HyperMesh基础培训：总体入门、快捷键、几何清理、拓扑细化、面网格

1、Page 1Altair HyperWorks 10.0HyperMesh基础培训基础培训2010年年10月月30第一讲第一讲Page 2Altair HyperWorks总体介绍总体介绍 装配装配批处理网格批处理网格数据管理数据管理碰撞碰撞绘图绘图网格网格多学科优化多学科优化后处理播放器后处理播放器后处理后处理多体求解器多体求解器多体前处理多体前处理优化优化求解器求解器数值计算数值计算 Page 3HYPERMESH 简介简介航空航天：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，

2、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。Page 4 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。Page 5 第一节第一节 HyperMesh操作入门介绍操作入门介绍一、一、 HyperMesh的用户界面的用户界面标题区标题区菜单区菜单

3、区工具条工具条图形区图形区宏菜单及模型导航区宏菜单及模型导航区模板选择模板选择状态条状态条主菜单区主菜单区Page 6求解器模板选择求解器模板选择默认网格模板默认网格模板自带求解器自带求解器Page 71. HyperMesh的用户界面的用户界面图形区图形区状态条状态条主菜单区主菜单区宏菜单及模型宏菜单及模型导航区导航区工具条工具条菜单区菜单区标题区标题区Page 82.下拉菜单区下拉菜单区1.标题区标题区新建、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文件操作编辑编辑工具条定制工具条定制实体对象集实体对象集几何几何网格网格焊点焊点材料材料属性属性边界条件边界条件 分析分析工具

4、工具网格网格morphing结果后处理结果后处理曲线曲线个性化定制个性化定制应用应用帮助帮助调用主菜单区调用主菜单区Page 9下拉菜单区下拉菜单区文件操作文件操作文件导入导出文件导入导出练习练习Page 10下拉菜单区下拉菜单区编辑编辑查找工具查找工具命令命令脚本脚本了解了解Page 11下拉菜单区下拉菜单区工具条定制工具条定制面板位置面板位置命令区位置命令区位置窗口区域切换窗口区域切换工具条显示控制工具条显示控制模型导航模型导航求解导航求解导航(了解了解)主副模型导航主副模型导航(了解了解)焊点信息导航焊点信息导航实体状态导航实体状态导航实体属性显隐导航实体属性显隐导航宏菜单宏菜单Page

5、 12下拉菜单区下拉菜单区工具条定制工具条定制练习练习标准标准实体对象集实体对象集可视性可视性显示工具显示工具视图视图放大缩小移动旋转放大缩小移动旋转图像图像检查检查Page 13显示控制显示控制: 视图视图: 工具栏工具栏Pan Center (C)Rotate Left Rotate RightRotate Up Rotate DownRotate ClockwiseRotate Counter ClockwiseDynamic Rotate (A) Dynamic Spin (R) 通过在屏幕上抓取一个点并拖拽鼠标实现旋转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

6、行旋转相对于光标位置和屏幕中心进行旋转平移模型平移模型在屏幕上点取一个位置作为模型新的旋转中心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沿不同的轴进行旋转Page 14 HyperMesh的输入设备操作的输入设备操作鼠标的操作鼠标的操作 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。鼠标操作鼠标操作功能功能左键左键执行选择操作执行选择操作右键右键在图形区中取消选择实体，中止图形操作在图形区中取消选择实体，中止图形操作中键中键在旋转和弧动态运动模式中，拾取模型中的一个点作为新在旋转和弧动态运动模式中，拾取模型中的一

7、个点作为新的旋转中心。执行面板中命令。的旋转中心。执行面板中命令。Ctrl+左键左键动态旋转模型动态旋转模型Ctrl+右键右键平移模型平移模型Ctrl+中键中键放大图形的一个区域放大图形的一个区域Ctrl+中键（滚轮）中键（滚轮）放大或缩小模型放大或缩小模型Page 15下拉菜单区下拉菜单区实体对象集实体对象集Page 16Geom：几何命令宏菜单：几何命令宏菜单几何工具 网格工具Tools：1. Isolate surf：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。2. ThinSolidMidsurf：用一条

8、边找出与之相连的面，所组成的闭合三维几何，抽取其中面。3. 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。4. Adj circ pts：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。Page 17QA：网格质量检查命令宏菜单：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Split Warped：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

9、两个三角形单元Find Attached：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。Find Between：寻找被两个组件同时共享的单元。模型检查的Short CutsPage 18Help按钮按钮 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

10、今没有中文翻译版本。Page 19键盘的操作键盘的操作 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。热键操作B返回到以前操作的视图中Z缩放视图P刷新显示W窗口局部显示F充满窗口R旋转C设定视图中心T设定视角显示A弧形旋转S当鼠标上下移动时动态缩放视图M关闭菜单项，只显示图形（再按M回到菜单显示）+或-逐步缩放视图逐步旋转视图Page 20HyperMesh的默认快捷键列表的默认快捷键列表功能键功能键对应菜单对应菜单加加

11、Shift键后的对应菜单键后的对应菜单加加Ctrl键后的对应菜单键后的对应菜单F1隐藏线（hidden line）颜色（color）打印幻灯片（print slide）F2删除（delete）临时节点（temp nodes）幻灯片文件（slide file）F3替代（replace）边（edges）打印EPS（只对UNIX系统）F4距离（distance）移动（translate）EPS文件F5隐藏显示（mask）寻找（find）打印B/W EP3文件F6单元编辑（element edit）分割（split）JPEG文件F7节点对齐（align node）投影（project）F8创建节点（c

12、reate node）节点编辑（node edit）F9编辑线（line edit）面编辑（surf edit）F10检查单元（check element）法线（normal）F11几何清理（quick edit）组织（organize）F12自动划分网格（automesh）平滑（smooth）Page 21第二节第二节HyperMesh 实体类型及模型组织实体类型及模型组织: 几何几何点点曲线曲线曲面曲面体体连接（用于建立连接）连接（用于建立连接） 有限元模型有限元模型节点节点临时节点（用一个小圆圈表示）临时节点（用一个小圆圈表示）单元单元点点曲线曲线曲面曲面节点节点单元单元临时节点临时节点

13、实体实体Page 22HyperMesh 实体类型实体类型 有限元载荷有限元载荷载荷（约束，力，压力等）载荷（约束，力，压力等）约束方程（节点间的数学关系）约束方程（节点间的数学关系） 接触接触组（定义实体间的接触）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）接触面（定义接触中作为主面或从节点的一系列实体）约束约束力力压力压力接触面接触面Page 23HyperMesh 实体类型实体类型 多体多体椭球体椭球体 (定义一个刚体形状)多体平面多体平面 (定义一个刚体形状)多体连接多体连接(定义两个刚体之间的连接) 安全性分析安全性分析传感器传感器(定义一个事件启动开关)控

14、制体积控制体积 (定义气囊)Page 24HyperMesh 实体类型实体类型 坐标实体坐标实体坐标系坐标系（坐标轴）向量向量 参考实体参考实体集集（特定类型实体的简单列表）块块（包含在方盒空间内的实体列表） 一维单元横截面一维单元横截面梁截面梁截面（用于定义单元属性中的截面属性）坐标系坐标系梁截面梁截面向量向量Page 25HyperMesh 实体类型实体类型 绘图绘图curve曲线(X-Y 数据)plot绘图窗口（带坐标轴的曲线显示） 输出请求输出请求 Loadsteps载荷工况（载荷集的组合Output blocks输出块输出块 （特定实体的分析输出请求） 标签标签Titles一曲线标题

15、曲线标题 (给曲线加个标题)Tags实体标贴实体标贴 (给实体指定个名字)T T a a g g s sT T i i t t l l e e s s有一条曲线的绘图有一条曲线的绘图Page 26HyperMesh 实体类型实体类型 Morphing(网格变形网格变形) Handles 控制柄：控制柄：用于在变形过程中控制模型形状Domains 域：域：用于把模型分成若干区域 (针对基于domain的morphing)Morph volume 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）Morph constraints 变形约束：控制变形过程中的节点运动变形约束

16、：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对称：强制模型在变形过程中的变形对称Shapes 形状变量：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变形保存后的模型状态，可在后续过程中提取使用SymmetriesHandlesDomainsMorph VolumePage 27HyperMesh 实体类型实体类型优化优化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Dobjref

17、s 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 Import Geometry 下拉菜单下拉菜单Toolbar Geometry工具栏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 CATIA V5 licensePro/ENGINEER (Wildfire 2.0 & 3.0)导入 *.prt

18、和 *.asm 文件IGES导入 *.igs / *.iges 文件STEP导入 *.stp 文件Page 36拓扑修补拓扑修补: 曲面定义曲面定义Fixed point (“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Surface edge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SurfacePage 37Automeshing: 什么是拓扑关系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

19、名、显示颜色是由它关联的曲面数量决定的自由边（红色）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）共享边（绿色）与两个曲面相关联曲面是相连的抑制边（蓝色）抑制边（蓝色）相当于曲面被合并了T型连接（黄色）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Page 38Topology Repair: Viewing Topology拓扑显示模式是以下一些面板的默认显示模式 surface edit, quick edit, point edit, edge edit, autocleanup, 和 automesh也可以从下面的选项中选择几何显

20、示类型Auto默认(在以上提到的面板中用拓扑方式显示)By Comp总是用component的颜色显示By Topo总是用拓扑方式显示几何By 2D Topo用拓扑方式显示2D几何By 3D Topo用拓扑方式显示3D几何Mixed用拓扑方式显示2D/3D几何Page 39拓扑修补拓扑修补: 察看拓扑关系察看拓扑关系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Page 40拓扑修补拓扑修补: 概念概念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

21、, 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 拓扑修补的目标拓扑修补的目标: 还原几何数据到部件的实际状态Page 41拓扑修补拓扑修补: 流程流程一般流程如下: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Page 42拓扑修补拓扑修补: 工具工具Edge Edit 面板Equivalenc

22、e (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Point Edit PanelReplace (一次选择一条边)Release replace的反操作Defeature PanelDuplicates 在用户指定的容差范围内检测并删除重复面Surfaces PanelSpline / filler 选择线或曲面的边来重新生成缺失曲面Page 43拓扑修补拓扑修补: 工具工具Quick Edit 面板（F11）有许多从其他面板集成来的面板目

23、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 edge edit面板; 在容差范围内改变边的类型Filler surf 选择一条曲面的自由边来重建丢失曲面Delete surf 同 delete面板 (只针对surfaces)Replace point 同 point edit 面板; 移动/保留 pointRelease point 同 point edit 面板; 必须与曲线关联Page 44拓扑修补拓扑修补: 策略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/

24、geom cleanup、 automesh 和和cleanup面板指定容差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find duplicates工具检查重复曲面并删除 使用 filler surface 工具创建缺失曲面Page 45Demo + Do-it-yoursel

25、fExercise: Importing and Repairing CAD GeometryPage 46抽中面抽中面: 介绍介绍 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Page 47抽中面抽中面: 工具工具 中面可以使用中面可以使用geom/ midsurface 面板得到面板得到Auto Midsurface 从一组封闭曲面或实体自动抽取中面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

26、有时在缺失曲面的情况下也能工作缺失的曲面数量越多，结果越不可靠缺失的曲面数量越多，结果越不可靠Surface Pair 根据选择的两个曲面得到一个中面根据选择的两个曲面得到一个中面Page 48抽中面抽中面: 工具工具中面抽取后可以用midsurface面板中的工具进行修改Quick Edit 通过修改曲面定点位置修补中面Assign Target quick edit的扩展, 操作方法类似Replace Edge 通过合并曲面的边来填充间隙和细长条（slivers ）同 edge edit 面板Extend Surface 延伸两曲面（如：筋板）直到相交View Thickness 使用从两

27、个曲面定点延伸出来的白线查看中面的厚度（鼠标查询处）Page 49抽中面抽中面: 流程和策略流程和策略1. 得到一个封闭的面组或一个体Midsurface : auto midsurface 要求一个封闭的体如果需要，使用拓扑修理工具2. 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3. 用用midsurface面板生成中面 : auto midsurface 需要更多控制时使用surface pair 子面板使用midsurface : editing tools 调整中面4. 察看中面并用中面编辑功能修正

28、错误一般使用 quick editPage 50Do-it-yourselfExercise: Generating a MidsurfacePage 51Defeaturing: What is it? 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Surface filletPinholesEdge filletsPage 52Defeaturing: 工具工具Geom/Defeature 面板Pinholes:在曲面上查找封闭的自由边（孔）

29、填掉小孔在中心位置生成一个 fixed pointSurf Fillets:查找作为其他曲面的圆角的曲面延伸响应曲面去处圆角Edge fillets:在曲面上查找圆角将圆角转化为直角Duplicates:查找并删除重复曲面Symmetry:在单个 component查找对称曲面删除曲面或将曲面放入不同的componentsPage 53Do-it-yourselfExercise: Removing details from a Midsurface ModelPage 54拓扑细化拓扑细化: What is it?“Topology refinement” 是指通过修改拓扑得到质量更高的网格

30、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Page 55拓扑细化拓扑细化: 例子例子抑制边增加边移除固定点增加固定点合并固定点AfterBefor

31、ePage 56拓扑细化拓扑细化: 工具工具Edge editToggle 选择一条共享边并抑制(Un)Suppress 一次选择多条共享边并抑制Point editAdd 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Surface edit 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Trim with nodes 用node 切割 surfacesTr

32、im with lines 用 lines 切割 surfacesTrim with surfs/plane 用其它 surfaces 或定义一个 plane 切割 surfacesPage 57拓扑细化拓扑细化: 工具工具Quick edit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Split surf-node: 通过两个nodes之间的一条直线增加一个edge或切割一个surface Split surf-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 .Washer split 沿着孔在曲面上生成一圈圆边沿着孔边生成一圈

33、全四边形网格时很有用Toggle 同 edge edit 面板Remove Point 删除选择的 fixed pointPage 58拓扑细化拓扑细化: 工具工具Quick edit, 继续Replace point 同 point edit 面板Add/remove point : point 通过选择位置创建一个新的 Add point: line 沿着edge创建用户指定个数的 固定点 along the selected edgeProject point 同 edge edit 面板Page 59拓扑细化拓扑细化: 技巧技巧 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

34、功能查找单元质量较差的部位 Check elems 面板, QI 面板等 使用 edge edit :(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：经验之谈：没有固定的流程可供遵循，孰能生巧！Page 60Do-it-yourselfExercise: Refining Topology to Achieve a Quality MeshPage 61第四节第四节: Shell MeshingAutomeshingChecking and Editing MeshPage 62Automeshing: What is it?automesh面板在已有曲面上创建网格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Page 63Automeshing: What is “topology”?什么是拓扑？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