hypermesh梁壳单元混合建模实例(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 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 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。