有限元基础知识之hypermesh网格化分详细教学

具体清理过程在hypermesh里演示
去掉自由边和重复边后的图形
对实体进行抽中面midsurface
• 以clip_midsurface为例
厚度为0.9mm
抽完中面后，由实体变成了壳单元
几何清理
1，简化模型，去掉一些对模型影响很小的细节（例如：圆弧处很密的边界， 去掉半径很小的圆孔） 2，正确处理边界 3，对于大孔，需要washer，便于后期连接
有限元网格质量控制
• 1单元的纵横比 • 单元的纵横比是衡量单元网格质量的一个重要参数，它决定着计 算结果是否正确可行，也是瞬态分析中，决定计算能否顺利进行下去 的关键因素。单元的纵横比一般控制在5以内，超过20则认为是错误。 • 2单元的背离角 • 单元的背离角通过单元的两条相交的边来计算，一般用单元三维 空间的角点来计算，单元4个角的最大背离角为90度，单元的背离角 一般控制在5度以内，超过30度则认为是错误。 • 3并行背离角 • 对于每一组对边，计算它们的单位矢量的点积，并求点积的反余 弦锁对应的角度。并行背离角即为这两个角度中较大的一个。两条水 平单位矢量的点积为1，其对应的反余弦的角度为0度。平面矩形单元 的并行背离角最佳为0度，单元的并行背离角一般控制在70以内，超 过70度则认为是错误。
网格划分
选择interactive可以调节网格密度
鼠标箭头指向数字，左键表示增加节点，右键表示减少节点， 不断调整网格，使网格质量最佳
网格优化,降低QI值
2D面板 qualityindex
透明的网格质量最好 绿色的次之 黄色的更差 红色的最差，一般不能出现红色的网格
优化方法
如果质量差的网格很多，可以save failed,然后retrieve再进行查看
• 4单元的最大内角 • 单元的最大内角为单元任意两条相邻的边所夹内角的 最大者，对于三角形单元而言，最大内角不得超过165度， 超过165度则认为是错误，对于四边形单元而言，最大内 角不得超过155度，超过155度则认为是错误。 • 5单元雅克比矩阵的比率 • 单元雅可比矩阵的比率是指整个单元范围内，单元雅 可比矩阵的元素的最大值与最小值之比。单元给定点的雅 可比矩阵的值代表了单元自然坐标系和单元真实坐标系的 形函数的大小。对于一个理想的单元，雅可比矩阵的值在 整个单元的范围内相对稳定，而且不会出现变号 • 6翘曲因素 • 大家都知道，三个点确定一个平面。对于四边形壳单 元，单元的四个点就很有可能不在同一平面上，当用于大 变形分析时，其翘曲因素的限制比用于小变形分析要严格 得多。然而，在大变形分析中，单元很有可能因为大变形 而产生翘曲，从而破坏迭代过程，或影响计算结果。
有限元的发展趋势
• 1.从简单的结构力学分析发展到物理场分析。从理论上和实际中显示， 只要离散的单元很小，CAE求解的解救可以非常接近精确解。CAE的 分析已经发展到流体力学，磁场，温度场，声场的计算。 • 2.从求解线性问题到分析非线性问题，现在很多线性分析不能满足设 计要求，例如几何大变形，材料非线性，接触问题，只要采取非线性 才能解决这些复杂的问题。 • 3.前后处理的可视化能力不断加强。由于计算机能力的飞速发展，求 解所需的时间再次减少，而前后处理所占的总分析时间达到了90%以 上，为了为工程师提供快速，精确的建模和分析结果，人们对可视化 的要求越来越高，例如网格自动划分功能，计算结果分布云图。 • 4.与CAD无缝集成。各个软件各取所长，充分发挥各个软件的优势， 加快分析进展，例如著名的CAD软件有Unigraphics,Pro/e,Solidworks 等。
动态旋转模型 改变旋wk.baidu.com中心
将操作对象重新设立在屏幕中心
中键+Ctrl拖拽 右键+Ctrl拖拽 右键+Ctrl点击 左键+Shift点击
将模型进行缩放 将模型填充图形区 平移模型 框选
键盘操作
快捷键的使用
实例操作
• • • • • • • • 1创建或导入模型（一般先在UG里先创建） 2几何清理（清除多余边界，简化模型） 3网格划分和建立连接关系（如连接焊点） 4定义材料属性 5定义单元属性 6定义计算工况 7生成计算文件和提交软件计算 8后处理和结果分析
创建材料
材料参数
建属性property
建属性的时候，如果是2D单元，选择type为2D， cardimage选择pshell 然后选上已经建好的材料 最后写上部件的厚度T
把属性赋给部件
这样部件就有了自己的属性，即有了材料和厚度
添加约束
Analysis中的constraints命令
添加外力
Analysis中的forces命令
CAE有限元分析的三个阶段的主要内容 • 前处理过程：模型的有限元网格剖分与数 据生成。 • 有限元分析：对有限元模型求解计算 • 后处理：工程师可以根据后处理图形进行 判定计算结果与设计方案的合理性，从而 指导方案设计。
有限元在汽车中的应用
• CAE作为现代的一个非常好的分析工具，在汽 车行业中得到了重要广泛应用，具体体现在： 1.汽车及其零部件的强度和刚度分析 2.汽车及其零部件的振动和噪声分析 3.汽车碰撞仿真分析 4.汽车空气动力学分析 5.汽车零部件热场，温度场分析
总之：软件有很多，但归根结底都是有限单元法 （finite element analysis）,简称FEA。
是否存在无限元？ 计算力学 计算机特点 离散 离散体替代连续体 准确性？ 增强准确性的途径 时间成本和建模准确性的权衡问题
有限元的基本思想
• 将结构进行有限元离散化，用有限个容易 分析的单元来表示复杂的工程结构，各单 元之间通过有限元节点相互连接，根据有 限元基本理论建立有限元总体平衡方程， 然后求解。
软件介绍 现在市场上商业化CAE软件很多，目前被大家认可 的通用软件有：美国MSC.Nastran,MSC.Marc,美国HKS 公司的Abaqus,美国LSTC公司的LS_DYNA,美国ANSYS 的ANSYS，每个软件都有其特点，人们把这些软件分为 线性分析软件，一般非线性分析软件和显示高度非线性 分析软件。大家都知道的：Nastran，ANSYS都在线性分 析方面具有优势，MSC.Marc，Abaqus被认为是最好的 非线性求解软件，LS_DYNA在结构分析方面占优势，是 汽车碰撞仿真和安全性分析软件的最佳选择。
建立载荷步loadstep
选上约束和力的ID号
线性静力分析
编辑loadstep，控制输出变量
控制卡片参数控制
求解器选择sol=101，代表线性静力学分析
建模完成
谢谢大家
以clip_repair为例进行几何清理
几何
进入几何清理界面的两种方法
1.首先进入Geom面板，然后点击quick edit 2.快捷键F11
图中出现了红色，绿色，黄色 三种颜色的线，其含义如下： 红色-----自由边界 绿色-----两个面的公共边 黄色-----重复边界，一般是三个 或者撒个以上面的重复 边界
有限元基本知识
有限元概述
近几十年来，随着计算机计算能力和数值计算水平的飞 速发展，世界上出现了很多有限元分析软件，从而兴起 了一个专门的学科——计算机辅助工程CAE（computer aided engineering）。由于CAE强大的仿真功能，所以 其在工业中越来越重要，成为了产品上市前必须的环节。 CAE的优点如下： 1.缩短研究周期 2.大大降低研发成本 3.迅速对产品变更做出反应 4.预测潜在问题 5.模拟试验方案，节约试验时间和成本
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有限元分析步骤
• 建立有限元模型是CAE分析最重要，最基本的步骤，前处 理是一个比较繁琐的过程，占用有限元分析过程的大半时 间，而且其建模质量直接影响有限元分析的正确性和精度。 其步骤大概分为以下几个步骤 • 1创建或导入模型（一般先在UG里先创建） • 2几何清理（清除多余边界，简化模型） • 3网格划分和建立连接关系（如连接焊点） • 4定义材料属性 • 5定义单元属性 • 6定义计算工况 • 7生成计算文件和提交软件计算 • 8后处理和结果分析
Hypermesh操作
Hyper----高级，mesh----网格，画网格
Hypermesh界面
鼠标按键功能
鼠标按键 左键
右键
中键
功能 执行选择操作 反向选择并放弃图形操作
进行旋转时，用中键点击一个节点意味着选择一 个新的旋转中心。可以用来确定此次操作
左键+Ctrl拖拽
左键+Ctrl在对象上点击 左键+Ctrl在图形区域上点 击