作者：陳科夫，上海安世亞太結構工程師

 

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前言

Ansys2021R2在結構網格編輯方面增加了一些新功能，這些功能在網格拉伸、網格旋轉、網格表面敷層等方面有很多亮點和特色。

新版本在Mesh Edit模塊中添加了Pull工具，該工具可以將殼單元通過一定形式的拉伸得到實體，也可以在實體的表面賦予一層殼單元。具體的說，Pull工具共分3個功能：Extrude、Revolve、Surface Coating。

 

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功能介紹

• Extrude功能：該功能可以將殼單元按高度(或拉伸指定面)方式拉伸一定層數的實體單元，可以支持的拉伸對象為面體、面和單元面。

• Revolve功能：該功能可以將殼單元基于某一旋轉軸進行旋轉拉伸得到一定層數的扇形實體單元，可以支持的拉伸對象為面體、面和單元面。

• Surface Coating功能：該功能可以在已知實體的表面賦予一層殼單元（包括通過extrude、revolve生成的實體表面），生成的殼體網格上與實體網格相匹配，且可以對該面體單獨進行分析及后處理提取。

 

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實例解析

• Extrude功能測試：首先建立如圖1的面體。并在mechanical中劃分殼單元(見圖2)。然后添加Mesh Edit > Pull > Extrude，設定拉伸高度為10mm，層數為10層(圖3)，并賦予結構鋼材料，得到拉伸后的網格見圖4。同時，原面體在幾何上被抑制，僅存在生成的實體。

圖1 面體

圖2 殼單元

 圖3 Extrude功能設置（圓圈代表被抑制，×代表已生成網格）

圖4 拉伸后的實體網格

用戶除了可以通過定義具體層數進行拉伸外，還可以通過“直到”功能完成更加豐富的操作。首先我們建立圖5的模型，外側有一層殼，內部有一個圓柱體，我們設想外部的殼單元直接拉伸10份網格至內部圓柱面上，得到圓筒和圓柱兩個體，具體操作見圖6。

圖5 殼與圓柱體模型

                      圖6 從面拉伸網格至實體

• Revolve功能測試：同功能1）測試的模型，建立如圖1）的面體。然后添加Mesh Edit > Pull > Revolve，首先建立網格旋轉的基準坐標系(圖7)，設定網格旋轉角30度，層數為10層，旋轉軸為X軸，并賦予結構鋼材料。得到拉伸后的扇形網格及實體見圖8。

圖7 基準坐標系

圖8 網格旋轉拉伸設置及示意

• Surface Coating功能測試：首先建立如圖9的實體模型，添加Mesh Edit > Pull > Surface Coating，選擇需要敷設殼單元的表面，賦予區別于實體模型的面體材料屬性A，設置stiffness option為Membrane and Bending，殼單元厚度為1mm。（見圖10）。添加表面殼單元后，打開網格厚度效應顯示，見圖11。

圖9 實體模型

 圖10 Surface Coating設置

圖11 敷設表面單元后的網格

從上述功能測試可以看到，通過Pull-Extrude以及Pull-Revolve，可以使面單元按一定方式拉伸成實體，并且該實體不僅僅具有網格的屬性，還具有幾何的屬性。即生成的實體和導入的實體一樣，可以對其的體、面、線進行載荷和邊界條件設置。如圖12所示。

圖12 載荷及結果顯示

 

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結語

可見，新增的Extrude和Revolve功能不僅可以對網格進行操作，還可以給生成的網格賦予相應的幾何特征，提升了建模和網格劃分的靈活性，提高了用戶效率。同時，拉伸得到的面，如果與已有的實體表面發生接觸，則可以完成相應的接觸設置。

通過上文的案例演示，可以發現網格編輯的這些新功能還是十分強大的。這些新功能對于諸如印刷電路板(PCB)、渦輪機葉輪之類的結構的設計與仿真十分有幫助。通常此類結構比較容易得到面網格，通過Pull>Extrude或Pull>Revolve工具比較容易拉伸出基于殼單元的實體網格。同樣，對于需要考慮表面效應的問題，Pull>Surface Coating工具可以起到一定的作用。

本文通過軟件測試，讓讀者初步了解網格編輯中Pull相關的新功能。關于該新功能的更多內容，讀者可以查閱Ansys 2021R2幫助文檔做深入了解。