基于Hypermesh的汽车内饰板有限元前置处理

机械 2011年增刊 总第38卷 设计与研究 ·7·———————————————收稿日期：2010－06－05基于Hypermesh 的汽车内饰板有限元前置处理杨露露，张惠敏，李猛（青岛科技大学 机电工程学院，山东 青岛 266061）摘要：以汽车前门内饰板为例，比较了Hypermesh 和Moldflow 的网格前处理功能，从而可以看出Hypermesh 可以划分出高质量的网格，从而提高CAE 分析的质量和效率。

关键词：有限元；网格；汽车内饰板；Hypermesh ；Moldflow ；中性面The finite element pre-processing of car door trim panels based on HypermeshYANG Lu-lu ，ZHANG Hui-min ，LI Meng（College of Electromechanical Engineer ，Qingdao University of Science & Technology ，Qingdao 266061，China ） Abstract ：In this paper, take the car door trim panels for example, the function of mesh pretreatment of Hypermesh and Moldflow was compared, which can be seen that Hypermesh can make high quality mesh, so as to improve the quality and efficiency of CAE analysis.Key words ：finite element ；mesh ；car door trim panels ；Hypermesh ；Moldflow ；midplane近年来随着塑料技术的发展，传统的注塑模具设计方法在设计成本、制造周期、制造质量和成本等方面已经不能满足生产的需要。

计算机辅助工程（CAE ）作为模具工业的新型应用技术，已经被广泛的应用到现代的模具设计制造行业中。

建立有限元模型是CAE 分析的重要环节，而网格划分又是建立有限元模型的关键，因为它要求考虑的问题比较多、工作量较大，对计算精度和计算量产生直接的影响。

因此选用一个合理的有限元前处理软件，对于提高有限元分析工作的质量和效率都有很重要的意义。

Hypermesh 作为一款有限元前处理软件，能够与众多的CAD 软件及有限元分析软件接口，可以大大减少工程师的工作量，从而更好地完成分析工作。

以汽车内饰板为例，将Pro/E 建好的模型导入hypermesh 进行前处理，再导入Moldflow 进行分析。

1 Hypermesh 有限元分析的一般过程Hypermesh 具有强大的有限元网格前处理和后处理功能，它提供交互化建模功能和广泛的CAD 和CAE 软件接口，利用其高速度、高质量的网格划分功能进行快速有限元建模，建模流程如图1所示。

图1 HyperMesh 建模流程具体过程为：（1）用Pro/E 进行实体造型和几何建模，然后模型导入Hypermesh ，在导入模型之前应去掉某些不必要的零件，并对一些复杂的模型进行简化，忽略一些对整体性能影响较小的细节，如一些小的过渡倒角或圆角，直径较小的工艺孔以及小的凸台。

（2）如果导入的模型是一些薄壁零件或板筋件，则需要利用Hypermesh 的MidSurface （中面抽取）功能对其提取中面。

接着对导入的模型或抽取·8· 设计与研究 机械2011年增刊 总第38卷的中性面进行几何清理或修复，消除不必要的细节，以提高网格划分的质量和效率。

（3）有限元网格的划分，根据分析的目的和模型的特点选择合适的网格类型，并根据计算机的配置和精度的要求确定合适的网格尺寸。

（4）导出模型，利用Hypermesh和Moldflow 的接口可以将划分好网格的模型导入到MoldFlow 中进行后处理分析。

2 实例分析以图2所示的汽车内饰板为例来比较MoldFlow 和Hypermesh划分的MidPlane网格优化。

汽车内饰板外形构造比较复杂，零件里有许多的加强筋，为了简化处理过程，在本次分析中将这些加强筋及过渡圆角去掉。

方案一：用MoldFlow对内饰板模型进行中性面网格划分。

将建好的模型导入到MoldFlow中，选择Midplane类型进行网格划分，网格单元的边长设为10 mm，然后进行网格划分，大约需要5分钟左右的时间即可完成。

网格划分结果如图3所示，网格分析结果如图4所示。

可以看出，使用MoldFlow 划分的网格畸变较严重，相交和重叠单元很多，尤其是单元的纵横比超出了所允许的范围，并在很多特征上都已经改变了塑件原型。

这时应该用其自身的工具对网格进行修补，去除其重叠单元和非交叠边，调整网格的纵横比，这样的修补过程极其繁琐调整的难度也比较大，因此需花费大量的时间来优化网格才能保证分析结果的正确性。

图2 汽车内饰板模型图3 MlodFlow划分的Midplane网格方案二：用Hypermesh来划分MidPlane网格，先将用Pro/E建好的模型导入Hypermesh 9.0中，然后对一些小的细节进行清理，接着利用Midsurface 命令抽取中性面，抽取的中性面如图5所示，可以看出该中性面非常完好、没有缺面等破损现象。

其次使用Hypermesh的2D网格划分功能进行网格的划分，使用Automesh按钮，进行必要的参数设置：如将mesh type（网格类型）选为trias（三角形），element sizes（单元变长）为15 mm，四个螺钉孔的边长设为5 mm，然后选择要进行网格划分的面，再按mesh按钮即可进行网格划分，所需时间大约2～3分钟即可完成，完成后检查网格的质量，如果符合要求即可将模型导出，文件格式为MoldFlow能识别的.udm格式。

最后将该文件导入MoldFlow中，如图6所示。

网格分析结果如图7所示，可以看出Hypermesh划分的网格质量很好、纵横比等都符合有限元分析的要求，而且速度也很快，其处理网格的速度是MoldFlow的5倍甚至更多。

图4 网格分析结果——MoldFlow图5 HyperMesh抽取的图6 HyperMesh划分的中性面MidPlane网格对比可知，HyperMesh作为一个有限元前处理软件，其划分的网格质量较高，而且操作比较简单，仅仅需要在MPI中做少量的修改就可以进行有限元分析。

因此用其作为MoldFlow的Midplane类型网格的前处理是非常合适的方法，可大大提高划分网格的速度，从而提高分析的准确性和工作效率。

3 结论通过实例分析可以看出，HyperMesh是一款强大的有限元前处理软件，在网格划分方面与其他软件相比有无与伦比的优越性，而且其具有广泛的数据接口，尤其是适合于大型的复杂制品，因为该类制品如果直接在有限元软件中处理，不仅耗费大量的时间精力，而且可能影响结果的精度。

因此综合（下转第19页）机械2011年增刊 总第38卷设计与研究 ·19·虑，目前EPR机组主汽管道的替代国外进口的管道推荐性价比较高的A106B材料。

2.2 主给水管道材料主给水管道的功能是将来自主给水泵的主给水通过高压加热器后送入蒸汽发生器。

EPR设计中，4台主给水泵出口有一个DN1000的联箱，两列高压加热器出口也有一个DN1000的联箱，在材料选取上，ALSTOM推荐分段选取，即APA泵出口处到高加进口处的管道使用ASTM A335 P91，从高加出口处到与核岛接口处使用ASTM A335 P11；目前CPR1000和AP1000在主给水管道选材上没有进行分段选取，而且CPR1000的主给水管道与主蒸汽使用相同的材料WB36CN1，AP1000推荐采用A106B。

P11和P91两种材料的化学成分和力学性能对比如表3和表4所示。

表3 P11及P91化学成分比较含量wt%化学成分P11（ASTM A335） P91（ASTM A335）C 0.05～0.15 0.08～0.12Mn 0.3～0.60 0.3～0.60Si 0.5～1.0 0.20～0.50Cr 1.0～1.5 8～9.5P ≤0.025 ≤0.035S ≤0.025 ≤0.035Al －≤0.04Nb － 0.06～0.1Mo 0.44～0.65 0.85～1.05Cu －－Ni －－N － 0.03～0.07表4 P11及P91室温力学性能对比力学性能值力学性能参数P11（ASTM A335） P91（ASTM A335）屈服强度R P0.2/MPa ≥205 ≥415抗拉强度R m/MPa ≥415 ≥585纵向延伸率δ≥22%≥20%横向延伸率δ≥14%≥13%由表3对比可知：P11及P91的铬含量均有下限1%及8%的技术要求，均满足耐流体加速腐蚀（FAC）的性能要求。

但P11国产化率较P91高很多，且价格低很多。

从表4对比可以看出，P91比P11强度大很多，在相同压力参数下，可以减小主给水管的厚度，进而减小管系支吊架的重量，有利于管道的膨胀和收缩，利于释放附加应力。

P91是为了适应火电的飞速发展，研制出的适用于超临界、超超临界四大管道的新型合金钢种，目前世界上主要供应商有三家，德国曼内斯曼、美国威曼高登、日本住友，国内也有一些厂家可以生产，但质量稳定性稍差。

从焊接的角度考虑，P91易产生冷裂纹，焊接性较P11苛刻很多。

研究显示，P91钢在不预热条件下焊接裂纹达100%，在预热150℃以上焊接，才可以避免裂纹的产生，工艺的复杂性对P91在核电的广泛应用需要一定时间。

从目前该两种材料国产化的前景看都非常具有市场竞争力，其性能各有优势，鉴于以上综合分析，目前EPR机组主给水管道的替代国外进口的管道推荐性价比较高的P11管材。

3 结论根据EPR压水堆核电站常规岛热力系统对管材化学成分和性能的要求特点和国产化情况，经综合对比分析各种可选材料优势和劣势，推荐的EPR核电站常规岛主蒸汽管道使用国产A106Gr B材料，主给水使用国产A335P11材料。

（上接第8页）应用Pro/E、HyperMesh和MoldFlow 软件进行有限元分析及其前后处理，可充分发挥各种软件的优势，使建模、网格划分、计算分析及结果处理等过程操作方便、计算准确、精度提高。

图7 网格分析结果——HyperMesh网格参考文献：[1]于开平，等. HyperMesh从入门到精通[M]. 北京：科学出版社，2005.[2]陈几明，彭响方，等. 基于Midplane网格单元Hypermesh与Moldflow的网格前处理[J]. 塑料科技，2007，（3）：66-69.[3]刘斌，覃孟然. 基于Hypermesh的Moldflow中性面网格实现技术[J]. 塑料科技，2007，（7）：78-81.[4]李金国，王慧，刘红. 基于Hypermesh的有限元前置优化技术[J].机械工程师，2005，（7）：126-127.。