marc有限元软件-网格生成
marc有限元软件-几何特性
988几何特性这个菜单用来定义与有限元网格相关的几何特性。
与网格相关的坐标通过MESH GENERATION菜单定义。
本章中的命令用来确定其它几何数据，例如，壳单元的厚度，梁单元的横截面，杆单元的面积等。
根据所分析问题的物理现象，还会用到一系列子菜单。
选择GEOMETRIC PROPERTIES菜单，会出现下面的菜单。
GEOMETRIC PROPERTIESNEW REMNAMECOPY PREV NEXT EDITMECHANICAL ELEMENTS3-DAXISYMMETRICPLANARGAP/FRICTIONOTHER ELEMENTSHEAT TRANSFERID GEOMETRIES图8.1 几何特性菜单对于结构分析，应选择MECHANICAL菜单中的一个。
对于传热分析和其它所有分析(如静电场分析，静磁场分析，电磁场分析，或液压轴承分析)，应选择HEAT TRANSFER菜单。
如果选择了某一特定命令，会出现一个弹出菜单，要求用户补充附加数据。
这些菜单与所选择的单元类型有关。
命令说明Mentat 3.1Main Menu Geometric Properties 3-D 力学单元,3-D（Mechanical Elements,3-D）允许用户进入3维单元所需几何信息的附加菜单。
比较典型的是杆和梁的横截面积，壳单元的厚度等。
当用户选择了3-D菜单，会出现下面的菜单。
图8.2 力学3-D单元子菜单命令说明Mentat 3.1Main Menu几何特性类型（Geometric Property Type）Geometric Properties3-D确定杆的横截面面积。
第9和第36号MARC单元都需要这种数据。
确定横截面积。
此外，用户需要输入缆索的初始长度或初始应力。
这个信息对应MARC的第51号单元。
对于MARC 的第52和第98号单元，需要确定横截面积和对梁轴线的惯性矩Ixx和Iyy。
有限元六面体网格的典型生成方法及发展趋势
有限元六面体网格的典型生成方法及发展趋势吕 军,王忠金,王仲仁(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001)摘 要:工程问题三维有限元仿真的主要困难是模型的建立,而模型的建立需要采用合适的方法来生成高质量的三维有限元网格.以金属塑性成形过程的三维有限元仿真为例,说明了采用六面体单元的必要性.针对典型的有限元六面体网格生成方法,系统地分析了各种方法的实现原理和发展趋势,并探讨了六面体网格生成总的发展趋势.分析结果说明,复杂域内六面体网格全自动生成的实现是全自动网格生成真正走向实用化、通用化必须解决的难题.关键词:数值仿真;有限元法;网格生成;六面体网格中图分类号:TG 302 文献标识码:A 文章编号:036726234(2001)0420485206G eneration of f inite element hexahedral mesh and its trend of developmentL αJ un ,WAN G Zhong 2jin ,WAN G Zhong 2ren(School of Materials Science and Engineering ,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001,China )Abstract :The major difficulty with the 3-D finite element simulation of an engineering problem lies in the construction of models ,which needs the proper generation of 3-D finite element hexahedral mesh of high quality.The necessity to use a hexahedral unit is justified by taking the 3-D finite element simulation of the plastic formation of metals as an example.The theories behind and trends of development of different ways of generating finite element hexahedral meshes are systematically analysed ,and the general trend of development for generation of hexadedral mesh is discussed as well.It is concluded that the full automatic generation of hexahedral mesh in complex domains is the key to the popularization of full automatic genera 2tion of hexahedral mesh.K ey w ords :numerical simulation ;finite element method ;mesh generation ;hexahedral mesh 有限元法是求解工程问题的一种近似数值方法,近年来在工程领域中得到了广泛的应用[1,2].有限元仿真的一个重要步骤是对连续体进行离散化,为使离散出的网格能更精确地逼近连续区域和有限元计算的结果在预定误差范围内,应保证离散化后得到质量较高的网格.为此提出了许多方法来生成有限元网格[35].目前,二维有限元收稿日期:2001-01-20.基金项目:金属精密热加工重点实验室基金资助项目.作者简介:吕 军(1974-),男,博士研究生;王仲仁(1934-),男,教授,博士生导师.网格生成方面已比较成熟,提出了许多行之有效的方法.但在三维有限元网格尤其是六面体网格的生成方面还没有通用的算法,存在许多难点问题需进一步解决.本文论述了采用六面体单元的必要性,并分析了有限元六面体网格的典型生成方法.最后,对六面体网格生成的发展趋势进行了探讨.1 采用六面体单元的必要性在有限元仿真过程中,单元类型的选择对整个有限元仿真的计算效率、自动化程度、计算精度等都将产生重要影响.因此单元类型的选择在各 第33卷 第4期 哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 Vol.33,No.42001年8月 J OURNAL OF HARB IN INSTITU TE OF TECHNOLO GY Aug.,2001个领域的有限元仿真中都占有重要地位.在体积成形刚塑性/刚粘塑性有限元仿真中,单元类型选择的重要性尤为突出.这是因为刚塑性/刚粘塑性有限元仿真有三个突出的特点:(1)塑性成形往往是一个大变形过程,有限元计算中通常需要进行多次网格重划分,而网格重划分需要耗费大量的时间,且每次都会损失一定的精度.(2)塑性变形过程是一个非线性问题,需要进行迭代求解,计算效率问题更为突出.(3)刚塑性/刚粘塑性有限元仿真时必须进行多次工件与模具间的动态接触处理,每一次的处理都会使得工件的有限元模型产生一定的体积损失而影响计算精度.这三种问题的处理都与单元类型的选择密切相关.选择合理的单元类型,就可用较少的网格重划分次数、相同或较少的高斯积分点数来达到较高的计算精度和计算效率,这在有限元仿真中是非常重要的.六面体单元由于变形特性好、计算精度高等优点而在很多三维有限元仿真领域中得到了广泛的应用.在金属体积成形的三维有限元仿真中,要求单元既要有一定的“刚性”(即抗畸变能力)以避免频繁的网格重划分,又要有一定的“柔性”(即良好的变形特性)以准确地仿真变形过程,还必须有较高的计算精度.在体积成形三维有限元仿真中常采用四面体和六面体单元.大量计算结果表明:采用六面体单元进行三维有限元仿真可采用较少的网格重划分次数达到较高的计算精度,故六面体单元是金属体积成形过程三维有限元仿真的首选单元[6,7].2 有限元六面体网格的典型生成方法六面体网格在三维有限元仿真中有四面体网格无法比拟的优越性,但现有的有关三维有限元网格生成方法的文献往往偏重于介绍四面体网格的生成方法,对六面体网格生成方法介绍得很少.实现可靠的、高质量的六面体有限元网格自动生成是三维有限元仿真领域的瓶颈问题.当前,有限元六面体网格的典型生成方法主要有以下几种.2.1 映射单元法映射单元法是三维网格生成中最早使用的方法之一.这种方法先把三维实体交互地分成几个大的20节点六面体区,然后使用形函数映射技术把各个六面体区域映射为很多细小的8节点六面体单元[8].这种方法易于实现,可以生成规整的结构化网格;缺点是当三维实体的表面是十分复杂的自由曲面时,该方法的逼近精度不高,且人工分区十分麻烦、难以实现自动化.近年来,一些研究者采用“整体规划技术(Integer programming technique)”来进行实体的自动分区[9],但该技术很难对复杂形体(如塑性加工中的复杂锻件)进行自动分区.曲面映射是三维映射的特例,采用曲面映射技术可以对几何曲面进行离散化处理[10,11].文献[12]详细研究了基于映射单元法的有限元六面体网格自动生成技术,采用加权因子控制网格生成过程中自然坐标的分割,可以生成密度不同的有限元网格.对原域为单连通凸区域的简单形体及原域为复连通凹区域的复杂形体,该种方法均可生成质量较高的网格,生成的六面体网格如图1所示.图1 映射单元法Fig.1 Mapped element method 映射单元法的发展趋势是:实现简单、规则形状形体的自动分区,提高手工分区的交互性,能方便地进行复杂的三维形体的分区.2.2 基于栅格法这种方法预先产生网格模板,然后将要进行网格化的物体加到其上,并在实体内部尽可能多地填充规则的长方体或正方体网格,在实体的边界上根据实体边界的具体特征更改网格的形状和相互连接关系,使得边界上的六面体单元尽可能地逼近物体的边界形状.文献[13]采用这种方法生成了六面体单元.这种方法能实现网格生成的自动化,网格的生成速度也非常快.其最大弱点是边界单元的质量较差;另一个缺点是所生成的单元尺寸相近,网格密度很难得到控制.1998年发布的MARC/HexMesh模块中采用了基于栅格法,并对这种方法进行了改进,使得初始填充在实体内部的单元尺寸较大、实体边界单元的尺寸较小,这样可以较好地控制网格密度[14].但是,对于复杂三维形体,MARC/ HexMesh模块产生的边界六面体网格的质量仍然不够理想.Tekkaya[15]将改进八叉树法与基于・684・哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 第33卷栅格法相结合来生成边界过渡网格,首先根据工件的边界来区分内部网格和边界网格,然后应用网格细化和均匀化处理来改进边界单元的质量,如图2所示.图2 基于栅格法Fig.2 Grid 2based method 这种方法的发展趋势是:控制实体内部的初始规则网格的尺寸,以控制最终形成的网格的密度;采用网格结构重组(包括拆分和合并单元)和网格优化算法来提高边界单元的质量.2.3 几何变换法这种方法由二维四边形网格经过旋转、扫描、拉伸等几何变换而形成六面体网格,几何变换后删除重节点及四边形、进行单元及节点的重新编号[16].这种方法生成的六面体网格如图3所示;优点是比较容易实现,在当今大多数的大型CAD 软件前置处理中均有此功能.但是,这种方法只适用于形状简单的三维形体,且主要依靠人机交互的方式来实现.图3 几何变换法Fig.3 G eometry transformation method 这种方法的发展趋势是使四边形有限元网格能够以自由曲线为路径进行扫描,尽量减少人机交互的步骤.2.4 改进八叉树法这种方法的基础是三维物体的八叉树表示.所作的改进类似于四叉树法的改进,但三维物体的边界处理更加复杂;它具有改进四叉树法同样的利弊.Y erry 等[17]首先提出并实现了这种方法,他们将物体边界简化为42种可能的模式(18种单平面和24种双平面切割八叉元).这种方法与基于栅格法结合生成“过渡网格”,效果较好[15].著名的有限元分析软件MARC/Auto 2Forge 模块中采用了这种方法,生成的六面体网格如图4所示.图4 改进八叉树法Fig.4 Modified 2octree method 这种方法的发展趋势是:与基于栅格法结合使用来提高过渡网格的质量,并减少仿真过程中的畸形单元,提高形体尖角处单元的质量.2.5 模块拼凑法Yang 等[18,19]把工件分为一定数量的子模块,然后对每一类形状简单的子模块规定一种六面体网格生成方法,整个工件的有限元网格即可由这些子模块内的网格拼凑而成,如图5所示.但是,实际生产中的工件(尤其是模锻件)的形状往往非常复杂,很难对其进行子模块的自动划分,采用专家系统的方法往往也是不可行的.因此,这种方法只能针对形状相对简单和变化较少的工件来生成六面体网格. 这种方法的发展趋势是完善专家系统的知识库,使其能适应更复杂形状工件的子模块自动划分.2.6 单元转换法由于多种四面体网格自动生成算法已经达到实用化的程度,在自动生成四面体网格后,可以把一个直边四节点四面体单元分成四个六面体单元[20,21],这样可以把四面体网格自动地转化为六面体网格,如图6所示.这种方法的缺点是得到的网格是杂乱无章的非结构化六面体网格,网格的质量不高;为了较好地逼近复杂物体的曲面边界,需要生成较多的直边四面体单元,因而也将得到数量极多的六面体单元,这会使得有限元仿真的时间过长.对同时具有内外复杂边界的三维问题(如内部有空洞缺陷的复杂锻件分析),该方法是实现六面体网格自动生成的一种比较有效的方・784・ 第4期 吕 军,等:有限元六面体网格的典型生成方法及发展趋势法.文献[22]对单元转换法进行了改进,将十节点曲边四面体转换为六面体,并采用非线性约束优化算法大幅度提高了六面体网格的单元质量.图5 模块拼凑法Fig.5 Modular method图6 单元转换法Fig.6 Element conversion method 这种方法的发展趋势是减少不必要的四面体单元的数量,采用网格结构重组技术以剔除不必要的单元,采用约束优化算法提高六面体单元的质量.2.7 B 样条曲面拟合插值法这种方法基于三维物体的边界曲面B 样条表示,采用插值拟合曲面来生成六面体网格[23].在几何构形确定的情况下,这种方法即可自动生成六面体网格.通过调整B 样条函数中的参数可以控制网格密度,生成的六面体网格如图7所示.这种方法的优点是边界曲面逼近好,形体的几何表示与网格生成在数学方法上一致;缺点是局部网格的处理比较困难,这是整体域剖分所带来的问题.图7 B 样条曲面拟合插值法Fig.7 B 2spline surface interpolation method 这种方法的发展趋势是采用B 样条曲面和实体造型相结合的方式来描述三维物体,采用模块法来处理物体内部的局部网格.2.8 采用波前法逐层由实体表面向实体内部生成六面体网格(Plastering algorithm)Blacker 和Meyers [24]于1993年提出了这种方法,该方法实际上是二维四边形网格逐层推进生成法[25](Paving algorithm )在三维空间上的拓展.在三维实体内部,各个六面体单元的边与边、面与面之间的相互关系十分复杂,并且只有满足一定条件的实体表面上的节点才能生成完全的六面体网格,故这种方法的实现具有很高的难度.生成的网格如图8所示.该方法生成的六面体网格的单元质量(尤其是边界单元的质量)是所有算法中最好的,但该方法的实现仍需解决一些技术细节上的问题.图8 Plastering 算法Fig.8 Plastering algorithm 这种方法的发展趋势是优化实体表面的布点,避免在向实体内部逐层推进时产生尺寸过小和形状不合理的单元,避免单元间的裂缝.2.9 采用中轴面分解和整体规划技术生成六面体网格这种方法首先将三维实体分解成一定数量的简单子域,然后在每个子域内生成六面体网格[26].在将实体分解成子域过程中采用中轴面(Medial Surface )分解技术,并采用整体规划技术来确定每条边的分割数,进而控制六面体网格的密度[9].根据形体的中轴面可以确定必要的子域,子域可以定义为13种可能类型中的一种[27].中轴面分解方法也可以拓展应用于带有凹边或凹顶点的实体及退化情况,从而可以实现复杂实体(如带有孔、凹角等)的六面体网格生成[28].该方法生成的六面体网格的单元质量很高并且疏密有致,如图9所示. 这种方法的发展趋势是实现复杂形体的全自动中轴面分解;尽可能形成容易网格化的子域;提高边界单元的质量,避免产生形状不好的单元(如・884・哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 第33卷狭长单元).图9 中轴面分解法Fig.9 Medial surface subdivision method3 六面体网格生成的发展趋势有限元六面体网格生成问题近年来成为三维网格生成方法研究的热点和难点,出现了许多种算法,但至今尚未提出一种通用的有限元六面体网格自动生成方法.下列问题将成为六面体网格生成的研究前沿,也将是未来的发展趋势.3.1 开发复杂域六面体网格的全自动生成方法全自动网格生成方法因其高效性、处理复杂情况的能力和便于集成到计算机集成制造系统(CIMS )等优点,已成为网格生成的发展趋势.现有的网格自动生成方法在时效、稳定性和通用性等方面与实用要求都有一些差距,六面体网格生成方面尤为突出,问题的关键在于开发有效、高效的自动生成方法.复杂域的网格生成是全自动网格生成的前提,人们正在研究能在任意复杂域内生成六面体网格的方法,并注重方法的可靠性.复杂域内六面体网格全自动生成的实现是全自动网格生成真正走向实用化、通用化必须解决的难题.3.2 网格密度定义和控制技术的研究三维网格密度定义和控制一直没有行之有效的方法,生成疏密有致的六面体网格并且使密网格和疏网格之间的单元均匀过渡将是六面体网格生成的发展趋势之一.3.3 基于几何造型的六面体网格生成及其集成基于几何造型的网格生成是通往有限元仿真技术集成到计算机集成制造系统的必由之路,目前的网格生成方法大都从造型系统中得到形体描述,但几乎都与造型系统松散结合.实现六面体网格生成与几何造型系统的集成将是未来的发展方向.3.4 六面体网格显示技术及正确性检测六面体网格缺乏有效的显示技术.正因为缺乏直观的显示来验证其正确性,其正确性的检测就显得格外重要;目前在这方面尚缺乏快速有效的方法.六面体网格显示技术的关键是提出正确、可靠和高效的消隐处理算法.4 结 论在三维有限元仿真中采用六面体单元有很多优点,实现可靠、高质量的有限元六面体网格自动生成一直是CAD/CAE 领域内的一个难点,也是制约三维有限元仿真走向实用化的瓶颈问题.解决这个问题的关键是在现有方法的基础上提出稳定、高效和通用的复杂域六面体网格全自动生成方法,以使得六面体网格在三维有限元仿真领域中的应用真正走向实用化.参考文献:[1]GHOUAL I M A ,DUVAU T G.Local analytical de 2sign sensitivity analysis of the forging problem using FEM[J ].Comput Methods Appl Mech Eng ,1998,163:55270.[2]FISH F ,PANDHEERADI M ,BEL SKY V.E fficient solutions schemes for interface problems[J ].Finite El 2ements in Analysis and Design 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用Marc软件提供的接触分析功能简化网格划分
用Marc软件提供的接触分析功能简化网格划分沙迎春,吴中如(河海大学水利水电工程学院,江苏南京210024)摘要:利用大型结构分析程序M SC.M arc提供的接触分析的功能,以保证有限元网格不发生穿透,使有限元疏密网格界面两侧各相应点的位移和应变在界面上协调,而不必过多考虑节点的协调关系。
这样三维有限元网格的过渡易于实现,使有限元网格划分可以以积木式进行,简化了前处理工作,大大缩短对复杂结构的网格剖分的时间。
而且,由于有限元网格剖分以积木式进行,使有限元网格的自动剖分也简化了不少。
关键词:有限元法;网格剖分;接触分析;M SC.M arc软件中图分类号:T V314文献标识码:A文章编号:1001-408X(2003)02-0061-041前言有限单元法是数值计算的主要方法之一,因其适应性强,计算效率高,而被工程和科学研究部门广泛采用。
自50年代以来,已研制了各种有限元通用软件,例如MARC[1]、ANSYS、STARDYNE、ASKA、SUPERSAP等。
有限单元法作为一种极为有效的数值分析方法,广泛地应用于土木、机械、流体、渗流、热传导等诸多领域。
以前由于计算机速度慢,计算成本高,有限元中分析域的离散和数据准备均以人工方式进行。
随着计算机计算的进步,大规模、高精度已成为现代有限元技术的新趋势,人工离散化工作已不再适应这种发展。
因此,前处理技术是影响有限元技术实际应用的关键。
2现行方法及存在问题在有限元计算中,人们常对某一局部区域的位移和应力更感兴趣,或是希望在此范围内能获得更高的精度。
同时在对拱坝等结构物进行开裂分析时,人们也希望能有一套比较致密的网格,这样就可以在裂尖周围布置许多网格来进行裂缝的跟踪计算,而且起裂后也不需要重新剖分网格。
但是有限元离散单元的基本思想就是通过相互协调的节点传递位移和力,相邻节点密度相差太大而又不能保证在其交界面上相应节点的位移和应变协调时,则会引起较大的计算误差。
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3 3 网格生成网格生成（MESH GENERATION）菜单用于建立和/或修改模型的几何形状或有限元模型。
网格生成菜单由以下子菜单和命令构成。
命令说明Mentat 3.1Main Menu ArrayMesh Generation图3.1 网格生成菜单命令说明Mentat 3.1Main MenuMesh Generation 节点（Nodes）在某一特定位置加一个节点。
注意：节点的坐标为当前所定义的坐标系。
缺省设置为总体直角坐标系。
如果GRID按钮被激活，则可以用鼠标在屏幕上直接点节点的位置。
从模型中删除节点。
必须指定一系列要删除的节点。
只有那些与单元没有联系的节点才可以被删除掉。
在删除节点之前一定要先将与其有关联的单元删掉。
对已存在的节点重新定位。
必须选择节点并输入新的坐标值。
显示被选择节点在总体坐标系和用户坐标系下的x、y、z坐标值。
单元(Elements)将单元加到当前的模型中去。
所加单元的类型取决于当前所定义的单元阶次。
选择相应的节点以定义单元的拓扑关系。
定义单元所需的节点数目取决于单元的阶次。
如果GRID按钮被激活，则可以用鼠标来添加单元。
如果选择的几何点上没有定义节点，则节点将会被自动建立。
注意：定义二维单元时必须注意要按逆时针方向在x-y或z-r 平面内选节点。
命令说明Mentat 3.1Main Menu ArrayMesh Generation从模型中删除单元。
必须选择要删除的单元。
重新定义单元中的节点连接情况。
旧节点将从单元中被去除，但仍然保留在模型中。
使用清除节点(SWEEP NODES)命令可以将多余的节点从模型中删除。
使用编辑(EDIT)命令时必须选择要修改的单元以及新的节点号。
显示所选单元的信息。
可以显示单元号、单元阶次、单元类型。
另外单元的节点连接情况也会被显示出来。
几何点(Points)在网格的某一特定位置加一个几何点。
注意：点的坐标为当前所定义的坐标系。
缺省设置为总体直角坐标系。
基于Marc的汽车密封条有限元分析及二次开发设计
基于Marc的汽车密封条有限元分析及二次开发设计毕业设计题目基于Marc的汽车密封条有限元分析及其二次开发学院机械工程学院专业机械工程及自动化班级机自0902学生李清杰学号20090421147指导教师宋卫卫二〇一三年五月二十四日摘要采用非线性有限元分析软件MSC.Marc对车窗和车门密封条受力过程进行分析，并掌握了它们的整个分析过程，对整个分析过程进行进一步的研究和简化，来提高工作效率。
而对于各种不同的密封条的分析有些过程是一样的，因此可以对其进行二次开发，省略其中的繁琐的过程，而MSC.Marc支持Python程序的调用，使用PyMentat模块来建立或修改模型时，Python脚本就会发送一系列命令给MSC.Marc Mentat，这些命令和选择适当的菜单选项时提交的命令是相同的，也就是说Python脚本程序命令MSC.Marc软件执行相应的操作，来进行不同程度的建模、分析以及后处理。
所以采用Python语言进行一系列的编程，简化了车窗和车门密封条的有限元分析过程，而且通过PyMentat模块在Python脚本中使用MSC.Marc Mentat PARAMETERS可以很简单的进行变量的输入，在调用Python程序前可输入要改变的变量，例如受力的大小等。
关键词：MSC.Marc；密封条；python程序；有限元分析ABSTRACTBy using the nonlinear finite element analysis software MSC.Marc for window and door seal force process analysis, and grasp the whole analysis process are simplified, and further research on the whole process of analysis, to improve work efficiency.Analysis of sealing strip for a variety of some process is the same, so it can be two times the development of its, omit the tedious process, while the MSC.Marc Python program to support the call, to create or modify the model using the PyMentat module, the Python script will send a series of commands to the MSC.Marc Mentat, these commands and select the appropriate options menu to submit orders is the same, that is to say the Python script commands of MSC.Marc software implementation of the corresponding operation, to varying degrees of modeling, analysis and processing. So a series of programming using Python language, simplify the finite element window and door seal analysis process, but also through the PyMentat module in the Python script using the MSC.Marc Mentat PARAMETERS can be very simple for variable input, input to change the variables in the calling Python program, for example, force size etc..Key words：MSC.Marc; seal; Python program; finite element analysis目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 前言 (1)1.1 汽车密封条研究背景及意义 (1)1.2 密封条的介绍 (1)1.3 Marc软件的简介 (1)1.4 Python程序简介 (2)2 车窗密封条的有限元分析 (3)2.1 车窗密封条分析参数的确定 (3)2.2 车窗密封条网格模型的建立 (3)2.3 接触条件定义 (5)2.4 车窗密封条分析的后处理结果 (5)3 车门密封条的有限元分析 (7)3.1 车门密封条介绍及分析参数的确定 (7)3.2 车门密封条网格模型的建立 (7)3.3 边界条件定义 (8)3.4 车门密封条分析的后处理结果 (8)4 针对密封条分析的Marc软件的二次开发 (11)4.1 Marc软件与Python联系 (11)4.2 Python开发流程 (11)4.2 Python语言基本应用 (12)4.3 车窗密封条分析的程序代码 (12)5 结论 (17)5.1 总结 (17)5.2 展望 (17)参考文献 (19)致谢 (20)1 前言1.1 汽车密封条研究背景及意义中国汽车的数量越来越多，而中国的汽车制造水平还有很大的提高。
有限元设计软件生成网格的PAVING算法
有限元设计软件生成网格的PAVING算法一、简介使用有限元软件分析计算几何体的物理性质，其计算的过程可以划分为几个大的模块，输入几何体区域→为该区域生成一个网格→对生成的网格施加一个干扰→从受到干扰的网格开发分析数据→确定几何体的物理行为。
分析计算流程图如图1所示。
图1 有限元分析的模块在有限元分析的前处理模块中，网格生成时很重要的一个步骤。
生成网格的质量会影响后处理计算结果的精度。
当前，行业内流行多种网格生成的算法，各有各自的特点，该部分内容在本文国内外研究现状一节中已经详细阐述。
其中paving算法健壮性良好，计算速度快，而且生成的网格质量好。
本节主要阐述采用C++语言实现paving算法的实现过程。
如图2所示，采用paving算法生成网格的算法流程图，从输入边界数据到最后输出划分好的网格，其中主要有生成新行，平滑处理，缝合处理，边界相交处理等几个子模块。
图2 Flow chart of paving algorithm为了清晰理解上述paving算法的流程，以图3所示为例，图a当中为输入的原始外边界数据，围成待划分网格的区域。
选择边界上的一行节点为基础，添加生成一行新的浮动节点，生成顺序为沿着外边界按逆时针方向进行。
对新生成的浮动节点进行平滑处理，使节点围成的单元的internal angle以及aspect ratio变得更为合理，单元更趋近于规则四边形。
对剩余的待划分网格区域进行缝合，检查单元是否相交，对相交的单元进行处理，对单元进行调整，直到整个区域生成高质量的网格为止。
图3 paving算法铺筑单元示意图依据图2所示流程图，生成相应的伪代码：DoRow choiseWhile add row is not completeAdd row portionSmooth row portionSeam boundaryIf intersection occurs thenConnect overlapsSeam boundaryEnd ifRow adjustmentIf intersection occursConnect overlapsSeam boundaryEnd ifWhile (closure check is negative)Clean-up mesh二、分部详细说明1.输入边界数据根据算法的流程图中，首先要输入待划分网格的边界数据，确定区域的内边界和外边界。
marc中文基本手册-第二章网格生成
marc中文基本手册-第二章网格生成第二章网格生成本章要点●三种基本网格生成方法●程序的网格加工功能及使用方法●具体网格生成实例本章主要介绍网格生成的基本功能及使用方法。
先介绍MENTAT 生成网格的三种基本方法：节点与单元的直接定义，或先定义结构的几何实体，再转换为单元和节点，以及对任意几何面、体自动生成单元的网格划分。
然后介绍MENTAT对已有网格进行加工、处理的功能及使用方法，最后通过具体实例介绍使用户更好地掌握MENTAT网格生成部分的菜单、命令使用方法。
与有限元分析相关的常用词ELEMENT （单元）由多个节点定义的用于分析的最基本区域。
NODE （节点）用于定义单元的点，具体位置由坐标值确定。
与几何实体相关的常用词POINT （点）描述曲线、曲面的控制点。
CURVE （曲线）线段、圆弧、样条等曲线的统称。
SURFACE （面）四边形面、球面、圆柱面等曲面的统称。
网格生成方法1（网格直接定义）网格生成主要是生成节点和单元，节点的位置由节点坐标决定，节点坐标可以由键盘输入，也可在屏幕上检取格栅点输入。
键盘输入方法简单，但使用起来却不方便，检取格栅点的方法更为人所常用，下面介绍一下格栅的使用方法。
格栅的显示格栅的显示分二步，首先必须检取格栅显示光钮，而且设置合适的格栅参数如间隔、大小等。
格栅的定义光钮在MESH GENERATION 菜单的中部。
用户在MAIN菜单中检取MESH GENERATION，在MESH GENERATION菜单的中部的COORDINATE SYSTEM条目下有绿色的SET、RECTANGULAR、GRID光钮，如下图所示。
MESH GENERATIONNODES ADD REM EDIT SHOWELEMS ADD REM EDIT SHOWPTS ADD REM EDIT SHOWCRVS ADD REM EDIT SHOWSRFS ADD REM EDIT SHOWSOLIDS ADD REM SHOWBETWEEN NODE BETWEEN POINTSELEMENT CLASS QUAD(4)CURVE TYPELINESURFACE TYPE QUAD SOLID TYPE BLOCK COORDINATE SYSTEM SET RECTANGULAR ? GRID ○ CLEAR MESH CLEAR GEOM ATTACH AUTOMESH CHANGE CLASS CHECK CONVERT DUPLICATE EXPAND MOVE RELAX RENUMBER REVOLVE SHELL EXPAND SOLIDS STRETCH SUBDIVIDE SWEEPSYMMETRY检取GRID ，使之变为红色，就变为了光栅显示状态，在图形区将显示出一个田字型的格栅，隐含格栅大小为±1，点之间间隔为0.1，如下图所示。
Marc应用焊接模拟实例(软件使用教程)
1.存储文件FILES-----SA VE AS------比如保存为C:\Documents and Settings\Administrator\example.mud2.生成网格先设置操作区域，直接生成一个大单元，然后细分。
命令流如下：MESH GENERA TIONSETU DOMAIN (X方向)0 (在命令行按照提示输入，回车；下同)0.1U SPACING0.001V DOMAIN (Y方向)0.04V SPACING0.001RETURNGRID (显示格子)FILL (充满屏幕)ELEMS ADD(用鼠标选取上述区域的四个角点，可利用ZOOM BOX放大选取，如下图)(重复利用ZOOM BOX 和FILL连续选取四个角点后，右键结束LIST，大单元已经生成)GRID (关掉，单元如下)SUBDIVIDE (细分单元)DIVISIONS10 4 1 (X、Y、Z方向分别细分为10、4、1个单元)ELEMENTSALL: EXIST (对所有存在的单元都进行如上细分，其实这里就一个)DIVISIONS2 2 1 (对焊缝处进一步细分)ELEMENTS(用鼠标选取最下面一排单元，如下图)(右键结束LIST，网格已细化)REFINE (单元退化)(先选取图中黄色节点)(再点击图中黄色单元中心)(右键结束，已经退化一个单元)(依此类推) (第二个顺序为)(全部退化后结果为)RETURNSWEEP (删除重复多余单元、节点等)ALLRETURNRENUMBER (重新编号)ALLRETURNEXPAND (Z方向拉伸)TRANSLA TIONS0 0 0.001REPETITIONS4ELEMENTSALL: EXISTRETURNSWEEP (删除重复多余单元、节点等)ALLRETURNRENUMBER (重新编号)ALLMAIN(至此，网格已经全部生成，SA VE一下吧)3.定义边界条件BOUNDARY CONDITIONSMECHANICALNAMEMECHANICAL_X (命令行输入)FIXED DISPLACEMENT (为模拟计算收敛，避免刚体位移)ON X DISPLACEOKNODES ADD(选取图中所示左下角的节点)(右键结束LIST，如图)NEWNAMEMECHANICAL_Y(命令行输入)FIXED DISPLACEMENT (为模拟计算收敛，避免刚体位移) ON Y DISPLACEOKNODES ADD(选取图中所示焊缝线上的节点，右键结束LIST)NEWNAMEMECHANICAL_Z (命令行输入)FIXED DISPLACEMENT (为模拟计算收敛，避免刚体位移) ON Z DISPLACEOKNODES ADD(选取图中所示左下角的节点，右键结束LIST)RETURN (力学边界条件已经加好)(下面加热边界条件)NEWNAMEheat (命令行输入)THERMALFACE FLUX (加热，焊接热源)USER SUB. FLUXON FLUX(TOP)1(命令行输入)OKFACES ADD(选取上表面，如图)NEWNAMEfilm (命令行输入) FACE FLME (散热) USER SUB. FLMEON COEFFICIENT(TOP)1 (命令行输入)TEMP@INF(TOP)20 (命令行输入)OK(选取除中对称面之外的所有表面，如图)MAIN (边界条件已经定义好了，SA VE)4.初始条件INITIAL CONDITIONSTHERMALTEMPRA TUREON TEMPRA TURE(TOP)20OKNODES ADDALL: EXISTMAIN(初始条件定义完成，SA VE)5.定义材料特性MA TERIAL PROPERTIES（关于材料属性的几个表格，已经做好了，大家可以尝试着能不能read。
Mentat上机教程
MSC.Mentat上机教程李胜祗安徽工业大学1 概述本章要点○ MENTAT 与MARC 的关系 ○ MENTAT 操作的基本知识MENTAT 是MARC 程序的前后处理器，主要由3部分构成：生成有限元网格、交互式输入边界条件、材料参数、几何参数、初始条件、接触条件、定义载荷工况等，进行有限元分析和计算，显示计算结果、进行后处理。
由于它易于操作、方便灵活、直观快捷，使用户有更多的时间去关注问题的本质，而不会陷入繁琐的数据准备中。
为便于初学者尽快掌握MENTAT 的使用方法，这里介绍一些常用菜单命令的使用方法，此外再附一些操作实例。
1.1 MENTAT 与MARC 的关系MENTAT 与MARC 程序的关系如图1-1所示。
MENTAT 可以自动生成MARC 分析所需要的输入文件model.dat ，用户可以在MENTAT 的图形环境下运行MARC 程序，此时MARC 程序对用户来说处于后台，也可以利用model.dat ，采用“run_marc ”命令运行MARC 程序。
MENTAT 可以读入MARC 运行产生的结果文件，即后处理文件model.t19（格式化文件）或model.t16（非格式化文件），进行数据结果的图形显示。
当然，用户可以采用其它方法生成MARC 的输入文件model.dat 。
1.2 MARC 程序的屏幕布局图1-1 MENTAT 与MARC 关系示意图对话区是包括5行显示区的可滚动区域，程序的提问、警告和反应都将在此区域显示，用户可以在此区内输入数据和命令。
状态区是供显示程序的状态，working 或ready 反映当前程序处于运算显示新图形状态还是等待状态。
1.3 MENTAT 与用户的通讯MENTAT 通过提问来要求用户输入数据或命令。
根据提问结尾的标点符号不同，共有3种不同的命令类型：：输入数据> 输入字符串，通常是一个命令、文件名或集名 ？输入YES 或NO用户可以通过鼠标、键盘或二者结合来输入数据、命令等。
四类问题有限元分析的MARC操作指南
四类问题有限元分析的MARC操作指南《有限元分析及应⽤》四类问题有限元分析的MARC操作指南曾攀(清华⼤学机械⼯程系)本操作指南是向初学者介绍MSC.MARC软件，采⽤逐步演⽰的⽅式，帮助使⽤者熟悉MSC.MARC/MENTAT的菜单操作，并通过⼀系列的实例分析帮助使⽤者逐步掌握该软件的使⽤；内容涉及四类问题：平⾯静⼒问题、空间静⼒问题、振动模态分析、材料⾮线性问题，具体内容如下。
MSC.MARC简介平⾯带孔⽅板拉伸3D带法兰⾼压油缸悬臂梁的振动斜拉桥的振动封头等温塑性成形过程1 MSC.MARC简介1.1 MSC.MARC概述MSC.MARC是功能齐全的⾼级⾮线性有限元软件，具有极强的结构分析能⼒。
为满⾜⼯业界和学术界的各种需求，MSC.MARC提供了层次丰富、适应性强、能够在多种硬件平台上运⾏的系列产品。
MSC.MARC的基本模块为MARC和MENTAT。
MSC.MARC/MARC模块是功能齐全的⾼级⾮线性有限元软件求解器，体现了30年来有限元分析的理论⽅法和软件实践的完美结合。
它具有极强的结构分析能⼒：(1) 可以处理各种线性和⾮线性结构分析包括：线性/⾮线性静⼒分析、模态分析、简谐响应分析、频谱分析、随机振动分析、动⼒响应分析、⾃动的静/动⼒接触、屈曲/失稳、失效和破坏分析等；(2) 它提供了丰富的结构单元、连续单元和特殊单元的单元库，⼏乎每种单元都具有处理⼤变形⼏何⾮线性,材料⾮线性和包括接触在内的边界条件⾮线性以及组合的⾼度⾮线性的超强能⼒；(3) MARC的结构分析材料库提供了模拟⾦属、⾮⾦属、聚合物、岩⼟、复合材料等多种线性和⾮线性复杂材料⾏为的材料模型；(4) 分析采⽤具有⾼数值稳定性、⾼精度和快速收敛的⾼度⾮线性问题求解技术。
为了进⼀步提⾼计算精度和分析效率，MARC软件提供了多种功能强⼤的加载步长⾃适应控制技术，⾃动确定分析曲屈、蠕变、热弹塑性和动⼒响应的加载步长；(5) ⽹格⾃适应技术，以多种误差准则⾃动调节⽹格疏密，不仅可提⾼⼤型⾮线性结构分析精度，⽽且能对局部⾮线性应变集中、移动边界或接触分析提供优化的⽹格密度，既保证计算精度，同时也使⾮线性分析的计算效率⼤⼤提⾼。
MATLAB上的有限元网格自动生成
MATLAB上的有限元网格自动生成刘瑶;谭建国【摘要】DistMesh是基于MATLAB的有限元网格自动生成程序,具有程序代码简短明晰、网格质量高、移植性好等突出特点.但是因为DistMesh用以筛选和优化节点的距离函数是解析表达式,用户无法实现对复杂模型的构造,限制了DistMesh 的工程应用和推广.由于非均匀有理B样条(NURBS)是计算机辅助技术(CAD)中三维建模的通用和标准技术,故基于MATLAB中的NURBS工具箱,提出一种利用NUBRS曲线和曲面的方向来判断节点与曲线、曲面位置关系的方法,以完成对节点的筛选和移动.基于力的平衡原理的迭代循环,通过对比理想的与实际的网格长度,以不断调整网格边长,完成对网格的优化.将通用的NUBRS建模与DistMesh相结合,突破了DistMesh原来建模复杂的限制,既能生成高质量的网格,又提高了DistMesh的适用性.【期刊名称】《计算机技术与发展》【年(卷),期】2019(029)001【总页数】4页(P17-20)【关键词】计算机辅助设计;有限元网格生成;MATLAB;NURBS【作者】刘瑶;谭建国【作者单位】国防科技大学,湖南长沙 410073;国防科技大学,湖南长沙 410073【正文语种】中文【中图分类】TP311.10 引言一般地，可以将有限元分析[1]划分为：建立模型(前处理)、计算求解、结果处理和评定(后处理)。
其中，各阶段所用的时间占比分别为：40%～60%、5%～10%、30%～50%。
在数值分析过程中，网格划分[2]是极其关键的一步，可以说直接决定了最终结果的准确性、有效性。
MATLAB[3]具有简洁的语言、丰富的基础库函数、强大的数据处理和可视化能力等突出特点，利用MATLAB进行有限元前处理是值得研究的问题。
DistMesh[4]是基于MATLAB的有限元网格自动生成程序，由加州大学伯克利分校的Per-Olof Persson和麻省理工学院数学系的Gilbert Strang开发，相较于MATLAB自带的PDE工具箱仅能求解比较简单的二维模型的缺陷，它可以生成三角形或四面体的网格，对一般的二维和三维的建模都能进行良好的处理，具有程序简短明晰、网格质量高、可移植性好等突出优点，在MATLAB有限元前处理方面应用广泛。
marc网格划分资料
选择 CHECK SURFACE 后，MENTAT 界面的对话区可得下列 信息：
minimum and maximum trimming curve lengths number of segments number of open and closed loops number of outer and inner loops number of intersecting segments minimum length of shortest trimming curve maximum length of the longest trimming curve 这些信息对于定义用户定义自动修复几何的距离误差，或进一 步划分单元时定义平均的单元尺度，都非常有用。 Adding/Removing Geometry 包括 Trimming Surfaces 将四条裁剪曲线放置在曲面边界上。 进行 trim surfaces 的步骤为： 1. Choose Mesh Generation > Automesh > Repair Geometry. 2. Click TRIM SURFACES. 3. Enter a surface list. Removing Free Curves 删除不依附于任何曲面的多余曲线 进行 Remove Free Curve 的步骤为： Choose Mesh Generation > Automesh > Repair Geometry > Remove Free Curves. Cleaning Loops 包括设置误差，清理 2－D 和 3－D 几何的边界曲线。 Cleaning 2-D Curve Loops 选用 Clean 2-D Curve Loops 命令删除 长度小于给定误差的曲线，并闭合小间隙，步骤如下： 1. Choose Mesh Generation>Automesh>Repair Geometry. 2. Click M IN . TOLE R ANCE and enter a value. 3. Click CLEAN 2 - D CURVE L OOPS .
marc有限元软件-绪论
marc有限元软件-绪论11绪论本命令说明手册将为您提供一个与Mentat产品有关的命令说明。
本资料是根据菜单的编排，以逻辑形式提供的。
手册给出各个菜单按钮的说明。
与每个按钮相关的是一个Mentat命令。
附录给出菜单按钮和带下横线的命令之间的交叉说明。
这些命令都显示在滚动区，并可以选用键盘输入。
应该注意，在Mentat对话的任一时刻都可以执行这些命令。
基本上有两种命令：设置参数或数值的命令，如键入细分数的命令。
引起动作的命令，如实际细分网格或消除实体的命令。
上述任一情况中，与问题有关的数据库是变化的。
在定义参数的情况下，如果定义了一错误的数值，则只需再键入一个新值。
在操作产生预料之外的结果的情况下，用UNDO命令恢复数据库以前的状态。
本手册自然是参考性的。
在一些章节内命令的结果是由图形说明的。
应该利用Mentat用户指南学习如何成为该产品方面的专家。
命令说明Mentat 3.1Mentat 的窗口布置(Mentat Window Layout)与Mentat 的所有交流都从图1.1所示的窗口开始。
此窗口在程序起动时出现。
图1.1 Mentat 的基本窗口在屏幕上出现的Mentat 窗口分成三个主要区域：●图形区●菜单区●对话区图形区用于显示数据库的当前状态。
当起动Mentat 时，图形区是空白的，表示数据库是空的。
菜单区是留作显示可选菜单项的，并分成两个子区，静态菜单区和动态菜单区。
动态菜单区的内容随选定的菜单项而变化。
与此相反，静态菜单是一直显示的，包含的菜单项随时可供使用和选择。
对话区是约五行可见的滚动区。
在这个区里，显示所有的程序提示、警告和应答，用户可以输入数据或命令。
在对话区内还有状态区，留作向用户传递程序的状态。
在状态区里，不是出现working就是出现ready，反映程序的当前状态。
命令说明Mentat 3.1Mentat如何与您交流(How Mentat Communicates with You)Mentat 通过提示、信息和其他可视队列与您交流。
几款常用有限元软件(CAE分析)的比较
几款常用有限元软件（CAE分析）的比较目前流行的CAE分析软件主要有NASTRAN、ADINA 、ANSYS、ABAQUS、MARC、MAGSOFT、COSMOS等。
以下为对这些常用的软件进行的比较和评价：LSTC公司的LS-DYNA系列软件。
LSDYNA长于冲击、接触等非线性动力分析。
LS-DYNA是一个通用显式非线性动力分析有限元程序，最初是1976年在美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室由J.O.Hallquist主持开发完成的，主要目的是为核武器的弹头设计提供分析工具，后经多次扩充和改进，计算功能更为强大。
虽然该软件声称可以求解各种三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等接触非线性、冲击载荷非线性和材料非线性问题，但实际上它在爆炸冲击方面，功能相对较弱，其欧拉混合单元中目前最多只能容许三种物质，边界处理很粗糙，在拉格朗日——欧拉结合方面不如DYTRAN灵活。
MSC.software公司的DYTRAN软件在同类软件中，DYTRAN在高度非线性、流固耦合方面有独特之处。
MSC.DYTRAN程序是在LS-DYNA3D的框架下，在程序中增加荷兰PISCES;INTERNATIONAL公司开发的PICSES的高级流体动力学和流体结构相互作用功能，还在PISCES的欧拉模式算法基础上，开发了物质流动算法和流固耦合算法发展而来的。
但是，由于MSC.DYTRAN是一个混合物，在继承了LS-DYNA3D 与PISCES优点的同时，也继承了其不足。
首先，材料模型不丰富，对于岩土类处理尤其差，虽然提供了用户材料模型接口，但由于程序本身的缺陷，难于将反映材料特性的模型加上去；其次，没有二维计算功能，轴对称问题也只能按三维问题处理，使计算量大幅度增加；在处理冲击问题的接触算法上远不如当前版的LS-DYNA3D全面。
HKS公司的ABAQUS软件ABAQUS是一套先进的通用有限元系统，属于高端CAE软件。
它长于非线性有限元分析,可以分析复杂的固体力学和结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大的复杂问题和模拟高度非线性问题。
综合应用UG,HyperMesh和MSCMarc软件进行有限元分析
综合应用ＵＧ，ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ和ＭＳＣＭａｒｃ软件进行有限元分析有限元法<sup>［1］</sup>作为求解复杂工程问题的重要方法，应用非常广泛.近几十年来，随着计算机技术和数值分析技术的迅速发展，有限元法理论及其算法已趋于成熟.由于有限元法具有高度通用性和实用性，从而导致各类有限元通用软件的飞速发展.目前，将有限元理论、计算机图形学以及优化技术相结合而开发的各类专用有限元软件，能高速高效地解决各类有限元问题.在工程应用中，各类专用有限元软件在几何建模、网格划分、分析计算及结果处理方面各有特色.虽然很多情况下只需某一软件就能完成整个有限元分析过程，但过程往往比较复杂、效率不高且容易出错.因此，充分发挥各软件的长处，综合运用各软件就显得尤为必要.本文根据UG软件<sup>［2］</sup>、HyperMesh软件<sup>［3，4］</sup>和MSC Marc<sup>［5，6］</sup>软件的不同特点，在有限元几何建模、网格划分、分析计算以及结果处理过程中，扬长避短，综合运用这些软件解决工程实际问题，整个处理过程条理清楚.相对于单一软件处理，多软件综合应用能提高解决问题的效率和精度.1 UG，HyperMesh和MSC Marc软件及其特点简介1.1 UG软件UG软件是美国EDS公司的产品，采用基于约束的特征建模和传统几何建模为一体的复合建模技术，建模高速高效，在曲面造型方面特别强.最突出的优点就是其几何建模功能非常强大，缺点是格划分及有限元分析计算和后处理方面较为薄弱.1.2 HyperMesh软件HyperMesh软件是美国Atair公司的产品，其优点有：(1）有限元网格划分时操作简单方便，网格划分速度快；(2）有限元网格划分时质量易于控制，便于调整和修改，划分有限元单元质量非常好，能满足实际工程分析需要；(3）与其他多种CAD和CAE软件有良好的接口.与UG软件相比，HyperMesh软件的建模功能较为薄弱.与MSC Marc软件相比，在有限元分析时材料类型和单元类型数量较少，求解方法难以设置，在有限元分析计算与结果处理方面的性能也有一定差距.1.3 MSC Marc软件MSC Marc软件为美国MSC公司的产品，该软件的优点为：(1）具有功能齐全的多种高级非线性有限元求解器，可以处理各种线性与非线性结构分析；(2）单元库提供数百种单元类型，包括结构单元、连续单元和特殊单元，几乎每种单元都具有处理大变形、几何非线性、材料非线性(包括接触在内的边界条件非线性)以及组合的高度非线性的超强能力，能满足绝大部分工程的实际需要；(3）材料库内容十分丰富，具有多种线性与非线性及复杂材料模型；(4）分析时采用具有高数值稳定性、高精度与快速收敛的高度非线性问题求解技术，并采用加载步长自适应控制技术，可自动确定非线性分析和动力响应的加载步长，从而保证计算精度.MSC Marc的缺点是其几何建模和网格划分功能较差，且操作不方便，尤其是对于比较复杂的结构更为困难.2 UG，HyperMesh和MSC Marc在有限元分析中的综合运用有限元软件的综合运用，目的在于充分发挥各软件的长处，避免其不足，从而使软件几何建模、网格划分、分析计算及结果处理的整个过程高速高效、条理清楚、不易出错，且容易操作和修改.根据以上对UG，HyperMesh和MSC Marc软件各自特点的分析，可以看出：先使用UG软件进行几何建模，然后利用HyperMesh进行有限元网格划分，最后采用MSC Marc进行计算分析及结果处理，可以大大提高整个分析过程的效率，其求解也能符合实际需要.对UG，HyperMesh和MSC Marc软件综合应用的整个过程见图1.在此过程中的准备工作主要包括：确定有限元分析对象的几何尺寸、材料特性、边界条件以及所需要分析的内容.使用UG软件建立几何模型后，可直接保存为UG软件的默认文件类型，也可保存为“*.iges”或“*.igs”格式，以备HyperMesh使用.HyperMesh直接使用UG默认的文件类型时，需要在计算机操作系统中设置正确的环境变量.以Unigraphics NX和HyperMesh 6.0为例，其具体方法如下：首先进入“我的电脑（点击右键）→属性→高级→环境变量→系统变量”，编辑系统变量中的path项，在其中添加“%UGII-ROOT-DIR%”，注意该项与其他项之间要用“；”隔开.另外，还要检查“UGII-ROOT-DIR”项，看其路径设置是否正确.将UG软件建立的几何模型直接导入HyperMesh的过程为：在HyperMesh操作界面中进入“files→import→GEOM（选中）→UG-NX（选中）”，然后点击“import”，并根据文件路径及其文件名选择需要导入的UG文件.“*.iges”或“*.igs”等其他格式文件导入方法和过程与此类似.利用HyperMesh划分网格结束后，要保存为合适的格式，以便分析软件时使用.将HyperMesh 6.0划分的有限元网格导入到MSC Marc软件的过程如下：(1）在HyperMesh软件中进行网格划分后，进入“files→export“，选中“template”选项，在“template”栏后点击“load”，选择合适的模型临时文件，如果进行二维单元分析（有限元单元为面单元），则选“../hw6.0/templates/feoutput/marc/stress2d.tpl”文件；如果进行三维单元分析，则选“../hw6.0/templates/feoutput/marc/stress3d.tpl”文件.在“output”栏后直接输入保存的文件路径及其文件名或点击“write as”，然后选择文件路径并输入文件名.在这里还需要注意的是保存的文件名为数据文件类型，尾缀为“*.dat”.(2）在MSC Marc软件中，导入有限元网格数据文件，具体过程为：在静态菜单（界面下方）上选择“files”,点击面板“interfaces”下的“import”按钮，选择“marc input file”，或点击面板“marc input file”下的“read” 按钮，然后在预先设定的位置找到所需数据文件，然后点击“OK”即可.在整个有限元分析过程中，熟悉有限元基本理论是基础，掌握各软件的使用方法是关键.另外，保证各软件间的数据在导入和导出过程中的正确性也非常重要.3 UG,HyperMesh和MSC Marc综合运用实例某齿轮箱体底面固定，齿轮激励作用等效在轴承孔处，激励力的作用为Af(t)（A为加权系数），材料为普通钢.现综合使用UG,HyperMesh和MSC Marc软件求解箱体前端面中央处的加速度响应.具体求解过程如下：(1）首先利用Unigraphics NX 2.0建立几何模型（见图2），并保存为默认格式文件；(2）在HyperMesh 6.0中，将UG中建立的几何模型导入，进行有限元网格划分，检查并修改使网格质量达到合格要求（见图3），然后保存为MSC Marc环境所能导入的数据文件（文件格式为“*.dat”）；(3）在MSC Marc 2003中，读取该数据文件（见图4），并在其环境下正确设置边界条件（见图5）、材料属性、几何特性、单元类型以及求解方法、求解时间、求解步长、求解结果类别等，最后进行计算求解.求解后MSC Marc中f(t)的时间历程见图6，计算点加速度响应的时域图见图7.在整个建模、有限元网格划分、数据计算及后处理过程中，各选项及参数设置方便，整个过程操作流畅、效率很高，且计算结果精度能满足工程实际需要.4 结论综合使用多种有限元软件进行有限元分析及其前后处理，有利于各软件扬长避短，从而使建模、网格划分、计算分析及结果处理等过程操作方便，计算准确，效率和精度大大提高.。
基于有限元软件的薄板焊接接头应力变形模拟
科学技术创新2021.141焊接温度场的分析理论在焊接过程中，焊接热输入和热传导对冶金过程、固态相变、组织性能和应力应变等都有重要的影响。
焊接是一个局部快速加热，然后部分熔化或者产生相变，并迅速冷却的过程。
随着焊接热源的移动，焊接部位温度场急速变化，材料的热学性能也急剧变化。
因此，焊接温度场分析属于典型的非瞬态热传导问题。
2热源模型在进行焊接温度场的数值计算时，研究人员通常把焊接热源简化为具有某种分布规律的热流密度函数，用于计算不同焊接过程的温度场。
在现有数值模拟过程中通常采用的热源模型有三种：高斯热源、双椭圆高斯热源、双椭球热源，在Marc 中采用的是Goldak 提出的双椭球热源模型，此模型中热流密度沿长轴呈高斯分布前半部分是1/4椭球，后半部分是3/4椭球。
3焊接应力场理论材料处于弹性或者塑性状态的应力应变为:式中：{D}为弹性或弹塑性矩阵;{C}为与温度有关的向量。
在塑性区，设材料屈服条件为：f （σ）=f 0（εp ，T ）式中：f 为屈服函数;f 0为与温度和塑性应变有关的屈服应力的函数。
4求解流程基于有限元软件MSC.MARC 的温度场和应力场分析流程图如图1所示。
5薄板焊接的有限元模型建立薄板焊接过程模拟计算所采用的焊板尺寸为1200mm*200mm*6mm,焊板由两块600mm*200mm*6mm 钢板焊接而成，为保证焊透，在钢板焊接边上加工600坡口。
5.1建立有限元网格模型5.1.1生成几何平面，全过程如下:MESH GENERATIONCURVESADD依次输入特殊点的坐标，则点将自动连成线，最后构成了对接接头的焊接模型面。
面分为三个部分：两块母材区和焊缝区，如图2所示。
图1有限元法分析焊接温度场和应力场流程图2几何平面5.1.2生成二维平面单元，具体过程如下：5.1.2.1设置种子点。
需注意的是设置种子点时应使焊缝附近区域的点分布相对密集，离焊缝远的区域分布相对稀疏。
因为无论是温度场还是应力场的分析计算对象都主要是焊缝及其附近区域。
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3 3 网格生成网格生成（MESH GENERATION）菜单用于建立和/或修改模型的几何形状或有限元模型。
网格生成菜单由以下子菜单和命令构成。
命令说明Mentat 3.1Main Menu ArrayMesh Generation图3.1 网格生成菜单命令说明Mentat 3.1Main MenuMesh Generation 节点（Nodes）在某一特定位置加一个节点。
注意：节点的坐标为当前所定义的坐标系。
缺省设置为总体直角坐标系。
如果GRID按钮被激活，则可以用鼠标在屏幕上直接点节点的位置。
从模型中删除节点。
必须指定一系列要删除的节点。
只有那些与单元没有联系的节点才可以被删除掉。
在删除节点之前一定要先将与其有关联的单元删掉。
对已存在的节点重新定位。
必须选择节点并输入新的坐标值。
显示被选择节点在总体坐标系和用户坐标系下的x、y、z坐标值。
单元(Elements)将单元加到当前的模型中去。
所加单元的类型取决于当前所定义的单元阶次。
选择相应的节点以定义单元的拓扑关系。
定义单元所需的节点数目取决于单元的阶次。
如果GRID按钮被激活，则可以用鼠标来添加单元。
如果选择的几何点上没有定义节点，则节点将会被自动建立。
注意：定义二维单元时必须注意要按逆时针方向在x-y或z-r 平面内选节点。
命令说明Mentat 3.1Main Menu ArrayMesh Generation从模型中删除单元。
必须选择要删除的单元。
重新定义单元中的节点连接情况。
旧节点将从单元中被去除，但仍然保留在模型中。
使用清除节点(SWEEP NODES)命令可以将多余的节点从模型中删除。
使用编辑(EDIT)命令时必须选择要修改的单元以及新的节点号。
显示所选单元的信息。
可以显示单元号、单元阶次、单元类型。
另外单元的节点连接情况也会被显示出来。
几何点(Points)在网格的某一特定位置加一个几何点。
注意：点的坐标为当前所定义的坐标系。
缺省设置为总体直角坐标系。
如果GRID按钮被激活，则可以用鼠标在屏幕上直接确定几何点的位置。
从模型中删除几何点。
必须指定一系列要删除的几何点。
只有那些没有被曲线、曲面或实体使用的几何点才可以被删除掉。
对已存在的几何点重新定位。
选取点并输入新的坐标值。
命令说明Mentat 3.1Main Menu ArrayMesh Generation显示被选取几何点的信息。
可以显示点号及总体坐标系和用户坐标系下的坐标值。
曲线(Curves)在当前模型中加入曲线。
加入的曲线类型取决于当前的曲线类型(见CURVE TYPE选项)。
输入的数据也取决于曲线类型。
需要输入以下数据：曲线类型所需数据line 两个端点bezier 控制点列表cubic spline 顶点列表interpolate 几何点列表，曲线通过所有的点nurb nurb点个数、曲线阶次、nurb点的坐标、均匀性的坐标系和节点的矢量方向poly line 顶点列表tangent 曲线端点，切线长度fillet 两条曲线，倒角半径arc_craa 圆心、半径、起始角度和终止角度arc_cpp 圆心和弧的两个端点arc_cpa 圆心、起始点和角度arc_ppp 起始点、终止点和中间点arc_tra 切线的端点、半径和角度circle_cr 圆心和半径circle_cp 圆心和圆上一点composite 连接在一起的曲线命令说明Mentat 3.1Main Menu ArrayMesh Generation从模型中删除曲线。
必须选择要删除的曲线。
重新定义曲线所使用的几何点。
旧几何点将从曲线中被去除，但仍保留在模型中。
使用SWEEP命令可以将多余的几何点从模型中删除。
曲线所关联的任何曲面或单元会被相应地加以修改。
使用这条命令时必须选择要修改的曲线。
显示所选的曲线编号。
曲面(Surfaces)在当前模型中加入曲面。
加入的曲面类型取决于当前曲面类型。
输入的数据也取决于曲面的类型。
需要输入以下数据：曲面所需数据quad 四个角点bezier u方向点的个数、v方向点的个数，点的列表driven 被驱动的曲线、驱动曲线nurb u方向的nurb点个数、v方向的nurb点个数、u方向的曲线阶次、v方向的曲线阶次、nurb点的列表、均匀性的坐标系、点的矢量方向ruled 两条曲线sphere 球心和半径cylinder 轴线的两个端点和半径swept 扫描（swept）曲线和轨迹（sweeping）曲线，扫描步数命令说明Mentat 3.1Main MenuMesh Generation interpolate u方向点数，v方向点数，点列表coons 形成闭合环路的四条曲线skin 曲面蒙皮的曲线列表从模型中删除曲面。
必须选择要删除的曲面。
重新定义曲面所使用的几何点。
旧的几何点将被从曲面中去除，但仍保留在模型中。
使用SWEEP POINTS命令可以将多余的几何点从模型中删除。
曲面所关联的任何单元会被相应地加以修改。
使用这条命令时，必须选择要修改的曲面、曲面上的一点和替换这一点的新的几何点。
显示所选曲面编号。
实体(Solids)在当前模型中加入实体。
加入实体的类型取决于当前的实体类型（见SOLID TYPE）。
要输入的数据也取决于实体的类型。
从模型中删除实体。
必须选择要删除的实体。
显示所选实体的信息。
命令说明Mentat 3.1Main MenuMesh Generation在两个已存在的点的中点增加新节点。
在两个已存在的点的中点增加新几何点。
单元级别(ELEMENT CLASS) 选项包含设置由添加单元(ADDELEMENT)命令建立的单元的阶次的命令。
用以下单元级别命令设置实际单元的阶次：line2 line3tria3 tria6quad4 quad6 quad8 quad9tetra4 tetra10penta6 penta15hex8 hex12 hex20 hex27这条命令用来设置单元在建立时的阶次，而与单元相关的实际单元类型将在JOB菜单中定义。
命令说明Mentat 3.1Main MenuMesh Generation单元阶次CURVE TYPE LINE曲线类型(CURVE TYPE)选项可定义用添加曲线(ADD CURVE)命令生成的曲线的类型。
存在的曲线类型有：linebeziercubic_splinenurbinterpolatepolylinecompositetangentfillet命令说明Mentat 3.1Main MenuMesh Generation arc_craa (center-radius-angle-angle) arc_cpp (center-point-point)arc_cpa (center-point-angle)arc_ppp (point-point-point)arc_tra (tangent-radius-angle) circle_cr (center-radius)circle_cp (center-point)曲线类型命令说明Mentat 3.1Main MenuMesh Generation曲面类型(SURFACE TYPE)选项可定义要生成的几何曲面的类型。
存在的曲面有：quadbezierdrivennurbruledspherecylindersweptinterpolatecoonsskin曲面类型和控制点命令说明Mentat 3.1Main MenuSOLID TYPE BLOCKMesh GenerationSOLID TYPE选项可定义所要生成的实体的类型。
存在的实体的类型有：blockcylinderspheretorus立方体命令说明Mentat 3.1Main MenuMesh Generation柱体球体命令说明Mentat 3.1Main MenuMesh Generation圆环体命令说明Mentat 3.1Main MenuMesh GenerationCoordinate System 坐标系（Coordinate System）坐标系子菜单下的命令用来改变模型的坐标系。
进入坐标系子菜单之前，完成以下步骤：1. 选择坐标系类型(使用滚动按钮轮换选择RECTANGULAR，CYLINDER或SPHERICAL)；2. 确定将GRID按钮打开或关闭（使用GRID轮换按钮）；然后3. 按SET命令进入下面的菜单。
命令说明Mentat 3.1Mesh GenerationCoordinate System图3.2 坐标系子菜单命令说明Mentat 3.1Main MenuMesh GenerationCoordinate System注意：为了能够使用鼠标为坐标定位，必须使用格栅(GRID)选项。
格栅只在局部坐标系平面内工作。
这些命令允许用户按以下步骤定义用户坐标系，例如直角、柱面或球坐标系：格栅(Grid)确定将栅格打开或关闭（使用ON轮换按钮）。
设置相邻的格栅点在U（V和W）方向的间距。
（角度变量用度表示。
）注意：如果要添加几何点或节点，这些点会被加到最近的格栅点上。
减小格栅点之间的距离可以更加精确地控制坐标的位置。
U、V或W按钮设置u（v和w）方向的固定值。
坐标系类型(Type)将当前坐标系的类型设置为直角坐标系。
在直角坐标系中，坐标值通过指定x，y和z值来定义。
命令说明Mentat 3.1命令说明 Mentat 3.1Main MenuMesh Generation Coordinate System将当前坐标系的类型设置为柱坐标系。
在柱坐标系中，坐标值通过指定半径、角度和z 方向的值来定义。
将当前坐标系的类型设置为球面坐标系。
在球面坐标系中，坐标值通过指定半径、与水平轴的夹角和与垂直轴的夹角的值来定义。
z命令说明 Mentat 3.1Main MenuMesh Generation Coordinate Systemφθx yrz直角坐标系、柱坐标系和球坐标系格栅类型实例（Some Examples of Rectangular,Cylindrical, and Spherical Grid Types ）下页显示的图形是Mentat 中可能用到的格栅类型。
Mentat 支持三种一般的格栅类型：直角（笛卡儿）坐标，柱坐标和球坐标。
对于每种类型，可以让一个坐标固定在用户指定的值，另外两个轴坐标可变。
自由变化的范围和格栅间距都由用户指定。
任何一种格栅类型都可以选择用点或线来显示。
在点取几何体坐标，节点和单元构造时，格栅非常有用。
直角坐标格栅类型–点或线Main MenuMesh GenerationCoordinate System柱坐标格栅类型–线U（R）固定W（Z）固定球坐标格栅类型–线U（R）固定W（ ）固定命令说明Mentat 3.1Main MenuMesh GenerationCoordinate System 固定(Fix)指定要固定的变量。