单元形状检查（基础教程）

坐井观蛙

序：对于网格的质量，ANSYS根据它的标准去辨别，对于用户，特别是初中级别只能了解如何去设置这些标准，放松单元的限制，而要真正的了解单元了解结果的好坏，还得靠实际的工程经验！别无选择~
    不好的单元形状会使分析结果不准，因此，ANSYS程序进行单元检查以提醒用户网格划分操作是否生成了形状不好的单元。然而不幸的是没有通用的判别网格好坏的准则。换句话说，一种单元形状对某一个分析可能得出不准确的结果，但对另一个分析可能是完全可以接受的，因此必须明确ANSYS程序判别形状不好单元的准则完全是武断的，出现了数百次的单元警告信息并不意味着单元形状会引起不准确的结果。（相反，如果没有得到单元形状的任何警告信息，也不能保证一定能得到精确的分析结果）如同有限元分析的许多方面一样，单元形状的好坏还是用户自己去判别。
尽管ANSYS缺省执行单元形状检查，仍有许多控制单元形状检查的选项。修改单元形状检查的方法：
命令：SHPP
GUI: Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls>Shape Checking
Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls>Toggle Checks
包括以下内容：
·完全关闭单元形状检查或只打开警告模式
·打开和关闭个别形状检测
·查看形状检测结果
·查看当前形状参数限制
·改变形状参数限制
·恢复单元形状参数数据
·理解何种情况下ANSYS对已有单元重新检验，及为何这样做是必要的。
·决定单元形状是否可以接受。
警告：模型中的形状不好单元的存在可能导致某些计算错误在ANSYS求解中引起系统终止计算任务。因此，在完全关闭单元形状检查、只运行警告模式的形状检查、关闭个别形状检查或放松形状参数限制时就会冒在求解中系统终止任务的危险。

坐井观蛙

1．完全关闭单元形状检查或只打开警告模式： ANSYS缺省执行单元形状检查，当出现形状检查时，任何新单元—无论它是怎样生成的，都要按已有形状参数警告和错误限制进行检测。如果单元超过了任何错误限制，不仅要生成错误信息，还要引起：（a）网格划分失败；或（b）不是由AMESH或VMESH命令生成的单元不进行存储。有些情况下，希望关闭形状检查，或只打警告模式。关闭单元形状检查〔SHPP，OFF，ALL〕完全使形状检查失效。当仅打开单元形状检查的警告模式〔SHPP，WARN〕，在进行形状检查时，超过错误限制的单元只给出警告并不引起网格划分或单元存储失败。可通过选择菜单途径Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls> Shape Checking运行只有警告模式的形状检查或将其完全关闭。当形状检查控制对话框出现时，选择“On w/Warning msg”或“ Off”，然后单击OK。下列情况建议用户关闭形状检查或只在警告模式下运行： ·当用〔AMESH〕命令生成面网格，但用户的最终目的是用此面作为体的表面生成二次四面体网格〔VMESH〕。注意四面体网格划分器能对雅可比比率不好的面单元校正网格。因此，如果正在对一个体的表面生成网格然后对体划分网格的操作，只打开警告模式的单元形状检查对面划分网格是明智的，打开单元形状检查，然后对体划分网格。 ·当输入网格时〔CDREAD〕，如果待输入模型中有“坏”单元存在并且单元形状检查是打开的，ANSYS将会在坏单元的地方出现孔并写入数据库（或根本不输入该网格）。因而这两者都是不希望看到的。因此在输入网格之前应关闭单元形状检查或只打开警告模式。输入之后，建议打开形状检查并重新对单元进行检查〔CHECK，ESEL，WARN或CHECK，ESEL，ERR〕。 ·当用直接生成方法并生成用户知道暂时无效的单元时。例如，生成有重合节点的楔形单元。用户知道需要合并重合的节点〔NUMMRG〕以获得有效单元。这种情况下，关闭单元形状检查是明智的。注意：一旦单元存到数据库中，执行单元形状检查将不能删除它们。当开始求解时〔SOLVE〕，如果选择了任何超过错误限制的单元，ANSYS生成错误信息并停止求解。

坐井观蛙

2. 打开或关闭个别形状检查。
不完全关闭形状检查，可以有选择地控制哪些检测打开或关闭。 用命令方法触发检测开和关。键入命令SHPP，LAB，VALUE1：
·用LAB变量指明是否打开或关闭检测。指定OFF为检测关闭。指定ON为检测打开。
·用VALUE1变量指明打开或关闭哪一项检测。可以指定ANGD（SHELL28拐角处偏角检测），ASPECT（纵横比检测），PARAL（对边平行度偏差检测），MAXANG（最大拐角检测），JACRAT（Jacobian比率检测），或WARP（扭曲因子检测）。还可用ALL指定找开或关闭所有检测。
    例如：SHPP，OFF，WARP命令关闭所有扭曲因子检测。

通过GUI触发检测打开或关闭，选择菜途径Main Menu>Preprocessor >Checking Ctrls>Toggle Checks，当触发形状检查对话框出现时，单击想要打开或关闭的个别检测，然后单击OK。

坐井观蛙

3．查看形状检测结果
下列输出，是由SHPP，SUMMARY命令得到，提供了对所有选定单元的形状检查结果。
通过GUI，查看结果列表选择菜单途径Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls>Shape Checking，当触发形状检查对话框出现时，选择功能菜单中的“Summary”，然后单击OK。

坐井观蛙

4．查看当前形状参数限制
下列输出是SHPP，STATUS命令产生，对单元形状参数和缺省形状参数限制进行了列表。缺省地当一个单元的形状在这些限制以外，会出现警告或错误信息。见5中关于如何改变这些限制。
在GUI中，可通过菜单途径Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls>Shape Checking查看状态列表。当形状检查控制对话框出现时，在功能菜单中选择"Status"，然后单击OK。


注意：如上所述，输出表明ANSYS中的缺省形状参数限制。如果修改了任何限制或关闭了任何个别形状检查，输出结果都会相应地不同。
注意：下面输出的多数情况里，“FACE”也指实体单元的横截面"Cross-Sectcon of Solid element." 例如，ASPECT RATIO限制了四面体、六面体（块）、金字塔和楔形体的表面和截面。

列出一部分说明：
ASPECT RATIO (EXCEPT FLOTRAN OR EMAG) 纵横比
QUAD OR TRIANGLE ELEMENT OR FACE
WARNING TOLERANCE ( 1) = 20.00000 设置警告容差限，超过此容差弹出waring警告！
ERROR TOLERANCE ( 2) = 1000000. 设置报错容差限，超过次容差弹出erroe警告！

坐井观蛙

5．改变形状参数限制如果ANSYS程序的缺省形状参数限制不适合用户的目的。可用命令方法〔SHPP， MODIFY，VALUE1，VALUE2〕或GUI方法加以改变。
GUI方法是最简的。也是首选的改变形状参数限制的方法。按下列步骤：
1、选择菜单途径Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls>Shape Checking。出现形状检查控制对话框。
2、改变单元设置功能（Change setting）出现 Yes。
3、单击OK。出现改变形状检查设置对话框。
4、对任何待改的限制，利用滚动条在所列范围内上下移动，输入新的限制。
5、当输入新范围完成后，单击OK。

坐井观蛙

补图：

坐井观蛙

6．确定单元形状是否可以接受下列建议帮助用户确定是否应当关心单元形状警告：
·不要忽略单元形状警告，分析形状不好的单元给分析结果带来的影响。
·注意结构应力分析的目的在于确定特定区域的应力，对形状不好的单元结果受到的影响较其它类型的分析（偏移或名义应力、模态、热、电磁等）更为严重。
·形状不好的单元对结构动力分析的影响比其它类型的分析（挠度或名义应力、模态、热场、磁场等）要严重得多。
·如果形状不好的单元位于临界区域（如在极限应力点附近），对分析的影响将更坏。
·形状不好的高阶单元（带中间节点）一般其分析结果要比同样形状的线性单元要好。ANSYS缺省的形状参数限制对线性单元比高阶单元要严格得多。
·无论单元是否产生形状警告，通过与其它分析、实验数据或手工计算的分析结果相比较验证是必要的。如果验证表明有高质量的结果，那么没有必要担心形状警告。
·单元是否可以接受的最好定量测定是依据应力或热梯度区内单元与单元的不连续的差错测定。（见《ANSYS Basic Analysis Guide》中的通用后处理器（POST1） 。预计产生形状警告的单元且与相邻单元相比显示较高的差错测定。）
对已有网格（ANSYS生成的网格或由CAD程序输入的网格）进行单元形状检查，用CHECK命令（Main Menu>reprocessor>-Meshing-Sel Bad Elems）。
关于单元形状检查参见《ANSYS Commands Reference》中SHPP命令的叙述。
7. 网格有效性的检查有时,CHECK命令不能检查出网格划分中的潜在问题。程序中CHECK命令是基于一定的形状标准分别检查每个所选单元的网格并提出警告或错误信息，而MCHECK命令则是根据各个单元的连接方式来检查网格的潜在问题。然而，使用MCHECK命令将发现这个网格划分的连接问题并给出错误警告。
MCHECK命令对所选单元进行如下一系列网格有效性检查：
1、方向检查：当两个面单元共线的时候，MCHECK将检查每个单元的节点顺序是否与其法向相一致。2、体检查：当两个体单元共面时，MCHECK检查每一个完整体的符号是否一致。
3、封闭面检查：MCHECK检查形成简单连接封闭面的单元外表面（这会发现网格中的裂缝）。
4、网格孔洞的检查：如果环绕网格内部空腔的单元面数量很少，可能说明这里存在一个或几个偶然遗漏的单元，而不是用户故意形成的孔洞。此时，MCHECK命令会给出警告。在这种情况下，环绕空腔的单元数量将与a）或b）中的较小值做比较。a）单个单元面数的三倍，b）模型中单元总面数的十分之一。
与CHECK命令类似，MCHECK提供了一个选项，利用它可以不选择所有划分正确的单元，这样可以是划分有问题的单元突出的显示出来。
使用Lab=ESEL就可以不选择划分正确的网格。
检查网格的连接性：


命令: MCHECK,Lab
GUI: Main Menu>Preprocessor>Check Mesh>Check Connectivity


CHECK,SELE,LEVL
GUI：meshing——check mesh——individual elem ——select warning /erro warning
此命令在SHPP,OFF 情况下失效，类似的，在求解之前自动检查所有数据，如果check element 通过GUI被调用，the CHECK ESEL 将强调单元下的信息，好单元为蓝色，警告单元为黄色，坏单元为红色。
以下为帮助中的解释：

CHECK, Sele, Levl

Checks current database items for completeness.

Sele

Specifies which elements are to be checked:

(blank)	—	Check all data.
ESEL	—	Check only elements in the selected set and unselect any elements not producing geometry check messages. The remaining elements (those producing check messages) can then be displayed and corrected. A null set results if no elements produce a message. Issue [url=mkMSITStore:d:\Program%20Files\ANSYS%20Inc\v110\commonfiles\help\en-us\ansyshelp.chm::/Hlp_C_ESEL.html]ESEL[/url],ALL to select all elements before proceeding.

Levl

Used only with Sele = ESEL:

WARN	—	Select elements producing warning and error messages.
ERR	—	Select only elements producing error messages (default).

PS:如何确定合适的网格密度：
有限元分析中经常碰到的问题是网格应划分得如何才能获得合理的结果单元，不幸的是，还没有人能给出确定的答案。你必须自己解决这个问题，关于这个问题的解决可求助与以下一些技术：
1.
利用自适应网格划分产生可满足能量误差估计准则的网格（此技术只使用于线性结构静力或稳态热问题，对什么样的误差水平是可接受的依据于你的分析要求）。自适应网格划分需要实体建模。
2.
与先前独立出的实验分析或已知解进行比较。对已知和算的结果偏差过大的地方进行网格细化。（对所有的由四面体组成的面或体网格可用NREFINE,EREFINE,KREFINE,LREFINE和AREFINE命令GUI:Maim menu-preprocessor-meshing-modify mesh-refine at entity type）进行局部网格细化。
3.
如果细化网格测试显示只有模型的一部分需要更细的网格，可对模型进行子建模以放大危险区域。
网格划分密度很重要，如果网格过于粗糙，那么结果可能包含严重的错误，如果网格过于细致，将花费过多的计算时间，浪费计算机资源，而且模型可能过大以至于不能在你的计算机上运行，为避免这类问题的出现，在生成模型前应该考虑网格密度问题。

坐井观蛙

终于传完了！网速令我窒息！

si13

赞·~~
再出精品

坐井观蛙

10# si13
不敢称 精品，只不过是自己这些年学习ansys 的一些总结体会！也算是为论坛做出点贡献！

coolzlj

建议斑竹做成pdf把

yunyihu

前辈经验，后辈借鉴！学习了

16443

最近楼主连出好帖啊。

坐井观蛙

14# 16443
趁这个月有时间就多发发贴，多上上论坛，马上就要忙了

gczhang

蛙兄总结的东西，都是自己的经验总结，以后最好能够出本书，一定比那些东抄西抄的书受欢迎。

gaodukongzhifa

这个很好，对我来说算是弥补了盲区/顶了

kevin210099

這麼棒的資料

非常感謝

wxwieandy

看了以后确实受益不少！

mayuew052

这个真的不错。。。原来以为只要单元形状不好，算出来的结果一定有点问题，现在才明白，真的是未必！