ANSYS自由网格划分命令如何高效使用？

在ANSYS中进行自由网格划分是有限元分析中常用的技术，尤其适用于复杂几何形状或不规则边界的模型，自由网格划分不需要用户预先定义网格的拓扑结构，而是由程序自动生成四面体（3D）或三角形（2D）单元，具有灵活性和简便性，以下是关于ANSYS自由网格划分命令的详细说明，包括操作步骤、关键参数及注意事项。

自由网格划分的核心命令主要在ANSYS Mechanical APDL（MAPDL）或Workbench环境中实现，在MAPDL中，用户可通过命令流控制网格划分过程；在Workbench中，则通过图形界面操作，底层同样调用相关命令,以下是关键命令及功能说明：

1. ET命令（单元类型定义）
   在划分网格前，需指定单元类型，定义3D实体单元：

   ET,1,SOLID187  ! 10节点四面体单元

   常用单元类型包括SOLID187（3D）、PLANE182（2D）、SHELL181（壳体）等，选择单元时需考虑分析类型（结构、热、电磁等）和精度要求。

2. MSHAPE命令（网格形状控制）
   用于设定网格形状，自由网格划分通常选择四面体或三角形：

   
   （图片来源网络，侵删）

   MSHAPE,0,3D  ! 0为四面体，1为六面体（仅适用于映射网格）

   在2D分析中，MSHAPE,0为三角形，MSHAPE,1为四边形。

3. MSHKEY命令（网格划分模式）
   切换自由网格与映射网格：

   MSHKEY,1  ! 自由网格（默认）
   MSHKEY,0  ! 映射网格

   自由网格适用于复杂几何，但单元数量可能较多,影响计算效率。

4. ESIZE命令（全局单元尺寸）
   控制网格的整体密度：

   
   （图片来源网络，侵删）

   ESIZE,0.5  ! 全局单元边长0.5m

   尺寸越小，网格越密，计算精度越高,但耗时增加。

5. LESIZE命令（局部尺寸控制）
   对特定边或线设置独立网格尺寸：

   LSEL,S,LINE,,1  ! 选择线1
   LESIZE,ALL,0.2  ! 设置线1的单元尺寸为0.2m

   常用于关键区域（如应力集中区）的细化。

6. VMESH命令（体网格划分）
   对3D实体生成网格：

   VMESH,ALL  ! 对所有体划分网格

   划分前需确保几何模型闭合且无重叠。

7. AMESH命令（面网格划分）
   对2D面生成网格：

   AMESH,ALL  ! 对所有面划分网格

8. SMRTSIZE命令（智能尺寸控制）
   自动计算网格尺寸，适用于复杂模型：

   SMRTSIZE,6  ! 智能等级1-10，数值越大网格越密

   结合ESIZE使用时，SMRTSIZE优先级较低。

9. ACCO命令（自动合并公差）
   控制节点合并容差，避免重复节点：

   ACCO,0.1  ! 合并容差0.1m

10. CHKMSH命令（网格检查）
    检查网格质量，如雅可比比率、扭曲度等：

     CHKMSH,ALL

注意事项：

• 自由网格划分可能产生质量差的单元（如细长四面体），需通过QMESH命令优化网格。
• 对薄壁结构，建议使用壳单元（SHELL181）替代实体单元以减少计算量。
• 在Workbench中，可通过“Details of ‘Mesh’”面板设置“Relevance”（智能等级）和“Element Size”,与命令流参数对应。

相关问答FAQs：

Q1: 如何在自由网格划分中提高关键区域的精度？
A1: 可通过局部尺寸控制实现，先选择关键边或面，使用LESIZE命令设置更小的单元尺寸，再执行VMESH或AMESH，可启用“Pinch”功能（Workbench中）或VPINCH命令（MAPDL）细化局部区域。

Q2: 自由网格划分后出现畸形单元，如何优化？
A2: 可采用以下方法：

1. 调整ESIZE或SMRTSIZE参数，增大全局尺寸避免过小单元。
2. 使用QMESH,ALL命令执行网格平滑处理。
3. 在Workbench中，通过“Mesh”面板的“Quality”选项设置“Skewness”阈值，自动优化网格。
4. 对复杂几何，尝试混合网格（如边界层使用棱柱单元）。