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1、全自动自适应四边形网格生成程序AUTOMESH-2D有限元法是随着计算机技术迅速发展起来的一种现代计算方法，广泛应用于各类复杂工程问题的求解、结构分析、成形过程分析等。采用有限元分析时，首先需要对分析对象进行网格划分，对于大变形成形问题，随着计算网格的畸变还需要进行多次网格重划。有限元网格划分是一个费时且容易出错的过程。网格划分的质量对有限元分析结果有着很大的影响。一个高效、可靠、全自动、高质量的网格生成或再生成程序是有限元软件不可缺少的部分。 AUTOMESH-2D是由山东大学模具工程技术研究中心赵国群教授、马新武博士在自主研究开发的可靠的网格生成算法基础上，自主开发的一套四边形网格生成程序
2、。该程序特别适用于成形过程有限元分析的网格生成与再生成，也适用于其它工程问题有限元分析的网格生成。AUTOMESH本身具有几何输入功能，可显示网格划分结果，并可对网格节点编号进行优化。AUTOMESH既可以以独立的软件系统提供给用户，也可以以动态连接库的形式提供给有限元软件开发商，作为其软件的一个模块。 AUTOMESH-2D程序的主要特点: (1) 采用多种网格密度生成方法，可根据边界曲率、厚度方向单元数目、旧网格场量如温度、应变、应变速率场的梯度以及指定的窗口密度由系统自动生成合理的网格密度分布，也可由用户采用手工的方法，在边界和内部指定网格密度；(2) 生成的单元质量高，单元的内角在30
3、度和150度之间，尤其是边界单元，其质量更高；(3) 单元数目易于控制，要求划分单元数目与实际划分单元数目的误差不超过10%；(4) 划分速度快，划分1000个网格单元所需时间1s，划分10,000个网格单元所需要时间10s，划分100,000个网格单元所需要时间2min；(5) 简便易用，输入参数少，一般情况下只需要输入几何形状、要划分单元数据以及密度控制参数即可；(6) 既适用于初始网格的生成，也适用于网格畸变后的网格再生成。有关AUTOMESH-2D的任何疑问和建议请与赵国群教授()或马新武博士()联系。AUTOMESH-2D 程序使用说明请在“山东大学-材料科学与工程学院-模具工程技术
4、研究中心-研究开发”网页下载该程序，网址为：http:/ 程序Preprocessor.exe运行界面1定义几何形状点击左侧MAIN MENU对话框中的Define Dies & Workpiece按钮，进入OBJECTS对话框中；选择上部列表框中的第3项(3 Workpiece PLASTIC)，然后点击对话框中的Geometry按钮，进入GEOMETRY对话框，开始定义物体的几何形状。选择该项点击该按钮点击该按钮目前在前处理程序中定义物体几何形状的功能有限，只能通过输入边界点的X，Y坐标及在该点的过渡圆角半径R的方法定义几何形状。下一步会实现通过IGES或DXF图形交换文件的方式输入几何形
5、状。下面介绍物体几何形状的输入方法。图2 定义物体的几何形状从文件中输入几何形状当前边界的节点列表，可用鼠标在图形上选择当前边界上的某个点点的坐标及过渡圆角半径在当前边界增加一个节点在选定点前增加一个节点删除选定的节点逆转节点的输入顺序点击进入网格划分对话框返回上一层对话框删除选定的内部边界增加一个内部边界将几何形状保存到文件中检查当前边界是否正确删除当前边界所有节点在选定点后增加一个节点修改选定节点的数值内外边界列表，下面的边界节点为当前边界上的每个物体至少有一个边界，即外边界，外边界上的节点是按逆时针顺序输入的。每个物体可以有多个内部边界，即内部孔洞，内部边界上的节点是按顺时针顺序输入的。
6、点击Add a hole按钮，即可增加一个内部边界，点击Del a hole按钮，即可删除一个内部边界。注意：外边界是不能被删除的。在内外边界列表框中选择要输入或修改的边界，按下面的方法输入边界节点：(1) 点的坐标及过渡圆角半径的输入。在对话框中间的三个编辑框中分别输入X坐标，Y坐标及过渡圆角半径R。(2) 在当前边界上增加一个节点。有两种方法增加一个节点：(a)首先输入点的坐标及过渡圆角半径，然后点击Add按钮；(b)用鼠标在图形区内点击一点，鼠标的当前位置作为点的坐标，过渡圆角半径R设为0。注意：当用鼠标在图形区内增加一个节点或选择一个节点时，请首先选择工具条上的Select按钮。 Se
7、lect按钮 Point Label按钮(3) 修改一个节点的坐标及过渡圆角半径。首先在当前边界的节点列表框中选择要修改的节点项或用鼠标在图形区选择要修改的节点。可以选择工具条上的Point Label按钮来显示当前边界上节点的编号。然后输入新的X，Y及R值，点击Modify按钮，即可修改。也可以用鼠标在图形区内选择节点，然后按住左键移动鼠标，来修改节点的位置。(4) 在当前点的前面插入一个节点。首先要选择要插入的位置，即当前点。然后输入插入点的X，Y及R值，点击Insert Before按钮，即可在当前点前面插入一个节点。(5) 在当前点的后面插入一个节点。首先要选择要插入的位置，即当前点。
8、然后输入插入点的X，Y及R值，点击Insert After按钮，即可在当前点后面插入一个节点。(6) 删除一个节点。首先选择要删除的节点，然后点击Remove按钮，即可删除。(7) 删除当前边界所有的节点。点击Remove All按钮，即可删除当前边界所有的节点。(8) 逆转当前边界节点的顺序。点击Reverse按钮，即可逆转当前边界节点的输入顺序，即原先节点是以逆时针顺序输入的，现在变为顺时针顺序；原先节点是以顺时针顺序输入的，现在变为逆时针顺序。(9) 检查当前边界是否正确。点击Check按钮，检查当前边界是否正确。(10) 将几何形状保存到文件中。点击对话框上部的Save to file
9、按钮，输入文件名，即可将边界上的节点保存到文件中(文本文件，文件名后缀为.XYR)。(11) 从文件中读取几何形状。点击对话框上部的Load from file按钮，输入文件名，即可读取XYR文件中的边界节点数据。对于不能用直线和圆弧表达的几何形状，用户可以将几何形状先转换成XYR格式，再读入。对于IGES和DXF文件的导入，将在以后的版本中实现。注：每个边界上的第1个点和最后一个点的过渡圆角半径将被忽略。边界可以封闭，也可以不封闭，但如果是封闭的，必须保证第1个点与最后一个点重合。2网格划分物体的边界定义完毕后，点击Mesh Object按钮进入Mesh Generator对话框，对物体进行
10、网格划分。首先介绍网格密度的概念。网格密度从数学上可以定义为网格单元边长的倒数。网格密度大小，可以反映出网格疏密度程度。网格密的地方，网格尺寸小，网格密度大，相反网格疏的地方，网格尺寸大，网格密度小。对于物体边界曲率较大的区域，通常需要划分较密的网格，才能更好地拟合边界，否则边界信息将被丢失，因此需要在物体边界上设定网格密度。对于场变量(如温度场、应变场、应变速率场)变化较大的内部区域，即场变量梯度较大的区域，同样网格需要划分较密，否则场变量的信息将被丢失，因此同样需要在物体的内部设定网格密度。在AUTOMESH-2D中，边界网格密度和内部网格密度既可以由系统自动设定和生成，也可以由用户来设定
11、。为了方便设定和生成网格密度，本程序中用到的网格密度值都是相对值，而不是绝对值。在AUTOMESH-2D中网格划分的方法有两种，一种是LOOPING算法，即区域分解法；另一种是PAVING算法，即铺路法。PAVING算法将在下一版本中实现。在AUTOMESH-2D中生成网格密度的方法分为：(1)系统自动生成；(2)用户自定义。下面分别介绍这两种网格密度的生成方法及网格划分。2.1 系统自动生成网格密度及网格划分2.1.1初始网格的生成。这种情况不需要旧网格的信息，仅根据物体的几何形状和网格密度参数来自动生成网格密度，然后划分网格。厚度方向生成的单元数目要划分的网格单元数目选择网格划分方法最大密
12、度值与最小密度值比需要设定的参数如下：(1) 要划分的网格单元数目。输入希望程序生成的网格单元数目，此数值是程序估计要生成的网格单元数目，实际生成的网格单元数目可能不同，但会非常接近这个数值。此参数可以为0，这时系统仅根据厚度方向单元数目这个参数来生成网格密度及网格划分。(2) 最大与最小网格密度比。程序使用此参数来调整：(a)根据物体边界曲率生成的边界网格密度值；(b) 根据场变量梯变生成的内部网格密度值。调整后的网格密度最大值与最小值的比等于该参数。如果该参数的值为1，则上述两种情况所生成的网格密度值相同。(3) 厚度方向单元数目。设定此参数可以在物体细小结构厚度方向生成一定数目的网格单元
13、。图3中仅根据厚度方向单元数目这个参数(数值为4)来生成网格密度值及划分网格。图3 根据厚度方向单元数目生成网格密度及网格划分通常情况下，只需要设置上述三个参数，然后点击对话框下部的Generate Mesh按钮即可自动生成网格密度及网格划分。网格划分完后会显示一个消息框，显示网格划分的结果，包括：网格划分所耗时间，最后生成网格节点及单元数目，网格单元内角大于150度或小于30度的单元数目，网格单元中最大的内角及最小的内角大小。划分后的网格也会显示在图形窗口中，用户可以点击工具条上的图形操作按钮来查看生成的网格。 平移 窗口放大 适中 显示网格节点编号 动态放大 放大 缩小 测量 显示网格单元
14、编号(4) 密度窗口。缺省的情况是不使用密度窗口。如果要使用密度窗口来定义区域上的网格密度，请先点击对话框下部的Control Parameters按钮，进入Mesh Control Parameters对话框，设置密度窗口的密度权重。共有5种密度权重，它们之和为1。这5种密度权重分别是：(a)边界曲率权重；(b)密度窗口权重；(c)应变场权重；(d)应变速率场权重及(e)温度场权重。后面3种权重仅在网格重划分时设置，在网格初始划分时其值将被忽略。根据边界曲率生成的网格密度占总的网格密度比例由其权重决定，同样根据密度窗口生成的网格密度值占总的网格密度比例也是由其权重决定的。在网格重划分时，设置
15、后面3种权重，可以确定根据相应场变量的梯度生成的网格密度占总的网格密度的比例。如果这5种密度权重和不为1，则系统会自动对这5种密度权重进行缩放，使其和为1。点击此按钮设置密度权重当前窗口的相对密度值删除一个密度窗口增加一个密度窗口窗口列表要增加一个密度窗口，点击窗口列表右侧的Add按钮，要想修改窗口内的相对网格密度值，在编辑框中直接输入新的数值即可。下一步就是定义窗口多边形。由于窗口多边形的位置并不要求非常精确，所以直接用鼠标在图形窗口内点击确定多边形的顶点来定义窗口多边形。要想修改多边形顶点的位置，首先用鼠标点击顶点，然后按住鼠标拖动该点到适当位置。要删除一个密度窗口，先从窗口列表中选中该窗口，然后点击Delete按钮。需要注意的是，由于窗口内的网格密度值是相对值，所
