hyperworks功能简介

1、Altair HyperWorks 功能简介一 .综合评价其为企业级CAE平台，集成设计与分析多种工具，拥有开放性体系和可编程工作平台，可提供顶尖的CAE建模、可视化分析、优化分析、以及健壮性分析、多体仿真、制造仿真、以及过程自动化。二. 软件模块建模及后处理HyperMesh MotionViewHyperViewHyperGraphHyperGraph 3DHyperCrash优化分析OptiStructHyperStudyHyperStudyDSSOptiStruct/AnalysisMotionSolve虚拟制造HyperFormHyperXtrudeForgingFriction S

2、tir WeldingMolding流程自动化及数据管理Process ManagerData Manager 4 stacked (ADM) Client其它Process StudioBatch Mesher表1 HyperWorks软件模块分类1、OptiStruct 结构优化设计工具，提供拓扑、形貌、形状、尺寸等优化解决方案2、前后处理（1） HyperMesh高性能、开放式有限单元前后处理器，主要用于模型处理。相对其它软件，具有更为强大的网格划分能力。提供几乎所有主流商业CAD系统和CAE求解器接口。CAD接口如ProE，CATIA，IGES，UG等。CAE接口如ansys

3、，optistruct，abaqus，nastran，dyna，ideas等（2）MotionView 通用多体动力学仿真及工程数据前后处理器，拥有丰富的车身模型库并支持二次开发。（3）HyperGraph 仿真和实验结果的后处理绘图工具，拥有丰富的求解器和实验数据接口、数学函数库并支持后处理模块定制，实现数据处理自动化。（4）HyperView 完整的结果后处理工具，可处理有限元分析、多提系统仿真、视频和工程数据。（5）HyperStudy 为健壮性设计开发的参数化研究和多约束优化工具应用：实验设计（DOE）、随机仿真和优化技术3、求解器（1）OptiStruct/Ana

4、lysis 有限元分析求解器，具有快速而精确的特点应用：用于线性静态和频率响应分析的求解（2）MotionSolve 多体动力学分析求解器应用：刚体和柔体耦合分析求解（3）Radioss 应用：安全技术、生物仿真技术和车辆安全评价技术（4）HyperCrash 应用：主要用于碰撞仿真4、制造工艺仿真（1）HyperForm 钣金冲压成成形仿真工具，兼模具设计、管料弯曲成形和液压成形仿真模块（2）HyperXtrude 合金材料挤压成形仿真工具（3）Forging 锻压方针（4）Molding 注塑成型仿真（5）Friction Stir Welding 模拟摩擦激光焊接三软件应用1、拓扑优化：

5、在给定的设计空间内寻求最佳的材料分布，载荷到约束的传力路径上材料得到保留。1.1、OptiStruct使用均匀化法和密度法定义材料流动规律。（1）均匀化法：基本思想起源于材料学领域，指用一种等效的材料模型来代替复合材料模型。均匀化法对二维结构每个单元有三个设计变量，三维有六个设计变量，设计变量多，敏度计算复杂。优化后的结构含有多孔质材料，不易制造。 图1 均匀化法微结构示意图（2）密度法：人为假定单元正则化密度和材料物理属性（如许用应力、弹性模量）之间的某种对应关系，以连续变量的密度函数形式显式表达这种对应关系。密度法基于各向同性材料，无需引入微结构，单元变量少，程序实现简单，计算效率高。是所

6、有拓扑优化问题默认的方法。此法中假定材料的刚度与密度呈线性关系。两种方法空间尺寸变量都被设置为连续变量，在0-1之间变化，0和1分别代表空或实，中间值代表假想的材料密度值。在OptiStruct优化中，实体单元、壳单元以及1D单元（包括RodBar/BeamBush和Weld单元）都可以用于定义拓扑设计单元。1.2、制造工艺约束拓扑优化过程中考虑结构对称或铸造等工艺的可行性，提出多种解决方案：1） 成员尺寸控制最小成员尺寸：消除优化结果中细小的传力途径，结果中的密度为1的区域最小尺寸将会大于最小成员尺寸。其一般大于3倍的单元平均尺寸。最大成员尺寸：消除优化结果中的材料堆积，结果中单元密度为1的

7、区域各项尺寸将不会大于最大成员尺寸。其一般大于单元平均尺寸的3倍。2)脱模 在铸造的脱模方向或刀具进出方向不能有材料阻挡3)挤压 是材料沿挤压方向的横截面保持一致，得到的优化结果可以采用型材制造，实际上是对零件所使用的型材的横截面进行优化。4)对称 在网格、边界条件不对称的模型中也能强制生成对称5)模式重复 允许相似的设计区域形成相似的拓扑布局：某一区域或多个区域的结构样式和另一区域保持一致或沿某方向进行比例缩放，从而减少工艺设计和制造加工的工作量。注：模式重复时，主设计区域和从设计区域的网格，边界条件无需保持一致。1.3、优化方式体积比约束：建模方式对应的工程含义为“结构体积一定的情况下，目

8、标函数如柔顺度、固有频率值最小或最大”。建模方法的好处在于：由于体积敏度值保持恒正（或恒负），有利于优化求解，通常情况下优化迭代收敛性好。做拓扑优化时使用方法，通常约束为体积分数为0.3，目标为柔度最小（刚度最大），设计变量为设计空间单元密度。体积最小化目标:建模方式对应的工程含义为“在满足结构响应量如节点位移、固有频率值不大于（或不小于）许用值的情况下，结构体积最小化”。建模方法的好处在于：具有处理多种不同性质约束的能力。如：约束为某（些）节点的位移小于0.1（或应力小于2e5），目标为体积最小，设计变量为单元密度。1.4、优化应用1、拓扑优化:包括刚度、强度、固有频率及它们之间的组合优化刚

9、度优化 难点之一为多工况下多刚度拓扑优化，本质上是多目标拓扑优化问题。问题是很难找到一种方法使所有的目标函数同时达到最大化，寻求一个唯一的全局最优解困难，当多工况载荷下各个工况载荷的数值大小的差异较大时，常常会造工况下单元拓扑值相差较大。在优化过程中，较小载荷容易丧失刚度传递路径，小载荷对应的单元拓扑值在优化过程中往往会被删除，造成所谓的“病态载荷”现象。强度优化 在一般的线弹性小变形情况下，强度拓扑优化和刚度拓扑优化获得相似的设计结果。动态优化 动态拓扑优化分为固有特性拓扑优化和动响应下的拓扑优化问题。频率优化问题的难点在于克服局部模态现象和频率交换现象。 2、形状优化：设计人员对模型有了一

10、定的形状设计思路后所进行的一种细节设计，目的是通过改变模型的某些参数（几何特性的形状）来提高模型力学性能。主要应用HyperMorph模块进行形状优化。3、形貌优化：为形状优化的高级形式，它不删除材料，是在板形结构中寻找最优的加强肋分布的概念设计方法，用于设计薄壁结构的强化压痕，在减轻结构重量的同时能满足强度、频率等要求。其方法与拓扑优化类似，不同的是拓扑优化用单元密度变量，形貌优化用形状变量。4、尺寸优化：同样为设计人员对模型有了一定的形状设计思路后所进行的一种细节设计，通过改变结构单元的属性，如壳单元的厚度、两单元的横截面属性、弹簧单元的刚度和质量单元的质量等来达到一定设计要求（如应力 质

11、量 位移）。5、应用举例：1.HyperWorks 在汽车零部件有限元分析中的应用应用HyperWorks 软件，对汽车零部件的刚度、强度和模态等进行有限元分析。并通过对某摩擦片的强度和某发动机飞轮壳的模态、强度和刚度等有限元分析.阐述了复杂结构强度计算时边界条件的简化.通过与理论解的对比，验证了边界条件简化的合理性。2. HyperWorks现代飞机性能设计的新平台HyperWorks 在飞机结构有限元建模，结构优化及减重，碰撞安全性分析，复合材料零部件设计和运动机构仿真及优化等领域的技术已经被世界各大飞机制造商广泛采用，成为事实上的现代飞机性能设计新平台。3. Hyperworks在汽车N

12、VH开发中的应用用HypeWorks软件对汽车零部件进行模态有限元分析。通过对某家用轿车空调压缩机支架进行模态分析，建立空调压缩机支架的有限元模型。采用RBE2单元来模拟空调压缩机和空调压缩机支架及发动机之间的连接。4. 基于 HyperWorks 的轿车车门外板抗凹性分析4. 基于 HyperWorks 的轿车车门外板抗凹性分析应用HyperWorks 软件平台，对车门外板的抗凹性能进行分析验证。 在整个分析过程中使用HyperMesh平台进行前处理、利用AbaqusCommand做求解、采用HyperView与HyperGraph平台进行后处理，介绍某车型车门外板的抗凹性能分析过程，以验证

13、车门性能品质为目的，同时也体现了HyperWorks 软件平台在有限元分析方面的强大功能。5. HyperWorks 在汽车转向节优化设计中的应用HyperWorks 软件的结构优化功能，对汽车零部件进行结构优化设计的过程。以对某汽车转向总成中的转向节结构优化为例，重点介绍了拓扑优化和形状优化在产品结构设计中的应用方法及功能。 优化结果表明将拓扑优化和形状优化相结合应用，对零部件的结构设计能起到重要的指导性作用。6. 基于HyperWorks的车架模态分析利用HyperWorks建立以壳单元为基本单元的车架有限元分析模型， 分析了该车架的前七阶固有频率及振型， 为车架响应分析提供了重要的模态参

14、数， 同时也为结构的改进设计提供了理论依据。7. HyperWorks 在疲劳失效预测分析中的应用应用HyperWorks 软件进行有限元疲劳预测，将零部件设计水平从寿命定性设计到寿命定量设计变为可能。本文借助HyperMesh 和 RADIOSS 软件，以平衡悬架大支架为例，介绍疲劳分析的使用过程，将计算结果与试验结果对比，并对改进结构进行验证。8. HyperWorks 在直升机旋翼系统强度设计中的应用在直升机旋翼系统强度分析过程中，为了满足承受多种载荷高速旋转复杂结构有限元建模需要，采用 HyperMesh建立三维六面体实体单元，完成多点单位载荷状态应力计算。与 Altair 技术支持部

15、门合作，开发专用非线性函数化应力运算后处理程序Sleeve，满足结构高、低周疲劳应力可视化后处理计算要求，为直升机旋翼系统强度设计及优化分析提供可用工具。9. HyperWorks Connector模拟整车焊接研究车身承载了轿车在使用过程中的各种载荷，其中主要包括扭转载荷、弯曲载荷、扭转弯曲复合载荷以及碰撞载荷等。刚度不足就会引起车身门窗和发动机舱的变形，以导致轿车车窗玻璃的破坏，车门被卡能现象。车身刚度不足，必然其固有频率也会较低，从而容易引起结构共振和噪声，将严重影响驾驶人员和乘客的乘坐舒适性。本文采用HyperWorks，进行有限元网格划分，并利用其中Connector 模块进行白车身

16、模型的焊接，利用 Nastran 进行白车身的模态分析。10. HyperWorks 优化技术在薄板件工艺可成型性分析中的应用薄板件类产品设计的一个重要考虑因素就是工艺可成型性。本文简要介绍了如何利用 HyperMorph 技术对零件特征进行尺寸改变以及形状优化，从而进行仿真分析，尽快发现较好的工艺可成型性，缩短新产品开发周期。11. 基于HyperWorks的某桥壳有限元分析及拓扑优化技术以实体单元为基础，利用HyperWorks对某拖拉机大马力转向驱动桥壳进行了强度计算和有限元模拟分析得出了零件的应力和变形分布， 验证了设计的合理性，为拖拉机驱动桥的强度评价及疲劳寿命估算提供了相关数据，为

17、同类相关产品的分析提供了参考依据，并对桥壳模型进行拓扑优化以指导桥壳的设计思路。 12. HyperWorks 在精密铸造产品优化设计中的应用应用HyperWorks 对精密铸造产品进行结构优化设计，且以对某汽车驾驶室后悬置支架的结构优化为例，着重介绍了拓扑优化和形状优化在精密铸造产品结构设计上的应用方法及功能。事实表明拓扑优化和形状优化的联合应用，对精密铸造产品的结构设计起到非常关键的帮助作用，最后通过此软件对优化后的产品结构进行有限元分析，验证优化后产品结构的强度和刚度。 13. 基于 HyperWorks 软件平台的汽车前翼子板件冲压成形性分析HyperWorks软件平台应用于汽车外覆盖件板料成形性有限元分析。以某车型的前翼子板件为例，重点对其拉