ANSYS的MESH200单元应用方法

0 前言

　　ANSYS软件是通用有限元分析软件，越来越广泛地应用于我国的航空航天、机械制造、汽车交通、铁道、能源、化工等领域。一个典型ANSYS分析过程分为3步骤：建立模型;加载并求解;查看分析结果。第1步建立模型常常花费大量时间在如何给几何模型划分网格上，而ANSYS软件提供的MESH200单元是专门用于划分网格的辅助单元，本文将通过实例来说明MESH200单元的用法，为给几何模型生成有限元模型提供参考。

　　1 MESH200单元说明

　　MESH200单元是仅用来划分网格的单元，它对计算结果毫无影响。这个单元用于以下几种类型的操作：

　　多步骤的网格划分，例如单元的扩展要求从低一级的单元生成高一级的单元。

　　二维或三维空间中有或没有中间节点的线的网格划分。

　　三维空间中有或没有中间节点的三角形、四边形、四面体或六面体单元组成的面或体的网格划分。

　　MESH200单元可以通过设置单元属性来选择它的几何构造及节点布置，具体地可以参照ANSYS帮助文件。

　　MESH200单元可以与任意其他单元一起使用。它不具有自由度、材料特性、实常数或荷载。一旦不需要该单元时，可以删除或留在模型中，不影响计算结果。使用EMODIF命令可以将MESH200单元转换为其他单元。

　　2 MESH200单元应用实例

　　MESH200单元常常用于拖拉和扫掠网格划分中。

　　(1)拖拉网格

　　例如某一要进行电磁场分析的磁体(见图1)，对该几何体的网格划分就可以借助MESH200单元来完成。

 

　　根据该磁体的结构，建立该磁体模型，可通过先建立磁体横截面，然后把横截面沿着磁体径向方向拉伸即可。为能够对面进行映射网格划分，把磁体横截面切割成图2所示的相互连接都是4条边的面，因为面映射网格划分的条件是面是3条或4条边。

 

　　定义2个单元:MESH200单元用来划分磁体横截面，SOLID45单元用于拖拉横截面后生成的磁体三维模型。设置MESH200单元的KEYOPT(1)=6，即MESH200单元是4个节点的四边形单元。对所划分的网格大小进行总体单元大小的控制，设置总体单元尺寸为10mm用MESH200单元映射网格划分后的磁体横截面见图3所示。

 

　　设置拖拉网格的属性:SOLID45单元，沿着拖拉的径向方向设置拖拉的份数为42份。然后执行把图3的磁体横截面沿着该面的径向拖拉，生成图4所示的网格。

 

　　拖拉后的磁体有限元模型中MESH200单元不参与以后的计算，可以保留也可以删除。不删除，即使要显示保留有MESH200单元的磁体中截面结果云图时，MESH200单元也是不能激活的，在操作时MESH200单元可以自动避开选择。

　　对于该磁体横截面的网格划分也可以选择面单元来实现，比如PLANE42单元，但是平面单元的使用有局限性，模型只能建立在XY平面上，建在其他平面上用平面单元是划分不了网格的，而MESH200单元就没有这样的限制。如果选用PLANE42等平面单元来划分面后再拉伸成体，最后求解时一定要把面上的单元清除掉，否则可能会导致求解出错。

　　(2)扫掠网格

　　许多要分析的实际结构都是比较复杂的、不是规则的几何体，要对这样的几何体划分成规则的六面体网格，也可借助MESH200单元来完成。如航空发动机的压气机叶片的榫槽结构不是规则的几何形状(见图5)，要对其划分规则的六面体单元，可以借助MESH200单元先划分面，然后进行体扫掠网格划分。

 

　　MESH200单元有多种单元形式选择，设置MESH200的单元形状和节点数目，设置KEYOPT(1)=7，是8个节点的四边形单元，划分实体的单元选择20节点的SOLID95单元。

　　划分单元时，先进行总体单元大小控制，设置总体尺寸为4mm，榫槽槽底圆弧处是应力集中部位，要对圆弧处划分较细的网格，对4个圆弧线进行线划分单元数控制，设置圆弧线划分为11份。选择MESH200单元对除榫槽2个端面外的其他面进行映射网格划分，见图6所示。

 

　　选择SOLID95单元，对榫槽进行体扫掠网格划分，划分后的网格见图7所示。对划分网格后的榫槽就可施加载荷和边界条件进行计算，MESH200单元就不再需要它，可以将其删除(清除)或者保留，它的存在不会影响计算结果。

 

　　3 结语

　　ANSYS软件对复杂几何模型划分网格是一个繁琐和细致的工作，本文通过2个实例来增加对MESH200单元的理解，为几何模型网格的划分提供一个参考。对使用MESH200单元时要注