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1、HYPERMESH基础培训同济大学汽车安全技术研究所同济大学汽车安全技术研究所 董学勤董学勤内容uu有限元基础知识uu有限元前处理基本步骤uuHYPERMESH8.0窗口界面uu常用快捷键基本介绍uu几何清理uu2D面单元网格划分uu静态应力分析1、有限元基本知识uu有限元的基本思想可概括为有限元的基本思想可概括为“ “先分后合先分后合” ”或或“ “化整为零又化整为零又积零位整积零位整” ”。uu具体来说：先把连续的求解域离散为有限个单元体，使其具体来说：先把连续的求解域离散为有限个单元体，使其只在有限个指定的节点上相互连结；然后对每个单元选择只在有限个指定的节点上相互连结；然后对每个单元选
2、择一个比较简单的函数近似表达单元物理量，并基于问题描一个比较简单的函数近似表达单元物理量，并基于问题描述的基本方程建立单元节点的平衡方程组；再把所有单元述的基本方程建立单元节点的平衡方程组；再把所有单元的方程组组成表示整个结构力学特性的整体代数方程组；的方程组组成表示整个结构力学特性的整体代数方程组；最后引入边界条件求解代数方程组获得数值解；最后引入边界条件求解代数方程组获得数值解；uu有限元分析分为三大步：有限元分析分为三大步：有限元前处理有限元前处理有限元前处理有限元前处理，有限元求解，有，有限元求解，有限元后处理。限元后处理。2、有限元前处理基本步骤uu前处理步骤包括：前处理步骤包括：u
3、u第一：建立分析结构的几何模型。对于几何形状复杂的结第一：建立分析结构的几何模型。对于几何形状复杂的结构，可以直接读取构，可以直接读取CADCAD软件的相关格式，或者通过软件的相关格式，或者通过IGESIGES等文件格式作为中介，从等文件格式作为中介，从CADCAD系统中获取结构的几何模型，系统中获取结构的几何模型，输入有限元分析软件输入有限元分析软件uu第二：根据分析对象和目的，确定有限元网格划分方案第二：根据分析对象和目的，确定有限元网格划分方案（单元类型的选择、单元的密度和数量）和装配方案（连（单元类型的选择、单元的密度和数量）和装配方案（连接关系类型和位置）建立有限元分析的计算模型接关
4、系类型和位置）建立有限元分析的计算模型uu第三第三: : 确定并施加边界条件（结构所受的载荷和约束）确定并施加边界条件（结构所受的载荷和约束） uu导入文件（HM/CAD/FEM） 设置模版 几何清理 建立材料卡片 建立几何，单元集 划分单元 单元检查与优化 建立载荷集 施加载荷 建立载荷工况 设置计算参数 输出有限元文件 求解器求解 进行后处理3、HYPERMESH8.0窗口界面uu主要包括以下几个窗口界面：主要包括以下几个窗口界面：uu下拉菜单下拉菜单uu图形区图形区uu工具栏工具栏uu标题栏标题栏uu页面菜单页面菜单uu面板菜单面板菜单uu标签域标签域uu命令窗口命令窗口uuA A 图形
5、区：显示几何、有限元模型、图形区：显示几何、有限元模型、XYXY曲线图和结果图曲线图和结果图uuB B 下拉菜单：在题头栏的下方，通过这些菜单选项进入下拉菜单：在题头栏的下方，通过这些菜单选项进入HYPERMESHHYPERMESH不同的功能模块不同的功能模块uuC C 工具栏：为常用功能提供快捷键工具栏：为常用功能提供快捷键uuD D 标题栏：标题栏分割图形区与面板菜单区，左边显示用标题栏：标题栏分割图形区与面板菜单区，左边显示用户当前位置，右边显示当前组件集和当前载荷集户当前位置，右边显示当前组件集和当前载荷集uuE E 页面菜单：主菜单，包括多个子菜单、如：页面菜单：主菜单，包括多个子菜
6、单、如： GEOM: GEOM: 包含与创建和编辑几何有关的功能包含与创建和编辑几何有关的功能 1D1D： 包含一维单元的创建和编辑工具包含一维单元的创建和编辑工具 2D2D： 包含二维单元的创建和编辑工具包含二维单元的创建和编辑工具 3D3D： 包含三维单元的创建和编辑工具包含三维单元的创建和编辑工具 ANALYSISANALYSIS： 包含分析问题以及边界条件定义的功能包含分析问题以及边界条件定义的功能 TOOL: TOOL: 包含模型编辑多种工具、模型质量检查以及模型信息功能包含模型编辑多种工具、模型质量检查以及模型信息功能 POSTPOST： 后处理和绘制后处理和绘制XYXY曲线图的功
7、能曲线图的功能uu面板菜单：显示每一页面上可用的功能，可通过点击与功面板菜单：显示每一页面上可用的功能，可通过点击与功能相应的按钮来实现这些功能能相应的按钮来实现这些功能uu标签域：位于图形区域的左侧，列出一些很有用的工具，标签域：位于图形区域的左侧，列出一些很有用的工具，包含多个特征页面，如包含多个特征页面，如UTILITYUTILITY菜单，菜单，MODELMODEL浏览器，浏览器，和和SOLVERSOLVER浏览器等浏览器等uu命令窗口：可将命令窗口：可将HYPERMESHHYPERMESH的命令直接键入文本框执行的命令直接键入文本框执行的方式代替使用图形用户界面功能执行命令的方式代替使
8、用图形用户界面功能执行命令4、常用快捷键介绍uuF2: F2: 删除删除uuF3: F3: 合并节点合并节点uuF4F4：测量距离：测量距离uuF5F5：隐藏：隐藏uuF6F6：对单个网格进行编辑（如建立、合并、划分等）：对单个网格进行编辑（如建立、合并、划分等）uuF8F8：建立节点：建立节点uuF9F9：编辑线：编辑线uuF10: F10: 网格质量检查网格质量检查uuF11F11：几何清理常用工具：几何清理常用工具uuF12F12：自适应网格划分：自适应网格划分uuShift+F1Shift+F1： 改变组件颜色改变组件颜色uushift+F2: shift+F2: 删除节点删除节点uu
9、shift+F3: shift+F3: 合并节点，寻找自由边合并节点，寻找自由边uushift+F4: shift+F4: 平移（模型，单元，节点等）平移（模型，单元，节点等）uuShift+F5: Shift+F5: 查找（节点，单元等）查找（节点，单元等）uuShift+F7: Shift+F7: 投影（节点，线等）投影（节点，线等）uuShift+F9: Shift+F9: 裁剪面裁剪面uuShift+F10: Shift+F10: 调整单元发现方向调整单元发现方向uuShift+F11Shift+F11：组件编辑：组件编辑uuCtrl+Ctrl+鼠标左键：旋转鼠标左键：旋转uuCtrl
10、+Ctrl+鼠标由键：平移鼠标由键：平移uuCtrl+Ctrl+鼠标滚轮：缩放鼠标滚轮：缩放uuF F键：键： 模型全屏幕模型全屏幕5、几何清理uuA A 导入几何模型：通过导入几何模型：通过FILE_IMPORTFILE_IMPORT子面板子面板(IGES(IGES：可导：可导入入* *. .igsigs) )文件文件uu文件地址：文件地址：D:/altair/tutorials/hm/raw_iges_data.iges点击点击 改变边显示模式改变边显示模式 uuB B 模型几何的拓扑显示：模型几何的拓扑显示： 自由边：自由边只属于一个曲面，默认颜色为红色。在自由边：自由边只属于一个曲面，
11、默认颜色为红色。在 一个经过几何清理的模型中，自由边通常只存在于部件的一个经过几何清理的模型中，自由边通常只存在于部件的外周或者环绕在内部孔洞的周围。外周或者环绕在内部孔洞的周围。 共享边：共享边被两个相邻曲面所共有，默认颜色为绿色。共享边：共享边被两个相邻曲面所共有，默认颜色为绿色。 压缩边：压缩边为两个相邻曲面所共有，但在划分网格时压缩边：压缩边为两个相邻曲面所共有，但在划分网格时被忽略被压缩边，不会生成节点，默认颜色为蓝色被忽略被压缩边，不会生成节点，默认颜色为蓝色 T T型连接边：表示曲面的边界被三个或三个以上的曲面所型连接边：表示曲面的边界被三个或三个以上的曲面所共享，默认颜色为黄色
12、共享，默认颜色为黄色uu点击点击 能改变显示的方式能改变显示的方式uu1、对曲面进行编号：uuTools-numbersuu2 2、删除重复面、删除重复面3 3、8 8和多余的和多余的POINTPOINT（F2F2）uu3 3、合并几何点、合并几何点 （GEOM-EDIT POINTS-REPLACE)GEOM-EDIT POINTS-REPLACE)uu将曲面将曲面1 1和曲面和曲面9 9右边的点进行合并右边的点进行合并uu4 4、合并两个面相邻的自由红色边（、合并两个面相邻的自由红色边（GEOM-EDIT GEOM-EDIT EDGES-TOGGLEEDGES-TOGGLE）uu合并两个面
13、相邻的自由边，如合并两个面相邻的自由边，如1 1和和6 6，1 1和和8 8，1 1和和9 9等。等。uu5 5、补面（、补面（GEOM-SURFACE-SPLINE/FILLER)GEOM-SURFACE-SPLINE/FILLER)uu1 1、7 7、5 5、8 8三个曲面之间有一个缺口，需要进行修补三个曲面之间有一个缺口，需要进行修补uu6 6、合并面、合并面( GEOM-EDGE EDIT-REPLACE)( GEOM-EDGE EDIT-REPLACE)uu曲面曲面1010和和1111之间缺少一个面，可以使用该命令将一个面之间缺少一个面，可以使用该命令将一个面合并到另一个面，当点击合
14、并到另一个面，当点击replacereplace时，系统会提示你时，系统会提示你“Gap “Gap = (0.603626). Do you still wish to replace?”= (0.603626). Do you still wish to replace?”，这，这是因为你的容差设置为是因为你的容差设置为0.20.2，但是两个面之间的距离为，但是两个面之间的距离为0.60.6，点击，点击YESYES3、HYPERMESH8.0窗口界面uu主要包括以下几个窗口界面：主要包括以下几个窗口界面：uu下拉菜单下拉菜单uu图形区图形区uu工具栏工具栏uu标题栏标题栏uu页面菜单页面菜单
15、uu面板菜单面板菜单uu标签域标签域uu命令窗口命令窗口6、2D网格壳单元划分uu在汽车的在汽车的CAECAE分析中，分析中，2D2D网格壳单元被大量使用。网格壳单元被大量使用。HYPERMESHHYPERMESH提供了强大的网格划分功能，其中提供了强大的网格划分功能，其中2D2D网格网格的划分功能有的划分功能有AUTOMESHAUTOMESH功能，功能，RULERULE功能，功能，SPLINESPLINE功功能，能，SKINSKIN功能，功能，DRAGDRAG功能，功能，ELEMENT OFFSETELEMENT OFFSET功能，功能，LINE DRAGLINE DRAG功能等，其中功能等
16、，其中AUTOMESHAUTOMESH功能的实现基于功能的实现基于几何表面的几何表面的2D2D网格的自动划分。网格的自动划分。uu通常复杂构件的通常复杂构件的2D2D网格的划分，首先需要根据面的形状网格的划分，首先需要根据面的形状以及构件的特征将面分割为便于控制和划分的一些小面。以及构件的特征将面分割为便于控制和划分的一些小面。再从一个面入手进行分网，接着划分与其相连的面，以保再从一个面入手进行分网，接着划分与其相连的面，以保证网格的连续性。证网格的连续性。uuAUTOMESHAUTOMESH面板允许在曲面上交互（面板允许在曲面上交互（INTERACTIVEINTERACTIVE）或自动（或自
17、动（AUTOMATICAUTOMATIC）的创建网格。）的创建网格。uu在在AUTOMATICAUTOMATIC划分模式下，不进入网格划分模块，面板划分模式下，不进入网格划分模块，面板直接根据单元尺寸、类型和相关选择自动完成表面网格划直接根据单元尺寸、类型和相关选择自动完成表面网格划分。分。uu在在INTERACTIVEINTERACTIVE模式下，可以进入网格划分模块，可以模式下，可以进入网格划分模块，可以指定并控制网格的划分参数。指定并控制网格的划分参数。uu1 1、导入、导入HMHM文件：文件：uuD:/altair/tutorials/hm/channel.hmuu2 2、网格划分参数
18、设置：、网格划分参数设置：uu选择单元大小为选择单元大小为5 5，混合单元类型（四边形和三角形）。，混合单元类型（四边形和三角形）。uu选择带三个硬点的面，生成预览网格：选择带三个硬点的面，生成预览网格：uu网格四条边界上面的数字表示生成的节点数。网格四条边界上面的数字表示生成的节点数。uu鼠标左键点击数字为增加，右键点击为减小，下图为上面鼠标左键点击数字为增加，右键点击为减小，下图为上面节点数减少节点数减少2 2个，右边节点数介绍个，右边节点数介绍2 2个个uu点击点击MESHMESH后，会自动进入到后，会自动进入到DENSITYDENSITY面板中：面板中：uu改变改变ELEMENT SI
19、ZEELEMENT SIZE为为1010，然后点击，然后点击RECALE ALL RECALE ALL uu改变改变ELEMENT DENSITYELEMENT DENSITY为为5 5，如图，如图uu3 3、改变网格划分形式、改变网格划分形式uu选取选取RIBRIB平面，划分预览网格，点击平面，划分预览网格，点击MESH STYLEMESH STYLE。uu表示当前网格曲面使用的是表示当前网格曲面使用的是FREEFREE网格划分算法网格划分算法uu点击图标可以改变网格划分形式和算法点击图标可以改变网格划分形式和算法uu4 4、检查网格自由边（、检查网格自由边（TOOL-EDGESTOOL-E
20、DGES，F3)F3)7、静态应力分析uu静态应力分析流程静态应力分析流程 （HYPERMESHHYPERMESH自带自带OPTISTRUCTOPTISTRUCT求求解）解）uu导入导入OPTISTURUCTOPTISTURUCT模块模块uu建立网格材料组件建立网格材料组件uu建立网格单元组件建立网格单元组件uu建立约束组件，施加约束建立约束组件，施加约束uu建立边界条件组件，施加边界条件建立边界条件组件，施加边界条件uu建立工况建立工况uu提交计算，进行求解提交计算，进行求解uu导入导入RESRES文件，看结果文件，看结果uu1 1、建立网格材料组件、建立网格材料组件uu点击点击CREAT
21、EDITCREAT EDIT，进行材料编辑，进行材料编辑uu其中其中E E为弹性模量，为弹性模量，NUNU为泊松比，为泊松比，RHORHO为密度为密度uu2 2、建立网格单元组件、建立网格单元组件uu3 3、划分网格、划分网格uu改变当前组件为改变当前组件为STEELSTEELuu利用上节中的槽型钢网格：利用上节中的槽型钢网格：uu4 4、建立约束组件、建立约束组件uu4 4、建立边界条件组件、建立边界条件组件uu5 5、施加约束：、施加约束：uu改变当前工况组件为约束组件（改变当前工况组件为约束组件（SPCSPC）uuAnalysis-constrainsAnalysis-constrain
22、suu选中所需要约束的点，右边的选中所需要约束的点，右边的DOFDOF从从1 1到到6 6分别为分别为XYZXYZ的的平动和转动。平动和转动。uu6 6、施加边界条件：、施加边界条件：uu改变当前工况组件为约束组件（改变当前工况组件为约束组件（forceforce）uuAnalysis-FORCESAnalysis-FORCES选择需要加力的点，选择需要加力的点，magnitudemagnitude为力大小，为力大小，Z-AXISZ-AXIS为方向为方向uu6 6、建立工况、建立工况uuANALYSIS-SUBCASEANALYSIS-SUBCASEuuTYPETYPE为求解的方式，本例为线性
23、求解，为求解的方式，本例为线性求解，SPCSPC和和LOADLOAD分别分别为刚才建立的约束和边界条件为刚才建立的约束和边界条件uu7 7、提交计算、提交计算uuANALYSIS-OPTISTRUCTANALYSIS-OPTISTRUCTuu8 8、观看结果、观看结果uu计算完软件会直接导入结果文件，如果重启计算完软件会直接导入结果文件，如果重启HYPERMESHHYPERMESH文件，则需要在结果文件夹中导入文件，则需要在结果文件夹中导入RESRES文件文件uuPOST-COUNTERPOST-COUNTERuu位移云图位移云图uuPOST-COUNTERPOST-COUNTERuu应力云图应力云图 THANK ALL
