关系；在进行厚度不大的钢片平面应力问题计算时，应把钢片看作平面结构进行计算，不可看成实体结构；进行网格划分时一定要根据网格划分规则选择合适的精度，否则结果相差很大。 关键词：ANSYS；网格；网格精度；对比分析。

1.引言

Ansys为大型通用的有限元分析软件，在结构、流体、电场、磁场、声场等领域有着广泛地应用。在利用ansys进行分析求解时，需要对已建好的模型进行网格划分。网格划分主要包括四种方法：延伸划分、映像划分、自由划分和自适应划分。延伸网格划分可将一个二维网格延伸成一个三维网格；映像网格划分允许用户将几何模型分解成简单的几部分，然后选择合适的单元属性和网格控制，生成映像网格；自由网格划分可对复杂模型直接划分，避免了用户对各个部分分别划分然后进行组装时各部分网格不匹配带来的麻烦；自适应网格划分是在生成了具有边界条件的实体模型以后，用户指示程序自动地生成有限元网格，分析、估计网格的离散误差，然后重新定义网格大小，再次分析计算、估计网格的离散误差，直至误差低于用户定义的值或达到用户定义的求解次数。不同网格划分方法或者网格划分精度与类型的不同对计算结果的准确性影响如何，作为一个ansys初学者，这是必须要理解知晓的，以便以后遇到复杂的ansys分析时，懂得如何使用正确的网格划分。

2.分析方案

2.1分析对象

本文以两片长为8m的具有一定厚度不同开孔形式的正方形钢板为分析对象，利用有限单元法对其进分析。其中一片钢板中间抠去长为4m的正方形，另一片抠去长为4m四角为半径1m的倒角钢片假定为实体结构时，的正方形（图1）。

5kN5kNδ=0.01m透孔透孔δ=0.01m8m4m8m4m4m8m4m8m

（a） （b）

图1.分析对象

2.2分析方法

本文以图1为例，利用ansys对其结构利用有限单元法计算其位移与应力。分析钢片假定为平面结构时网格划分精度为0.05m、0.1m、自由划分以及网格划分类型为三角形、四边形的条件下对位移与应力的影响，分析钢片假定为实体结构时各边划分精度相同、各边划分精度不同、自由划分以及网格划分类

型为三角形的条件下对位移与应力的影响。同时分析了钢片在网格划分精度为0.01m网格划分类型为三角形的条件下分别假定为平面结构与实体结构的条件下对位移与应力的影响。

3.网格划分精度对位移与应力的影响分析

分别计算钢片在不同网格划分精度、网格划分类型以及假定为平面问题或实体问题的条件下产生的位移及应力，将其进行对比分析，从而得出网格划分精度及类型的不同对位移与应力的影响。 3.1钢片假定为平面结构

钢片假定为平面结构时，选取单元类型为plane82，厚度较薄，可视为平面应力问题。弹性模量为2.1e11，泊松比为0.3，钢片密度为7800。 3.1.1网格划分类型为三角形

选取图1（a）为研究对象，在网格划分类型为三角形的前提下，将在网格划分精度为0.05m、0.1m、自由划分的条件下产生的位移与应力结果进行对比分析，得图2，图3。

（a） （b） （c）

图2.网格划分类型为三角形条件下的位移结果图

（a） （b） （c）

图3.网格划分类型为三角形条件下的应力结果图

由图2、图3可知，钢片假定为实体结构时，在网格划分类型为三角形的条件下，在网格划分精度为0.05m、0.1m、自由划分的情况下，其对应的最大位移分别为6.32e-5、7.42e-5、6.46e-5，其对应的最大应力为1.03e8、7.27e7、2.67e7。网格划分时，自由划分的精度最小，精度为0.05m的最大，由此可以看出，钢片假定为实体结构时，在网格划分类型为三角形的条件下，不同的网格划分精度对应求解出的最大位移与应力不同，且最大应力随着网格划分精度的增大而增大。 3.1.2网格划分类型为四边形

选取图1（a）为研究对象，在网格划分类型为四边形的前提下，将在网格划分精度为0.05m、0.1m、自由划分的条件下产生的位移与应力结果进行对比分析，得图4，图5。

（a） （b） （c）

图4.网格划分类型为四边形条件下的位移结果图

（a） （b） （c）

图5.网格划分类型为四边形条件下的应力结果图

由图4、图5可知，钢片假定为平面结构时，在网格划分类型为四边形的条件下，网格划分精度为0.05m、0.1m、自由划分的情况下，其对应的最大位移分别为6.99 e-5、7.18e-5、6.54e-5，其对应的最大应力为1.37e8、 8.09e7、4.13e7。网格划分时，自由划分的精度最小，精度为0.05m的最大，由此可以看出，钢片假定为实体结构时，在网格划分类型为四边形的条件下，不同的网格划分精度对应求解出的最大位移与应力不同，且最大应力随着网格划分精度的增大而增大。 3.1.3相同网格划分精度条件下网格划分类型的比较

选取图1（a）为研究对象，在网格划分精度均为0.01m的前提下，将网格划分类型为三角形与四边形产生的最大位移与最大应力结果进行对比分析，得图6，图7。

（a） （b）

图6.钢片网格划分类型为三角形与四边形下的位移结果图

（a） （b）

图7.钢片网格划分类型为三角形与四边形下的应力结果图

由图6、图7可知，在网格划分精度相同的条件下，钢片划分类型为三角形与四边形时其各自对应的最大位移分别为7.42 e-5、7.18e-5，最大应力为7.27e7、 8.09e7。由此可以看出，片划分类型为三角形与四边形时其各自对应的最大位移与最大应力不同，但相差不大。 3.2钢片假定为实体结构

钢片假定为实体结构时，选取单元类型为solid185，按实体结构进行求解。其弹性模量为2.1e11，泊松比为0.3，钢片密度为7800。 3.2.1钢片划分为四边形

选取图1（b）为研究对象，在网格划分类型为四边形的前提下，将实体网格划分分为三种方案：（1）实体各边网格划分均为0.01m；（2）实体前后面上的线划分为0.03m，中间棱划分为0.01m，（3）实体前后面上的线划分为0.05m，中间棱划分为0.01m，。将各种方案产生的位移与应力结果进行对比分析，得图8、图9。

（a） （b） （c）

图8.网格划分类型为四边形条件下的位移结果图

（a） （b） （c）

图9.网格划分类型为四边形条件下的应力结果图

由图6、图7可知，钢片假定为实体结构时，在网格划分类型为四边形的条件下，方案（1）（2）（3）各自对应的最大位移分别为1.18 e-4、6.61e-5、6.35e-5，最大应力为4.23e7、 7.38e7、5.36e7。钢片按实体

结构做网格划分时，方案（3）的精度最小，方案（1）的精度最大，由此可以看出，钢片假定为实体结构时，在网格划分类型为四边形的条件下，不同的网格划分精度对应求解出的最大位移与应力不同，且最大位移与应力的变化与网格划分精度的变化无明显规律。

3.3相同网格划分精度与类型条件下钢片假定平面与实体的比较

选取图1（a）为研究对象，钢片假定为平面结构时，选取单元类型为plane82，按平面应力问题进行求解，钢片假定为实体结构时，选取单元类型为solid185，按实体结构进行求解。弹性模量为2.1e11，泊松比为0.3，钢片密度为7800。钢片假定平面结构与实体结构时，其网格划分精度均为0.05m，网格划分类型均为四边形。在以上条件下求解钢片的产生的位移与应力云图图10、图11。

（a） （b）

图10.钢片假定为平面与实体条件下位移结果图

（a） （b）

图11.钢片假定为平面与实体条件下应力结果图

由图8、图9可知，在网格划分精度相同、网格划分类型为四边形的条件下，钢片假定为平面结构与实体结构各自对应的最大位移分别为6.99 e-5、6.29e-5，最大应力为1.37e8、 5.23e7。由此可以看出，钢片假定为平面与实体结构时，其各自产生的最大位移与最大应力相差较大，因此，在进行厚度不大的钢片平面应力问题计算时，应把钢片看作平面结构进行计算，不可看成实体结构。

4结论

（1）不同的网格划分精度刚片产生的最大位移与最大应力不同，且应力相差较大，最大位移与最大应力和网格划分精度间无明显关系。

（2）不同的网格划分类型刚片产生的位移与应力不同，但结果相差不大。 （3）钢片假定为平面结构与实体结构时其各自对应的最大位移与最大应力相差较大，在进行厚度不大的钢片平面应力问题计算时，应把钢片看作平面结构进行计算，不可看成实体结构。

由以上可以看出，在进行网格划分时，网格划分精度很重要，一定要根据网格划分规则选择合适的精度，否则结果相差很大。

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