HyperMesh 之网格划分

CAE软件在导入CAD几何模型的时候经常会遇到这样几种情况。

一、CAE软件导入几何数模时发生错误，无法导入。这种问题可能是由于版本的限制问题，例如HyperMesh5.0不能直接导入UG18的prt文件，但5.1就可以了。5.*不能直接导入pro/e 的数据，但6.0就可以了。这种问题比较好解决，用CAD软件把这些几何用iges格式输出处理一下就可以了。

但这种问题也可能是几何数模中存在严重错误所致，这就需要修改模型了。

二、导入几何模型后发现有些曲面无法导入，这样模型就会缺少一些比较重要的面，或者曲面存在缝隙、重叠、错位等缺陷，对较复杂的模型这种问题是经常性的。边界错位经常引起网格扭曲，导致单元质量不高，求解精度差。

三、导入的模型很完整，没有错误。但是由于CAE分析和CAD设计的思想不同，会产生一些两难的问题。CAD设计主要是为生产服务的，模型中通常会包含某些细微特征，例如曲面和边的倒圆，小孔。进行分析时如果要准确模拟这些特征，需要用到很多小单元，导致求解时间过长。

上面第一种情况不是我想讨论的内容，第二种和第三种情况则比较复杂，因为在这两种情况下，一些在前处理方面号称自动化程度高的软件，如Ansys、Marc、Patran等都会很郁闷。就算网格能划分出来，质量怎么保证呢？毕竟我们对计算结果的精度和计算过程的费用是有要求的。那么怎么办？

一种办法是在做网格的时候忽略这些问题，比如说遇到缺少曲面，用户可以自己设法在CAE 中做一个，毕竟简单的CAD工具还是有的。但也只能对简单的曲面。

另外一种办法就是几何清理，不幸的是，据我所知，目前只有两种软件可以做到，HyperMesh 和I-deas，另外我注意到I-deas的帮助里提到她的几何清理功能使用了HyperMesh的专利。

关于HyperMesh的几何清理，基础内容请参考Hypermesh基础培训Day 1部分的第三章，培训材料的中文版我即将发布。很多东西还是要有经验才能理解的，大家慢慢摸索吧，有问题也可以到这里来问。

最后说一点题外话，我感觉很多朋友对几何清理并不太在乎，这是可以理解的，作为学生，做分析项目主要是对一些很简单的模型，一般软件的功能就足够了。但是真正做工程项目是不一样的，要保证计算的精度，还要考虑计算的耗费，几何清理是CAE前处理的重要部分，有了它，很多事情可以事半功倍。

在这一点上，国外和国内有很大的区别，国外对工程实际和理论的结合非常重视，国内则有一些脱节。还有这样一个现象，在国内用户群最大的软件，在国外市场份额很小，反之在国外用户最多的软件在国内没什么市场。原因当然很多，每个公司的市场做的业绩，企业领导的决定权、技术人员的观念...

网格划分可以说是CAE工作中最简单的工作，繁琐而且技术性不高，但是它却是CAE分析的基础。一个有丰富经验的划分网格高手在美

国的最低年薪是10万美元，国内就不要想了，8万人民币最多。但这个收入还是一般技术人员望尘莫及的，为什么？

你能在两个月内独立完成一个六缸发动机的六面体网格划分吗？如果你可以，你就是大牛了，不管是真的牛还是吹的牛。我连吹都不敢

吹，我用了近一个月才作了一个发动机箱盖的六面体网格，还简化了很多东西。sign...实在是没面子。

言归正传，划分网格要明确的几个问题：

一、用什么类型的单元来划分网格？

这取决于你要做什么分析和模型的结构特点，对同样的分析，采用的求解器不同也会影响这个选择。想成为专家的人可以多看看各种软

件的单元类型介绍，初学者则不要漫无目的的到处留“情”，用到什么搞明白就可以了，Abaqus 帮助手册是很好的东东。当然如果你是超级

牛人，还可以试试开发一种全新的单元。If not, forget it.

记住要选择的：

1.单元的维数；一维的线单元、二维的面单元、三维的体单元，如果是一维单元，还要根据功能不同选择bar、rigid等单元类型。

2.单元的形状；三角形还是四边形、四面体、五面体还是六面体

3.单元的阶数；4节点的四边形还是8（9）节点的四边形，8节点的六面体还是20节点的

4.其它的一些特征，比如Abaqus里有减缩积分单元、非协调元等等，每一种都有相应的适用范围。

二、网格的大小

这取决于模型的规模、计算机的能力（CPU、内存、硬盘、是否并行算法），还有对计算精度的要求。同时，经验丰富的技术人员还知道

网格的大小调整经常可以有效地提高计算精度同时降低计算耗费。

三、划分的方法

这个问题在这个论坛上大家已经讨论过很多实例了，不同的例子有很多种划分方式，比如说那个球体。有的朋友指出对复杂的模型，思

路是最重要的，工具是次要的，也有朋友认为工具相对来说更重要。仁者见仁，智者见智，大家互相学习吧。

对曲面网格HyperMesh有很多独有的划分方法，而且在划分网格时就能人工干预划分的质量，最后还有非常优秀的检查工具，应该是非常

值得推荐的（也是国际公认的）。对于实体，四面体就不多说了，有些朋友认为ansys的完全自动分网技术非常优秀，也有些朋友认为还是先

生成封闭的三角形面网格然后再自动化分体网格的方式更加能保证质量（因为中间多一个检查面网格质量的步骤）。

我想多强调一下六面体网格，因为越来越多的客户认识到六面体网格的精确性，一般的行规也是，能用六面体就不用四面体。问题出现

了，又有朋友认为软件划分六面体网格的自动化程度越高越好，但我不这么认为。毕竟机器不能代替人去思考，另外对复杂模型来说，完全

自动划分几乎是不可能的，算法不能实现且不说，即使划分出来质量也没办法提。

四、划分网格的一些原则：

1.计算精度和计算耗费的平衡原则。并不是节点越多越好，高密度的网格能带来计算精度的提高，但是采用适当的单元类型才是最重要

的，比如一块钢板，做不同的分析时可能会选择不同类型的单元，是壳单元还是体单元？如果用体单元，用线性的还是用二次单元，是全积

分还是减缩积分（Abaqus），在厚度方向上分布几层单元才合适？毕竟节点数量的增加带来的是计算量以平方增长。例如我计算过的一个钢

板弹簧，涉及接触问题，采用了六千多个六面体的减缩积分单元，如果用8节点单元，计算时间是45分钟，用20节点单元，计算时间是26个小

时，精度变化只有0.1%。

2.自动划分和人工干预的结合原则。并不是自动化程度越高越好。这个说法可能会引起歧义，我先解释一下。什么是自动化程度高？是

在复杂模型上自动生成乱七八糟的单元好呢，还是通过手工干预，合理地利用模型几何特征来实现自动划分好呢？显然是后者，因为计算机

不会知道哪个圆孔是需要特别关注因而需要细化网格的，它也不会知道哪个特征是可以忽略掉的。而通过人工指定就不一样了。

3.绝对不要认为一个模型划分完网格能计算通过就万事大吉了，问题肯定是存在的。CAE 的目的是什么？是分析，结果是否合理，如何跟

客户解释？那么计算结果的合理性取决于什么呢，除了边界条件以外，网格的质量和合理性起着决定性的作用。

划分网格最重要的原则就是——态度。态度决定一切（米卢语），划分网格需要的耐心和细心都来源于认真的态度，我想无论是做人还

是做事都一定要认真。

Hypermesh最为一个优秀的网格划分工具，个人认为最突出的部分在于几何清理，这让网格划分变得简单易行。有句老话说的好啊，不怕不识货，就怕货比货，用过其他前处理软件的同仁对此应该深有体会。这里简单对该软件做一个系统的简单的介绍：

1、软件主要模块

该软件主要由geometry、2D、3D、analysis、tool组成。后处理模块在此不做详细说明，由于大家用的求解器也五花八门，analysis面板的功能也不做详细说明。

2、通常的操作步骤（本文操作说明以8.0以上为准，与时俱进）

导入cad模型——>几何清理（包括对模型的分块）——>面网格——>检查质量——>修改网格——>生成体网格——>检查网格质量——>删掉无用的面网格——>导出数据文件

3、容易出问题的地方

个人认为网格划分过程中的问题都是可以避免的，因为这原本就没什么技术含量，有技术含量的只是软件，我们只需按照正规的步骤去操作，可以说每个人都能画出来。高手与新手的差距在于熟练度、对网格的理解、对网格质量的把握。

由于hypermesh软件自带的help说明很不错、非常不错、相当不错，所以我会在文章中引用一些来辅