基于APDL的ANSYS网格划分及应用

1  ANSYS软件、分析流程及网格划分介绍
    ANSYS是由美国Pittsburgh大学力学系教授John Swanson博士为工程分析而开发的大型商业套装CAE软件，它集结构、流体、热、电磁、声学和耦合场于一体，应用于诸多领域。ANSYS软件的分析可分为前处理、求解和后处理三个过程，如图1所示。

图1 ANSY$计算分析基本流程

    ANSYS有限元分析是通过采用大量几何形状简单的单元组合来近似描述整体结构，利用单元节点变量对单元内部变量进行插值来实现对总体结构的分析计算。将结构离散成简单单元的组合，称为有限元网格划分，简称网格划分。这些简单单元的集合称为有限元网格，简称为网格。划分的网格形式对计算精度和计算规模产生直接的影响，因而，网格划分是建立有限元模型的一个重要环节，要求考虑的问题较多，工作量大。利用参数化程序设计语言APDL(ANSYS Parametric Design Language)将ANSYS命令组织起来，编写出参数化的网格划分程序，提高ANSYS使用效率和网格划分质量，并完成对长虹SF21366型电视机模型的有限元网格划分。
2 APDL划分网格的实现
    在对由多种材料构成的复杂模型进行网格划分时，应考虑网格数量、结构的对称性、细节略去和应力梯度大小等因素，需多次调整才能得到理想的网格。而APDL命令流表达清晰、便于修改和复制，可灵活的对模型进行网格划分。
    在对具体实体模型进行网格划分时，从ANSYS OUTPUT Window可知默认的网格划分顺序是根据实体编号从小到大逐一进行网格划分的。而APDL命令流可以通过对实体模型的网格划分顺序进行调整，影响网格划分质量，为获得较理想的网格，先按照默认的方式自由划分网格，找出错误、警告或划分质量不理想单元的所在实体编号，找到适合此实体的网格划分方法，用APDL命令流建立编号数组，并将实体编号放人其中。以相同方式为每一个实体找到适合其自身的网格划分方法，将所有与实体编号对应的网格划分方法以宏名放入网格划分方数组中。建立循环，在对实体模型进行网格划分时按照实体编号和一定的顺序调用与其对应的划分方法。
    用APDL对长虹SF21366型电视机进行网格划分，如图2所示。其命令如下：
    /PREP7 ！进入前处理
    *DIM，LA，ARRAY，8，5！将实体所属线号放入LA二维数组中
    *SET，LA(1，1)，15，16，4，3，19，54，24，52！给二维LA数组赋值
    *SET，LA(1，5)，2，1，5，6，12，8，7，11
    *DIM，LB，ARRAY，5!将对不同线段划分的段数放入LB一维数组中
    LB(1)=20，30，10，20，40
    *DO，AB，1，5！用双重循环按照设定的段数划分实体所属线
    *DO，C，1，8
    LESIZE，LA(C，AB)，，，LB(AB)，，，，，1！调用线号数组LA并通过调用段数数组LB时其设置划分的段数
    * ENDDO!结束嵌套循环
    * ENDDO!结束外部循环
    *DIM，LD，ARRAY，9，2
    LD(1，1)=1，13，24，4，9，7，16，10，14！将要被划分网格的实体编号按照一定顺序放入二维数组LD中
    LD(1，2) -2，26，21，27，25，23，22，15，17
    * DO，LLD，1，2!用双重循环划分实体
    MAT，LLD!给被划分的实体赋材料属性
    REAL，LLD!给被划分的实体赋实常数
    MSHAPE，0，2D
    MSHKEY，1
    *DO，LLE，1，9
    ASEL，S，LD (LLE，LLD)调用LD数组选中将被划分的实体
    AMESH，LD( LLE，LLD )!调用LD数组选中划分的实体
    *ENDDO!结束嵌套循环
    *ENDDO!结束外部循环
    以上是对该型电视机的CRT网格划分的命令流，以相同方式划分电视机壳体肋板和前后夕院等部件。

a APDL划分网格     b 自由划分网格
图2 实体模型网格划分

    图2是用APDL通过以上方式和自由划分网格对长虹SF21366型电视机的实体模型的网格划分。由单元信息表1可反映出通过APDL划分的电视机有限元模型的网格质量较好。

表1 单元信息对比表

3 结论
    ANSYS软件经过几十年的发展，日趋成熟。它不但具有良好的数据库管理和强大的前后处理功能，而且还时刻追踪先进的计算方法和计算机技术，不断提高分析精度和扩展自身的开放性，并提供良好的二次开发功能。在此我们完成了对长虹SF21366型电视实体模型的网格划分，改善了对复杂实体模型的网格划分效果。