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HyperMesh 使用指南

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ANSYS 参数化建模 实用教程

Abaqus 二次开发/建模 教程

nCodeDL 疲劳分析 实用教程

Python 二次开发 SAP2000 教程

Python 二次开发 AutoCAD 教程

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  Hypermesh 软件是美国 Altair 公司的产品，是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具。

  在 CAE 工程技术领域, Hypermesh 最著名的特点是它所具有的强大的有限元网格划分前处理功能。一般来说，CAE 分析工程师 80% 的时间都花费在了有限元模型的建立，修改和网格划分上，而真正的分析求解时间是消耗在计算机工组站上，所以采用一个功能强大，使用方便灵活，并能够与众多 CAD 系统和有限元求解器进行方便的数据交换的有限元前后处理工具，对于提高有限元分析工作的质量和效率具有十分重要的意义。HyperMesh是一个高性能的有限元前后处理器，它能让 CAE 分析工程师在高度交互及可视化的环境下进行仿真分析工作。

  Hypermesh 主要用于有限元模型的前后处理，通常，我们只利用 HyperMesh 完成几何模型的处理，网格的划分、单元类型及属性指定、材料属性创建及赋予，相关集合的创建等。因此，文本也只介绍这部分内容。分析步与场输出设置、接触定义、荷载与边界条件的指定等通常在所选用的有限元分析软件中完成，为了方便后续建模，相关的集合可提前在 HyperMesh 中完成创建，如结点集、主从面集、荷载时间点、场输出单元集等。

  为了方便，菜单页和主菜单统称为 工具面板 。为了方便本文将 GUI 界面作如下区分：

d

  几何点、几何线、几何面、几何体。

  结点、网格线/一维单元、网格面、实体单元。(一维梁单元、壳单元面，实体单元自由面、三维实体单元)

  本文以结点和节点来区别某一点指的是有限元中的点还是几何中的点，结点 (node) 为有限元网格中的点，节点 (point) 为几何图形上的点。

  有限元软件中未明确具体的单位制，但应保证各单位间协调统一，常用的单位制如下：

1 k g / m 3 = 1 0 − 12 t / m m 3 1 kg/m^3 = 10^{-12} t/mm^3 1kg/m3=10−12t/mm3

  1. 两点唯一确定一向量。

  2. 三个不共线的点可唯一确定一个平面，法向量及一点亦可唯一确定一平面。

  3. 面可以是平面也可以是空间曲面。

  一些基本几何概念的理解，有助于更好的实现面、体的切分/分割。

  设置分析模板，有助于提前适配不同的有限元分析软件，可按如下方式设置分析模板：

  Component：HyperMesh/Component or Abaqus/Part or Ansys/Component 。

  Entity 可以是几何的点线面体，也可以是网格的节点和单元等。

  在 Organize 中设置，dest component 为目标组件，即将 Entities 移动/复制 到的组件名称。

   快捷键 F2，打开 Delete 面板 >> 选择器切换为 comps >> 单击 preview empty >> delete entity 。

  访问方式： 工具面板 >> Analysis 页面 >> system 面板。

  通过指定某一坐标轴方向和垂直于该轴的坐标平面来创建局部坐标系

  Step 1. 进入 create by axis direction 子面板，设置将创建的局部坐标系类型为 rectangular 。

  Step 2. 单击黄色按钮 origin 后，在屏幕中点选 o 点，以为确定局部坐标的原点。

  Step 3. 单击黄色按钮 x-axis 后，在屏幕中点选 A 点，以确定局部 x 轴方向，即 oA 方向为局部 x 轴正方向。

  Step 4. 单击黄色按钮 xy plane 后，在屏幕中点选 B 点，以确定局部坐标平面 xoy 平面,即 xoy 平面为 点 0、A 和 B 所在的平面。

  Step 5. 单击绿色按钮 create 按钮，以完成局部坐标系的创建。

  访问方式： Tag Area >> System Collectors。

  没事瞎修改什么坐标系，有病么。

  先创建几何再划分网格为自上而下的建模方式，多用于复杂有限元模型的创建。

  访问方式： 工具面板 >> Geom 页面 。

  作用：用于指明方向。

   向量管理器位置如下：

  访问方式： 工具面板 >> Geom 页面 >> midsurface 面板 。

  访问方式： 工具面板 >> Geom 页面 >> defeature 面板 >> duplicate 子面板 。

  Step 1. 选择 surfaces >> displayed。(全选屏幕中显示的所有面)

  Step 2. 将 cleanup tol 设置为 0.01。 (根据模型可自定义数值)

  Step 3. 单击 find 按钮，注意观察状态栏显示信息。

  Step 4. 单击 delete 按钮，移除所有的重合面。

  边为面的边界，在 HyperMesh 中，自由边显示为红色。对于自由边可采用如下方式处理：

  • 使用 equivalence 工具一次缝合多个自由边

  • 使用 toggle 工具铸个缝合自由边

  访问方式： 工具面板 >> Geom 页面 >> edge edit 面板 。

  访问方式： 工具面板 >> Geom 页面 >> solid edit 面板 。

  将一几何体分割为几个部分 (trim)，各几何体交接界面共节点处剥离 (detach)，隐藏有用部分几何体，其余无用部分全部删除 (F2) 。(暂时这么解释，可能不对，具体什么逻辑等有时间细研究)

trim 重叠部分共结点

detach 重叠部分独立结点

操作步骤：

  Step 1. 访问 Geom 页面 >> nodes 面板，创建用于确定分割平面 Plane 的结点，三点确定一个平面。

  Step 2. 访问 Geom 页面 >> solid edit 面板 。

  Step 3. 选择 trim with plane/surf 子项，采用 with plane 方式分割体。

  Step 4. 选择将被切分的几何体。

  Step 5. 点选 N1、N2、N3 以及 B，以定义切分平面。

  Step 6. 点击绿色按钮 trim，以实现体的切分。

Remarks ：

  Plane 为平面，是用户为了切割实体而以某种方式定义的虚拟平面，不会在程序界面中显示，可以采用三点创建这一虚拟切分面，也可以采用点法式创建等。

  Surf 可为平面也可以为曲面，是在程序截面上真实存在的几何面，可以由用户单独创建而来，也可以为已存在几何体上的某一个面。

  Step 1. ~ Step 6. 完成了体的分割，但此时各部分几何体交界位置处仍然共节点，因此要执行 detach 操作，以实现同一空间位置上的来自不同体的节点的分离。

  Step 7. 选择 detach 子项，进行 detach 。(非必须)

  Step 8. F5 隐藏要保留的几何体，F2 删除无用的几何体，勾选 delete bounding surfs，即删除体的同时，其附属低级图元面也一并删除。

  直接由低级网格/图元创建高级网格/图元的建模方式为自下而上的建模方式，如体网格是由面网格拉伸而成，该种建模方式多用于简单有限元模型的创建。

  面网格可以分布于体的表面用于生成 3D 网格，3D 网格的质量将取决于 2D 网格的质量。

  HyperMesh 可以创建 3 结点三角形单元 (一阶单元)、4 结点四边形单元 (一阶单元)、6 结点三角形单元 (二阶单元) 和 8 结点四边形单元 (二阶单元)。

  访问方式： 工具面板 >> 2D 页面 >> automesh 面板 。

  如上图所示，数字表示该边将被分为 1 份，鼠标左键单击数字 1，增加此边切分数目，鼠标右键单击数字 1，则减少此边的切分数。

  模型倒角处采用 R-trias 将获得更好的分网效果，其余位置尽量采用 trias 。

  1.1. 面网格沿面网格的法线方向拉伸生成体网格

  访问方式： 工具面板 >> 3D 页面 >> elem offset 面板 >> solid layers 子面板 。

  1.2. 面网格沿几何线拉伸生成体网格

  访问方式： 工具面板 >> 3D 页面 >> solid map 面板 >> line drag 子面板 。

  1.3. 面面网格扫略生成体网格

  访问方式： 工具面板 >> 3D 页面 >> solid map 面板 >> linear solid 子面板 。

  访问方式： 工具面板 >> 3D 页面 >> spin 面板 >> spin elems 子面板 。

  体表面网格生成 3D 网格，体网格的质量取决于面网格的质量。

  Step 1. 为体表面划分三角形网格。

       按本文 5.1.2 2D 网格 > 1. automesh 自动分网 的方式为体的面划分三角形网格。

       访问方式： 工具面板 >> 2D 页面 >> automesh 面板 >> size and bias 子项。

       完成如上图所示的设置后，单击绿色的 mesh 按钮，执行网格划分。

       该步完成的是初步分网，在距离较近的几何特征线附近处，划分的网格可能有一定的畸形。

  Step 2. 以划分好的三角形单元为对象，重新划分网格，以尽量消除几何特征线的影响。

       此步的目的是在第一步粗网格的基础上进行精细化，尽可能消除畸形单元。

       以几何面为对象划分网格，在几何线处会强制布种子，即单元无法跨过几何线。

       当几何线间距离太小时，划分出的网格往往会出现畸形。因此，需要再以网格为对象，重新划分网格。

       全选 step 1 划分好的单元，无需更改任何设置，直接单击绿色的 mesh 按钮，执行网格再划分工作。

       此步骤可消除绝大多数因几何特征影响而产生的畸形单元，畸形单元表现在长细比过大。

       通常，长细比大于5认为单元畸形，为了保证计算精度，需重新划分畸形单元的网格。

  Step 3. 检查单元质量，将长细比过大的单元筛查出来，以便进一步的网格细分。

       访问方式 一： 上工具栏 >> Checks 工具条 >> Checks Elements >> 2-d 子项。

       访问方式 二： 工具面板 >> Tool 页面 >> check elems 面板 >> 2-d 子项。

       访问方式 三： 快捷键 F10 >> 2-d 子项。

       单击绿色按钮 aspect，进行单元长细比检查，检查结果显示在状态提示栏最左侧，注意观察。

       检查完成后，若有不满足要求的单元，则单击绿色按钮 save failed，保存未通过检查即畸形的单元。

       按 F5 键，进入 Mask 面板，将选择模式切换为 elems，单击黄色 elems，选择 retrive，以完成畸形单元的检索。

       然后，依次单击绿色按钮 mask、reverse，以实现畸形单元的屏幕显示。

       新建 component，将上述畸形单元保存在该新建 component 下。

  Step 4. 距离较近的结点可直接合并，删除此类畸形单元，将附近正常单元的结点合并。

       访问方式 一： 上工具栏 >> Checks 工具条 >> Faces。

       访问方式 二： 工具面板 >> Tool 页面 >> faces 面板。

       删除畸形单元，该部分单元被删除后，空缺单元采用邻近正常单元结点合并的方式补充。

       进入 Faces 面板，选择模式切换为 elems，选择要补充单元附近的多有单元，根据需要调整选择范围。

       设置合并容差 tolerance，单击绿色按钮 find faces 。

       容差应当按需求设置不宜过大，无论如何也不应超过最小单元尺寸。

       单击绿色按钮 preview equiv 查看要合并的结点。单击绿色按钮 equivalence 完成容差范围内的结点合并。

  Step 5. 上一步操作无法优化的部分单元或者空缺的单元，可采用手动 repalce 的方式来合并有关结点，以生成单元。

       访问方式： 工具面板 >> 1D 页面 >> replace 面板。

       结点合并完成后，其附近区域的网格可能相对不均匀，可选择该区域的网格重新划分网格。

       访问方式： 工具面板 >> 2D 页面 >> automesh 面板 >> size and bias 子项。

  Step 6. 检查 2D 面网格是否存在非封闭边界，若存在则需处理掉。

       访问方式 一： 上工具栏 >> Checks 工具条 >> Edges。

       访问方式 二： 工具面板 >> Tool 页面 >> edges 面板。

       切换选择模式为 elems，全选所有单元，设置容差，点击绿色按钮 find edges。

       若存在非闭合边界，则系统自动创建一名为 ^edges 的 component，其内包含该模型网格中所有非封闭的边界。

       按照 step 4，加大合并容差，以合并邻近结点，处理掉大部分非封闭边界。

       按照 step 5，手动合并结点，，处理掉剩余小部分非封闭边界。

       再次进行非封闭边界检查，直至不存在非封闭边界。

       此时，状态提示栏左侧显示：No edges were found. Select elemens may enclose a volume.

       所有 2D 面单元必须能形成一个封闭体，否侧无法完成 3D 四面体网格的划分。

  Step 7. 重复 step 3，再次检查 2D 面网格的质量，主要检查 aspect ratio，宜大于5。

       访问方式： 快捷键 F10 >> 2-d 子项。

       点击最左侧一栏内的绿色按钮 aspect，以进行单元长细比检查。

       若面单元全部满足要求，则在状态提示栏左侧将显示：0 of ××× (0%) failed. The maximum aspect ratio is ×××.

       为了保证随后生成的体网格的质量，所有面单元应通过有效性检查。

       在划分四面体网格前，为了保险起见，也可以重复 step 2，对刚才通过有效性检查的单元，进行再次分网。

       将所有面网格移动到同一个 component 下。

  Step 8. 由 2D 面网格生成 3D 四面体网格。

       访问方式： 工具面板 >> 3D 页面 >> tetramesh面板 >> Tetra mesh 子项。

       划分四面体网格前，先将要分网的 component 设置为 current component。

       然后，按照下图方式，完成四面体网格的创建。

       该分网方式是为整个构件划分网格，生成的 3D 四面体网格，将存放于 current component 中。

  Step 9. 删除体表面的 2D 网格，只保留生成的 3D 四面体网格。

       单击标签区 Mask 选项，单击 2D 一水平栏后的 1 ，以仅显示所有 2D图元。

       按 F2 快捷键，选择模式切换为 elems，全选屏幕上显示的 2D 单元，单击绿色的 delete entity ，删除全部的 2D 网格。

solid map

  访问方式： 工具面板 >> 1D 页面 >> order change 面板 。

        工具面板 >> 2D 页面 >> order change 面板 。

        工具面板 >> 3D 页面 >> order change 面板 。

  在图形显示上，一、二阶单元有细微差别，如下：

  模型中种单元类型的查看，在如下位置处操作：

  合并容差内的邻近节点，使单元连续。

  访问方式： 工具面板 >> Tool >> faces 。

  访问方式： 工具面板 >> Tool 页面 >> project 面板。

  访问方式： 工具面板 >> Tool 页面 >> translate 面板。

  几何及其对应的网格无法实现同时平移，需要单独平移。

  访问方式： 工具面板 >> Tool 页面 >> reflect 面板。

  以如下上法兰网格为例，将其关于法兰面镜像得到下法兰网格。

操作步骤：

  Step 1. 单击小箭头将黄色的按钮切换为 elems 并激活。

  Step 2. 选中要镜像的单元，然后设置镜像选项，如：vector 和 B 。

  Step 3. 左键单击黄色的 elems 按钮，选择 duplicate 进行复制操作。

  Step 4. 单击 reflect 按钮，完成镜像操作。

  镜像完成后，全部单元如下图所示：

  访问方式： 工具面板 >> Tool >> rotate 。

  以法兰网格为例，将其绕 y 轴旋转 90 度。

  访问方式： 工具面板 >> Tool >> scale 。

  根据 User Profiles 中选择的软件不同，材料面板中的选项可能会发生变化，本例中是 ANSYS 模式下的材料面板。

  按如下方式新建材性：

方式 一 ：菜单栏 >> Tool >> Component Table 。

方式 二 ：Component Table 也可以按如下方式访问：

  HyperMesh 中需要单独创建单元属性并赋给网格。

  此种方式创建的 ANSYS 单元，无法直接设置单元的关键选项，例如令 solid185 单元的 keyoption(2) = 2 即设置增强应变，以防止剪切自锁。设置单元关键选项，详见单元属性的修改。

  单元的有关信息按如下方式查看：

  单元关键选项的设置/修改，按如下方式进行：

   若设置后字体显示为红色，则说明该项设置存在问题，有可能是网格的阶次与用户指定的单元类型不匹配，如 SOLID187为二阶单元，应该指定给二阶网格，若强行指定给一阶网格，则字体显示为红色，此时，需要更改网格阶次或指定相匹配的单元类型。也有可能是组件里 2D 单元与 3D 单元共存，无法将 SOLID187 指定给 2D 网格，此时，应将该 component 下的所 2D 网格删除。

  访问方式： 工具面板 >> Analysis 页面 >> entiey sets 面板。

  创建的集合在如下位置处查看：

  显示 Checks 工具条：菜单栏 >> View >> Toolbars >> Checks 。

  显示 Mask Brower：菜单栏 >> View >> 勾选 Mask Brower 。

操作步骤：

  Step 1. 菜单栏 >> File >> Export >> Solver Deck；

  Step 2. 按如下方式设置：

操作步骤：

  Step 1. 菜单栏 >> File >> Export >> Model；

  Step 2. 按如下方式设置：

  Abaqus 输出 stp 格式

  Abaqus 输出的 inp 文件导入到 HyperMesh 时，经常出现模型错乱现象，主要是因为 Abaqus 中的每个 Part 中的结点和单元都单独编号，都是从 1 开始计数，若存在 2 个及以上 Part 时，结点编号和单元编号就可能存在冲突，模型必然发生错乱。这时需要在 Abaqus 中输出 inp 文件前，设置 Writing input files without parts and assemblies 。

  Abaqus/CAE uses your model definition to generate an Abaqus/Standard, Abaqus/Explicit, or Abaqus/CFD input file when you submit the analysis job. The Abaqus/CAE model contains parts and assemblies; and, by default, an input file generated by Abaqus/CAE contains parts and assemblies. Some Abaqus functionality is not supported in a model that contains parts and assemblies. Abaqus/CAE attempts to preserve the node and element labels of the model when writing an input file without parts and assemblies. If there are no conflicts between any part or part instance labels, Abaqus/CAE maintains the labels in the model when it writes the nodes and elements to the input file. Conversely, if any conflicts arise between any part or part instance labels, such as two part instances with the same node and element labels, Abaqus/CAE displays a warning before it writes an input file with renumbered node and element labels.

  以上，便是关于 HyperMesh GUI 操作的简单介绍。

  因篇幅有限，某些内容未做详细介绍，如有疑问，欢迎邮件交流。

  Email： [email protected] 。

  仅以此文为 HyperMesh 相关内容的学习做个一个备忘。

  与此同时，也希望能够为初学者/有需要的人提供多一点参考。

  本文仅用于个人学习，除此之外，无其他任何用途。

  因个人水平有限，文中难免有所疏漏，还请各位大神不吝批评指正。

  胸藏文墨怀若谷，腹有诗书气自华，希望各位都能在知识的 pāo 子里快乐徜徉。

  本文逻辑清楚，内容详实，引例丰富。

  欢迎大家点赞、评论及转载，转载请注明出处！

  为我打call，不如为我打款！

  最后，祝各位攻城狮们，珍爱生命，保护发际线！

[1]. HyperMesh & HyperView 应用技巧与高级实例. 王钰栋 金磊 洪清泉 等编著.