ABAQUS网格划分技术详解：自由网格、扫掠网格与结构网格

ABAQUS网格划分技术详解：自由网格、扫掠网格与结构网格

ABAQUS是一款功能强大的有限元分析软件，在进行复杂结构的网格划分时，选择合适的网格划分技术至关重要。本文详细介绍了ABAQUS中的三种主要网格划分技术：自由网格技术、扫掠网格技术和结构网格技术，并通过大量实例和图示，深入浅出地解释了每种技术的原理、应用场景和限制条件。

自由网格技术

自由网格技术是最基础的网格划分方法，适用于二维面几何和三维实体几何。对于二维面几何，可以选择四边形、四边形为主和三角形；对于三维实体几何，只能生成四面体网格。

图2 ABAQUS自由网格划分技术

扫掠网格技术

扫掠网格技术在ABAQUS中扮演着重要角色。其基本原理是先创建源网格，然后沿着扫掠路径的边，一次次地拷贝源网格节点，直到到达目标区域。扫掠路径可以是直线、样条线（拉伸扫掠）或圆弧线（旋转扫掠）。

二维扫掠网格

在二维场景中，扫掠网格技术要求目标面必须是单一的面。对于曲面网格，必须是四边形才能做扫掠网格；而结构网格对几何形状的要求相对宽松，几乎所有的连续面都可以划分结构网格。

图3 ABAQUS扫掠网格的源面的目标面

三维扫掠网格

在三维场景中，扫掠网格的侧面要求或者是单一的表面，或者是由呈行列布置的四边形面组成。此外，旋转轴上不能有尖点，实心旋转体（如实心轴）可以作旋转扫掠，但中心会生成楔形单元。

图4 允许扫掠网格

结构网格技术

结构网格技术主要用于生成全六面体网格，其核心思想是应用预定义拓扑去套用到规则图形上。ABAQUS提供了六种基本的三维体结构网格拓扑结构，这些结构可以是曲面和曲边，但要求曲率连续变化且没有拐点。

基本拓扑结构

1. 六面体：六个面全部是曲面，但曲面之间的夹角不能偏离90°太远，不能大于150°。
2. 四面体：四面体可以实施结构化网格，但划出来的网格质量往往较差。
3. 楔形块：可以按六面体结构网格划分，也可以用楔形网格扫略技术划分。
4. 削边七面体：当削去一边后，保留的角度如果小于165°就可以实施结构化网格。
5. 削一角六面体：相当于去掉角上的一个四面体，留下一个三角形的面，与原来的六面体组成七面体。
6. 削两角六面体：两个削角尺寸接近时规则性较好，但过多削角容易产生坏网格。

图5 削两角六面体网格模式

总结

理解ABAQUS中的三种网格划分技术，特别是结构网格技术和扫掠网格技术，对于划分高质量的六面体网格至关重要。在实际操作中，需要根据具体几何形状和分析需求，灵活选择合适的网格划分策略。