HyperMesh入门教程

AltairHyperWorks10 0HyperMesh基础培训 2010年10月30 第一讲 AltairHyperWorks总体介绍 装配 批处理网格 数据管理 碰撞 绘图 网格 多学科优化 后处理播放器 后处理 多体求解器 多体前处理 优化 求解器 数值计算 HYPERMESH简介 航空航天 目前的飞机制造 探测器 火箭发射平台的设计 已经离不开元分析 成为科研发展的必要手段 汽车行业 有限元已经深透到各个设计环节 从结构到内外饰 到噪音 到安全 等等 汽车和航天是目前应用有限元最广泛的两个行业 其他还有建筑抗震 高层抗风 大型水坝 各种家电 手机 小到一个挂钩 生活中的周围无不接触着有限元 自从有了有限元分析以来 就有了很多划分网格的软件 例如Anasys Ansa HyperMesh TrueGrid等等 每种软件都有其响应的长处和短处 相比较而言 HyperMesh因其灵活的可操作性 广泛的数据接口 越来越多的得到了业内人士的认可 目前已经成为欧美 日韩乃至中国的主流前处理软件 第一节HyperMesh操作入门介绍 一 HyperMesh的用户界面 求解器模板选择 默认网格模板 自带求解器 1 HyperMesh的用户界面 图形区 状态条 主菜单区 宏菜单及模型导航区 工具条 菜单区 标题区 2 下拉菜单区 1 标题区 新建 导入模型无标题显示打开或者保存或另存显示特定的标题 文件操作 编辑 工具条定制 实体对象集 几何 网格 焊点 材料 属性 边界条件 分析 工具 网格morphing 结果后处理 曲线 个性化定制 应用 帮助 调用主菜单区 下拉菜单区 文件操作 文件导入导出 练习 下拉菜单区 编辑 查找工具 命令 脚本 了解 下拉菜单区 工具条定制 面板位置 命令区位置 窗口区域切换 工具条显示控制 模型导航 求解导航 了解 主副模型导航 了解 焊点信息导航 实体状态导航 实体属性显隐导航 宏菜单 下拉菜单区 工具条定制 练习 标准 实体对象集 可视性 显示工具 视图 放大缩小移动旋转 图像 检查 显示控制 视图 工具栏 PanCenter C RotateLeftRotateRight RotateUpRotateDown RotateClockwiseRotateCounterClockwise DynamicRotate A DynamicSpin R 通过在屏幕上抓取一个点并拖拽鼠标实现旋转相对于光标位置和屏幕中心进行旋转 平移模型在屏幕上点取一个位置作为模型新的旋转中心 沿不同的轴进行旋转 HyperMesh的输入设备操作 鼠标的操作 鼠标与HyperMesh完全集成 几乎应用与用户输入的每一个方面 一些操作除了使用鼠标外还要求按键盘的某一个键 下拉菜单区 实体对象集 Geom 几何命令宏菜单 几何工具 网格工具 Tools Isolatesurf 从一个三维模型中提出一个内部或外部表面层 这个宏只作用于与选定的曲面附在一起的曲面 其他层和厚度随后被放在一个临时目录中隐藏 ThinSolid Midsurf 用一条边找出与之相连的面 所组成的闭合三维几何 抽取其中面 Washer 将圆周长放大一定倍数 默认值为1 5 随后用这条新的圆周线来切分曲面 这个功能可以帮助在圆孔周围实现更好的网格质量 Adjcircpts 在一条内部线上放置3个额外的固定点 然后将这些固定点映射到一条同心的线上 这个功能可以帮助用户生成高质量的网格 QA 网格质量检查命令宏菜单 8个按钮可以用来分离出任何不能通过某项单元质量检查的单元 这些宏只显示那些不合格的单元 质量报告 SplitWarped 处理整个模型 将所有warpage大于某个设定值的四边形单元沿其对角线拆分成两个三角形单元FindAttached 找出所有与当前显示出来的单元 不合格单元 相连的单元 Remesh 重新划分选定的单元和与这些单元相连的1 3层单元 重新划分不改变当前的单元大小 不破坏原有的连接 但使用混合的单元类型 Smooth 对选定的单元和与这些单元相连的1 3层单元应用smooth算法提高其质量和外观 FindBetween 寻找被两个组件同时共享的单元 模型检查的ShortCuts Help按钮 进入每个面板或子面板后 按此按钮 可以弹出一个页面 里面有该面板或子面板的详细使用说明和功能介绍 在不了解面板时使用是很方便的 注 Help使用英文说明 至今没有中文翻译版本 键盘的操作 尽管大多数HyperMesh操作使用鼠标 但是用户必须使用键盘输入文件名 组件名或标题信息 及数字 此外还有一些键盘热键 可以直接操作永久菜单中的视图操作功能 热键与菜单中的字符相同 用户也可使用上下左右的箭头键旋转模型 HyperMesh的默认快捷键列表 第二节HyperMesh实体类型及模型组织 几何点曲线曲面体连接 用于建立连接 有限元模型节点临时节点 用一个小圆圈表示 单元 点 曲线 曲面 实体 HyperMesh实体类型 有限元载荷载荷 约束 力 压力等 约束方程 节点间的数学关系 接触组 定义实体间的接触 接触面 定义接触中作为主面或从节点的一系列实体 约束 力 压力 接触面 HyperMesh实体类型 多体椭球体 定义一个刚体形状 多体平面 定义一个刚体形状 多体连接 定义两个刚体之间的连接 安全性分析传感器 定义一个事件启动开关 控制体积 定义气囊 HyperMesh实体类型 坐标实体坐标系 坐标轴 向量参考实体集 特定类型实体的简单列表 块 包含在方盒空间内的实体列表 一维单元横截面梁截面 用于定义单元属性中的截面属性 坐标系 梁截面 向量 HyperMesh实体类型 绘图curve曲线 X Y数据 plot绘图窗口 带坐标轴的曲线显示 输出请求Loadsteps载荷工况 载荷集的组合Outputblocks输出块 特定实体的分析输出请求 标签Titles一曲线标题 给曲线加个标题 Tags实体标贴 给实体指定个名字 有一条曲线的绘图 HyperMesh实体类型 Morphing 网格变形 Handles 控制柄 用于在变形过程中控制模型形状Domains 域 用于把模型分成若干区域 针对基于domain的morphing Morphvolume 变形体积块 通过体积块的变形控制体积块内网格的变形 针对基于体积块的变形 Morphconstraints 变形约束 控制变形过程中的节点运动Symmetries 对称 强制模型在变形过程中的变形对称Shapes 形状变量 变形保存后的模型状态 可在后续过程中提取使用 Symmetries Handles Domains MorphVolume HyperMesh实体类型 优化Designvars 优化变量 优化过程中可变的量 例如 厚度 Optiresponses 优化响应 优化过程被测量的值 例如 冯米赛斯应力 Objectives 目标 取最大 最小 值的响应 例如 重量Dobjrefs 目标参照 用于定义minmax maxmin优化的目标参考响应 如 最小化最大冯米赛斯应力 Opticonstraints 优化限制 例如 冯米赛斯应力 屈服应力 Optidscreens 约束过滤以减小计算时间Dvprels 设计变量与属性关联Desvarlinks 设计变量关联Dequations 通过计算得到的测量值Optitableentrs 常数列表Opticontrols 优化算法控制参数DDVals 用于设计变量定义的离散值 模型组织 Collectors Hypermesh中模型是通过 collectors 组织的Collectors分为很多类大部分hypermesh实体必须被放置在某个collector中每种类型collector放置指定类型的一种或几种实体 模型组织 Collectors 一个实体只能属于一个给定类型的collector例如 一个单元只能放在一个component中可以创建多个同一类型的collector同一个collector中的实体具有相同颜色可以按照用户的需要进行组织 每个部件一个component 一个部件放在多个component中 Component1 Component2 Component3 Component1 Component2 Component3 Component4 模型组织 Collectors Modelbrowser模型浏览器通过树状的层级结构查看collectors和assemblies创建 删除 重命名collectors编辑collector属性将collectors组织成assemblies通过鼠标左键拖放 在Collector上右击有高级选项 模型组织 Collectors 新创建的实体被放置在当前collector currentcollector 新创建的collector被自动设置为当前collectorModelbrowser可在模型树中用右键切换当前collector IncludeBrowser用来切换当前include Organize面板用于将实体移入另一个collector Bold CurrentCollector Bold CurrentInclude 模型组织 Tools Panels面板Collectors 创建新collectorsModelBrowser 为各种实体类型设置当前collectorOrganize 将实体放到不同的collector中Rename 重命名已有collectorReorderCollectors会在选择列表中以一定的顺序显示Reorder用来改变collectors出现的顺序Delete 删除collectors Do it yourself Exercise ReorganizingaBumperModel 导入和修补CAD模型生成中面简化几何拓扑细化以生成高质量的网格 第三节几何清理 TopologyRepair ImportingGeometry 导入几何 Files Import Geometry下拉菜单Toolbar Geometry工具栏 支持的常用文件格式 Unigraphics NX2 NX3 NX4 NX5 UG部件浏览器导入 prt文件要求安装UGCATIA V4 V5 导入 model文件导入V5文件要求有CATIAV5licensePro ENGINEER Wildfire2 0 3 0 导入 prt和 asm文件IGES导入 igs iges文件STEP导入 stp文件 拓扑修补 曲面定义 Fixedpoint 曲面顶点 点与曲面相关联不能移出曲面可以放在曲面的边上或内部用来分离曲面的边网格划分时会在该处放置一个节点Surfaceedge曲面的边线与曲面相关联用于定义曲面的边界不能移出曲面在每端各有一个固定点 Automeshing 什么是拓扑关系 拓扑是部件上邻近曲面间的连接关系曲面连接关系是由曲面的边控制的如果曲面的边与1个以上的曲面相连 我们认为这些全面是相连的曲面边界的分类 命名 显示颜色是由它关联的曲面数量决定的 自由边 红色 只与一个曲面相关联曲面之间有自由边说明曲面未连接 共享边 绿色 与两个曲面相关联曲面是相连的 抑制边 蓝色 相当于曲面被合并了 T型连接 黄色 三个或三个以上曲面相关联例如 T型连接的曲面曲面是相连的 TopologyRepair ViewingTopology 拓扑显示模式是以下一些面板的默认显示模式surfaceedit quickedit pointedit edgeedit autocleanup 和automesh也可以从下面的选项中选择几何显示类型 拓扑修补 察看拓扑关系 Toolbar 该按钮控制 自由边 共享边 T型连接和抑制边的可见性固定点显示控制曲面的透明程度 拓扑修补 概念 HyperMesh会在导入过程中进行适当的几何修补一些类型的几何包含面连接关系的信息 这些信息有助于hypermesh进行几何清理 如Catia UG ProE等软件生成的几何文件通常导入的几何是一个已经经过适当清理的几何拓扑修补就是修正面与面之间的连接关系错误可能的错误包括 相邻面未连接重复曲面缺失曲面 拓扑修补的目标 还原几何数据到部件的实际状态 拓扑修补 流程 一般流程如下 判断部件的理想曲面连接应该是怎样的观察当前拓扑显示的颜色 自由边 共享边 T型连接 找出造成当前拓扑显示颜色的原因使用hypermesh提供的工具快速有效地将连接关系还原到其应有的状态 缺失曲面创建 例 自由边 对 合并 重复曲面删除 拓扑修补 工具 EdgeEdit面板Equivalence 一次选择多条边 寻找自由边 对 并合并成共享边Toggle 一次选择一条边 选择一条边与用户指定容差范围内的另一条自由边合并Replace 一次选择一对边 合并两条边可以控制那条边固定那条边移动PointEditPanelReplace 一次选择一条边 Release replace的反操作DefeaturePanelDuplicates 在用户指定的容差范围内检测并删除重复面SurfacesPanelSpline filler 选择线或曲面的边来重新生成缺失曲面 拓扑修补 工具 QuickEdit面板 F11 有许多从其他面板集成来的面板目的是减少用户输入及加快编辑速度Unsplit 移除 删除在hypermesh中切割曲面产生的边Toggle 同edgeedit面板 在容差范围内改变边的类型Fillersurf 选择一条曲面的自由边来重建丢失曲面Deletesurf 同delete面板 只针对surfaces Replacepoint 同pointedit面板 移动 保留pointReleasepoint 同pointedit面板 必须与曲线关联 拓扑修补 策略 通过模型尺寸和缩放系数确定一个恰当的全局单元尺寸根据全局单元尺寸确定一个几何清理容差在options geomcleanup automesh和cleanup面板指定容差几何清理容差设定了几何清理工具能够合并的最大间隙容差 15 20 全局单元尺寸可能导致网格扭曲在模型各个区域操作过程中可多次改变容差值使用拓扑显示工具决定哪些部位需要几何清理使用equivalence工具尽可能一次合并尽量多的自由边确保曲面不会发生不希望的退化使用toggle工具挨个处理剩余的自由边如果需要更多控制 使用replace工具使用findduplicates工具检查重复曲面并删除使用fillersurface工具创建缺失曲面 Demo Do it yourself Exercise ImportingandRepairingCADGeometry 抽中面 介绍 对于很多有限元分析 部件用壳单元表示厚度用数值来表示 而不是几何形状网格通常放在部件的中面上CAD几何通常都是一些体 或者是围成体的一系列面 Midsurfacing在中间平面位置生成一个面网格直接划分在该面上 抽中面 工具 中面可以使用geom midsurface面板得到AutoMidsurface 从一组封闭曲面或实体自动抽取中面有时在缺失曲面的情况下也能工作缺失的曲面数量越多 结果越不可靠SurfacePair 根据选择的两个曲面得到一个中面 抽中面 工具 中面抽取后可以用midsurface面板中的工具进行修改QuickEdit 通过修改曲面定点位置修补中面AssignTarget quickedit的扩展 操作方法类似ReplaceEdge 通过合并曲面的边来填充间隙和细长条 slivers 同edgeedit面板ExtendSurface 延伸两曲面 如 筋板 直到相交ViewThickness 使用从两个曲面定点延伸出来的白线查看中面的厚度 鼠标查询处 抽中面 流程和策略 得到一个封闭的面组或一个体Midsurface automidsurface要求一个封闭的体如果需要 使用拓扑修理工具对于复杂的部件 可以尝试defeature一些定义体的曲面对于简单的零件create solid可能会得到一个更好的结果用midsurface面板生成中面 automidsurface需要更多控制时使用surfacepair子面板使用midsurface editingtools调整中面察看中面并用中面编辑功能修正错误一般使用quickedit Do it yourself Exercise GeneratingaMidsurface Defeaturing Whatisit 根据分析要求 某些几何上的细节可以忽略 这依赖于 部件中装配中的重要性特征相对于分析关键区域的位置特征的尺寸vs 网格的平均尺寸Defeaturing 移除部件中的细节使部件形状更简单 Surfacefillet Pinholes Edgefillets Defeaturing 工具 Geom Defeature面板 Do it yourself Exercise RemovingdetailsfromaMidsurfaceModel 拓扑细化 Whatisit Topologyrefinement 是指通过修改拓扑得到质量更高的网格与defeaturing不同 它通常不改变零件外形CAD几何常常会有影响网格质量的拓扑细节曲面曲率变化的地方就会存在Edges平坦广顺的区域也会被切成几个面Automesher会在存在edge的地方强制沿着edge放置节点 在存在固定点的地方必须放置结点这将产生长度很小或角度很小或长宽比很大的单元 具体情况和几何形状有关CAD几何曲面有时也会有复杂的外形在高度复杂的形状难以得到高质量的网格在曲面上增加edges将曲面切成更容易划分的小区域在需要有节点的地方增加固定点可以更好地控制网格 拓扑细化 例子 抑制边 增加边 移除固定点 增加固定点 合并固定点 After Before 拓扑细化 工具 EdgeeditToggle 选择一条共享边并抑制 Un Suppress 一次选择多条共享边并抑制PointeditAdd 增加固定点以控制网格模式沿着edges增加固定点以控制节点分布Suppress 去除不想要的固定点Replace 在同一个地方合并两个固定点Project 将固定点投影到邻近的edge需要的两个edges之间对齐网格的时候有用Surfaceedit 包含通过切割surfaces增加edges的所有功能增加edges有助于在一个大的区域控制网格模式Trimwithnodes 用node切割surfacesTrimwithlines 用lines切割surfacesTrimwithsurfs plane 用其它surfaces或定义一个plane切割surfaces 拓扑细化 工具 Quickedit包含其它面板中已有的很多工具主要是只需少量用户输入的快速编辑工具Splitsurf node 通过两个nodes之间的一条直线增加一个edge或切割一个surfaceSplitsurf line 通过一个node和一条edge之间的垂线增加一个edge或切割一个surface Washersplit 沿着孔在曲面上生成一圈圆边沿着孔边生成一圈全四边形网格时很有用Toggle 同edgeedit面板RemovePoint 删除选择的fixedpoint 拓扑细化 工具 Quickedit 继续Replacepoint 同pointedit面板Add removepoint point 通过选择位置创建一个新的Addpoint line 沿着edge创建用户指定个数的固定点alongtheselectededgeProjectpoint 同edgeedit面板 拓扑细化 技巧 划分部件网格眼观部件查找是否有糟糕的网格模式使用单元检查功能查找单元质量较差的部位Checkelems面板 QI面板等使用edgeedit un suppress抑制edges使用不同的法向角度设置使得一次可以抑制尽可能多的有时先抑制所有edges然后对需要的edges进行会更方便在增加固定点之前先将原先的抑制掉尽量抑制掉不需要的固定点 经验之谈 没有固定的流程可供遵循 孰能生巧 Do it yourself Exercise RefiningTopologytoAchieveaQualityMesh 第四节 ShellMeshing AutomeshingCheckingandEditingMesh Automeshing Whatisit automesh面板在已有曲面上创建网格可以快速生成网格大部分从CAD软件导入的部件都是以曲面 或者实体 的形式存在的Automesh允许一次对多个曲面进行划分曲面正确连接则网格也会正确连接 Automeshing Whatis topology 什么是拓扑 拓扑是部件内每个曲面与其相邻曲面的连接方式曲面的连接关系是由edges控制的如果edge与多个曲面相连 则认为这些曲面是相连的曲面的edges根据连接曲面的个数进行归类 命名并以不同颜色显示 Fr