Ansys 2021R2结构网格编辑新功能：提升设计效率的关键

前言

Ansys2021R2在结构网格编辑方面增加了一些新功能，这些功能在网格拉伸、网格旋转、网格表面敷层等方面有很多亮点和特色。

新版本在Mesh Edit模块中添加了Pull工具，该工具可以将壳单元通过一定形式的拉伸得到实体，也可以在实体的表面赋予一层壳单元。具体的说，Pull工具共分3个功能：Extrude、Revolve、Surface Coating。

功能介绍

• Extrude功能：该功能可以将壳单元按高度(或拉伸指定面)方式拉伸一定层数的实体单元，可以支持的拉伸对象为面体、面和单元面。
• Revolve功能：该功能可以将壳单元基于某一旋转轴进行旋转拉伸得到一定层数的扇形实体单元，可以支持的拉伸对象为面体、面和单元面。
• Surface Coating功能：该功能可以在已知实体的表面赋予一层壳单元（包括通过extrude、revolve生成的实体表面），生成的壳体网格上与实体网格相匹配，且可以对该面体单独进行分析及后处理提取。

实例解析

• Extrude功能测试：首先建立如图1的面体。并在mechanical中划分壳单元(见图2)。然后添加Mesh Edit > Pull > Extrude，设定拉伸高度为10mm，层数为10层(图3)，并赋予结构钢材料，得到拉伸后的网格见图4。同时，原面体在几何上被抑制，仅存在生成的实体。

图1 面体

图2 壳单元

图3 Extrude功能设置（圆圈代表被抑制，×代表已生成网格）

图4 拉伸后的实体网格

用户除了可以通过定义具体层数进行拉伸外，还可以通过“直到”功能完成更加丰富的操作。首先我们建立图5的模型，外侧有一层壳，内部有一个圆柱体，我们设想外部的壳单元直接拉伸10份网格至内部圆柱面上，得到圆筒和圆柱两个体，具体操作见图6。

图5 壳与圆柱体模型

图6 从面拉伸网格至实体

• Revolve功能测试：同功能1）测试的模型，建立如图1）的面体。然后添加Mesh Edit > Pull > Revolve，首先建立网格旋转的基准坐标系(图7)，设定网格旋转角30度，层数为10层，旋转轴为X轴，并赋予结构钢材料。得到拉伸后的扇形网格及实体见图8。

图7 基准坐标系

图8 网格旋转拉伸设置及示意

• Surface Coating功能测试：首先建立如图9的实体模型，添加Mesh Edit > Pull > Surface Coating，选择需要敷设壳单元的表面，赋予区别于实体模型的面体材料属性A，设置stiffness option为Membrane and Bending，壳单元厚度为1mm。（见图10）。添加表面壳单元后，打开网格厚度效应显示，见图11。

图9 实体模型

图10 Surface Coating设置

图11 敷设表面单元后的网格

从上述功能测试可以看到，通过Pull-Extrude以及Pull-Revolve，可以使面单元按一定方式拉伸成实体，并且该实体不仅仅具有网格的属性，还具有几何的属性。即生成的实体和导入的实体一样，可以对其的体、面、线进行载荷和边界条件设置。如图12所示。

图12 载荷及结果显示

结语

可见，新增的Extrude和Revolve功能不仅可以对网格进行操作，还可以给生成的网格赋予相应的几何特征，提升了建模和网格划分的灵活性，提高了用户效率。同时，拉伸得到的面，如果与已有的实体表面发生接触，则可以完成相应的接触设置。

通过上文的案例演示，可以发现网格编辑的这些新功能还是十分强大的。这些新功能对于诸如印刷电路板(PCB)、涡轮机叶轮之类的结构的设计与仿真十分有帮助。通常此类结构比较容易得到面网格，通过Pull>Extrude或Pull>Revolve工具比较容易拉伸出基于壳单元的实体网格。同样，对于需要考虑表面效应的问题，Pull>Surface Coating工具可以起到一定的作用。

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