1、HyperMesh梁单元和壳单元的混合建模本文根据工程实例，应用有限元软件HyperMesh 11.0进行梁单元和壳单元的混合建模，并在其中详细论述，梁单元在与壳单元混合建模的过程中如何对梁单元进行偏置处理，保证梁单元与壳单元的所有节点完全耦合。 在焊接工艺中，梁单元与壳单元的使用可以大大提高整体焊接结构的抵抗变形能力，避免单独使用壳单元时强度和刚度的不足。HyperMesh软件中提供了大量标准梁的截面，也可以通过实际应用需求单独创建梁截面。 在1D面板中点选HyperBeam选项，如图1所示。 图1 1D面板中的HyperBeam选项 HyperBeam中提供了大量的梁截面，如图2所示。 图
2、2 HyperBeam下的各种梁截面 图2中红色箭头所指的是各种标准梁截面的属性，包括H型梁，L型梁，工型梁等等。可以根据实际需求进行选择，而且可以自己独立进行尺寸编辑。图2中的shell section可以建立独立的壳截面，solid section可以建立独立的实体截面。在建立完成各种梁的截面属性之后，可以通过edit section进行梁截面属性的修改。 以上主要介绍了1D梁单元的使用情况，下面将根据工程实例对壳单元和梁单元的混合建模进行详细的介绍。图3是梁单元和壳单元焊接之后的三维图，图4是图3中梁单元以1D显示的情况。二者之间的切换功能键如图5所示。 图3 梁单元和壳单元焊接之后梁单
3、元以3D显示 图4 梁单元和壳单元焊接之后梁单元以1D显示 图5 梁单元1D与3D之间的切换功能键下面介绍梁单元的具体创建方法，不再讲述壳单元的建立方法。首先建立Beam Section，在软件左侧右键create-Beam Section，在出现的对话框窗口中对Bean进行命名。具体的过程如图6所示。 图6 Beam的建立过程 之后进入1D-HyperBeam面板，选择Standard section选择Standard Channel面板，打开面板后对各个参数进行修改，如图7所示。左侧的红色框内的区域是进行具体尺寸的修改，修改的结果会以直观的形式显示在图形界面中，右侧的红色方框是梁界面的各
4、个力学参数。注意梁的方向，梁的长度方向是X轴，图形中的是梁的Y轴和Z轴。在梁的方向的选取过程中Y轴为第一方向。 图7 梁的各个参数的修改 之后建立梁的属性，同样在软件左侧位置右键创建属性，弹出属性创建的选项卡片，在Type中选择1D，在Card image中选择PBEAM，单击确定按钮，如图8所示。图8 梁属性的创建及其卡片的设置以上过程都处理好之后进行具体梁与壳单元的混合建模，进入1D-line mesh卡片里面，如图9所示。 图9 1D-line Mesh卡片 进入之后会发现有很多按钮，具体的功能介绍：左上角位置是进行节点或或者线的选择，也就是说梁在节点或者线上进行创建。左下角的auto功
5、能键是确定梁的如何摆放，element config是选择进行梁还是杆的创建，文中我们选择bar2。Offset是表示梁向哪个方向进行偏置，ax ay az表示梁单元的第一个端点，bx by bz表示梁单元的第二个端点。具体如图10所示： 图10 Line Mesh具体功能图 在已经建立好的壳单元中选择一排节点，并建立一个壳单元与梁单元的混合建模，按照图5把梁单元的显示方式切换为3D，建立好的有限元模型图如图11所示：图11 梁单元与壳单元混合模型的3D显示 由图11可以看出，虽然梁单元与壳单元进行了混合建模，但是3D情况下二者之间仍有缝隙，为了能够和实际梁单元和壳单元焊接一样，要进行梁单元的偏置。把梁单元的x轴进行偏置，偏置的过程要依据梁截面的属性和壳的厚度进行计算，偏置后的3D显示如图12所示：图12 偏置后的梁与壳单元的3D显示图 以上过程中介绍了如何应用HyperMesh软件进行梁单元与壳单元的混合建模，以及梁单元面板中各个参数的如何设置及其说明，希望能够为广大工程人员提供帮助。
