1、Altair HyperWorks 10.0 HyperMesh基础培训,2010年10月30,第一讲,Altair HyperWorks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
2、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
3、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
4、具栏,Pan Center (C),Rotate Left Rotate Right,Rotate Up Rotate Down,Rotate Clockwise Rotate Counter Clockwise,Dynamic 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 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
5、区,实体对象集,Geom：几何命令宏菜单,几何工具,网格工具,Tools： 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。 ThinSolidMidsurf：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。 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。,
6、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,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
7、组件同时共享的单元。,模型检查的Short Cuts,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
8、（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（
9、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 Output blocks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
10、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 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,Morph Volume,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
11、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,Hyp
12、ermesh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,Component 1,Component 2,Component 3,
13、Component 1,Component 2,Component 3,Component 4,模型组织: Collectors,Model browser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“current collector” 新创建的collector被自动设置为当前collector M
14、odel browser可在模型树中用右键切换当前collector. Include Browser 用来切换当前 include. Organize面板用于将实体移入另一个collector,Bold “Current Collector”,Bold “Current Include”,模型组织: Tools,Panels面板 Collectors 创建新 collectors Model Browser 为各种实体类型设置当前collector Organize 将实体放到不同的collector中 Rename 重命名已有 collector Reorder Collectors 会在
15、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: Reorganizing a Bumper Model,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,Topology Repair: Importing Geometry,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
16、览器 导入 *.prt 文件 要求安装UG CATIA (V4 & V5) 导入 *.model 文件 导入V5 文件要求有 CATIA V5 license Pro/ENGINEER (Wildfire 2.0 & 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,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
17、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,Topology Repair: Viewing Topology,拓扑显示模式是以下一些面板的默认显示模式 s
18、urface 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
19、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,Edge Edit 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 Replac
20、e (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 Panel Replace (一次选择一条边) Release replace的反操作 Defeature Panel Duplicates 在用户指定的容差范围内检测并删除重复面 Surfaces Panel Spline / filler 选择线或曲面的边来重新生成缺失曲面,拓扑修补: 工具,Quick Edit 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 edge edit面板; 在
21、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 point Release point 同 point edit 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/geom cleanup、 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
22、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,Demo + Do-it-yourself,Exercise: Importing and Repairing CAD Geometry,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
23、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Auto Midsurface 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 Surface Pair 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 Quick Edit 通过修改曲面定点位置修补中面 Assign Target qu
24、ick 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 : auto midsurface 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mids
25、urface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 调整中面察看中面并用中面编辑功能修正错误 一般使用 quick edit,Do-it-yourself,Exercise: Generating a Midsurface,Defeaturing: 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,Su
26、rface fillet,Pinholes,Edge fillets,Defeaturing: 工具,Geom/Defeature 面板,Do-it-yourself,Exercise: Removing details from a Midsurface Model,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 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
27、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,Edge edit Toggle 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 edit Add 增加固定点 以控制网格模式 沿着edges增加固
28、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 surfaces Trim with lines 用 lines 切割 surfaces Trim with surfs/plane 用其它 surfaces 或定义一个 plane 切割 surfaces,拓扑细化: 工具,Q
29、uick 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 沿着孔边生成一圈全四边形网格时很有用 Toggle 同 edge edit 面板 Remove Point 删除选择的 fixed point,拓扑细化: 工具,Quick edit, 继续Replace point 同 point
30、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 edge Project point 同 edge edit 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 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
31、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: Refining Topology to Achieve a Quality Mesh,第四节: Shell Meshing,Automeshing Checking and Editing Mesh,Automeshing: What is it?,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
32、确连接,Automeshing: What is “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,Free edge (red)自由边（红色） 只与一个曲面相连 曲面之间有自由边表示曲面在这里是不共边的,Shared edge (green) 共享边（绿色） 与两个曲面相连 被连的两个曲面共边,Suppressed edge (blue) 相当于把曲面进行合并,T-junction edge (yellow)
33、T型连接（黄色） 与三个或三个以上曲面相连 例如：注塑件的加强筋结构 曲面是共边的,Automeshing: 拓扑如何影响网格,曲面edges控制曲面交界处的网格生成方法:,两个曲面间的自由边,划分网格时节点沿着edge分布,网格是不连续的; 沿着edge实际上是有两列不重合的节点 (图中将节点分开显示只是为了说明),两曲面间的共享边,网格正确连接; 沿着edge的节点是重合的,划分网格时节点沿着edge分布,Free edges (red)自由边,Shared edges (green)共享边,Automeshing:拓扑如何影响网格,曲面edges控制曲面交界处的网格生成方法:,两个曲面间
34、的抑制边,Edge 被忽略; 节点不再沿着该edge分布,划分网格时相当与合并了两个曲面;节点不再沿着该edge分布,连接3个曲面的边,网格正确连接; 沿着edge的节点是重合的,划分网格时节点沿着edge分布,Suppressed edges (blue)抑制边,T-junction edges (yellow)T型连接边,Automeshing: 流程和策略,使用几何清理工具处理曲面连接关系 用Automesh划分曲面网格 设置想要的大致网格尺寸 使用type（单元形状） 和algorithm（算法） 设置全局网格（style）模式 修改局部的网格密度以得到更好的网格模式 调整 问题曲面的biasing（偏置），(也可以达到调整网格模式的目的)使用HyperMesh的 网格编辑工具修复10-20%质量或网格模式较差的单元 90%的单元较好时，不要删除这些网格。保留它并手工修复剩下的10%单元 关键是经验: 练习!,Goal: get the mesh to be approximately 80-90% good quality,Demo + Do-it-yourself,Exercise: Meshing a Channel Bracket,Demo + Do-it-yourself,Exercise: Mesh cleanup of a Plastic Cover,
