hypermesh课件讲义

HyperMesh有限元分析软件培训讲义

课时：1小时一、授课目的：本培训课件是为那些没有使用过HyperMesh而希望利用它来掌握有限元分析技

术的工程人员设计的，属于HyperMesh有限元分析软件基础培训。

二、课程目标：

1.了解CAE及有限元分析前处理基本常识；

2．熟悉并掌握HyperMesh软件基本模块及各种面板命令。

三、授课方式：课堂授课。

四、课件目录及内容

1.目录

本课件共分为八章从不同角度详细讲解，具体目录如下：

第一章 CAE基础简介

第二章 HyperMesh简介

第三章 HyperMesh主要名词解释

第四章 HyperMesh主要面板介绍

第五章 HyperMesh主要应用流程

网格划分主要方法

单元质量检查主要方法

第六章 HyperMesh应用流程实例

第七章 HyperMesh结果后处理

第八章 HyperMesh其它主要功能简介

2.内容

第一章首先对CAE进行一下简单介绍：CAE (Computer Aided Engineering)是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。CAE从20世纪60年代初在工程上开始应用到今天，已经历了40多年的发展历史，其理论和算法都经历了从蓬勃发展到日趋成熟的过程，现已成为工程和产品结构分析中(如航空、航天、机械、土木结构等领域)必不可少的数值计算工具，同时也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。

现有的数值分析方法主要有无限元法、边界元法、有限元法、有限体积法、有限插分法、格子-玻尔兹曼法等，由于每种方法基于的理论公式各不相同，所以每种方法主要应用的领域也各不相同。

有限元法(FEM)是目前工程分析中应用最广泛的数值计算方法，由于它的通用性和有效性，一直受到工程技术界的高度重视。有限元法的核心思想是结构的离散化，即将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结

果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。其基本过程是将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形状简单的子区域，即将一个连续体简化为由有限个单元组合的等效组合体；通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量(应力、位移、压力和温度等)问题简化为求解有限的单元节点上的场变量值。此时得到的基本方程是一个代数方程组，而不是原来描述真实连续体场变量的微分方程组。求解后得到近似的数值解，其近似程度取决于所采用的单元类型、数量以及对单元的插值函数。

第二引入在有限元分析过程中经常遇到的两个基本概念：应力和应变。

当对一个产品或结构施加载荷的话，结构在变形的同时其内部会产生应力和应变。应力是结构对载荷抵抗所产生的力。用单位面积的力来表示，此应力是判断产品与结构破坏（损坏）与否的重要指标。施加的载荷一起作用，产品或结构内部就产生了抵抗力，也即产生了应力。一般结构的形状非常复杂，根据施加载荷的种类，应力也不一样。有大应力、小应力，或压应力、拉应力等等各种应力。前一个例子说明，为了避免破损物体而利用了作为破坏指标的应力，这个例子反过来很好地利用了应力来破坏物体。总之，象这样求应力集中的程度或求应力的值，这就是应力分析。装调味品的塑料袋和水果袋都留有切口，从缺口处就很容易撕开袋子。有切口的袋子比没有切口的袋子要远远地容易撕开，这是在日常生活中常有的经验。这是因为，在切口的部分应力集中，即使用同样的力，因为在切口部分应力大了，所以就容易撕开。

应力的大小对判断产品和结构是否损坏很重要，而即使产品没有破坏，但因为过大的变形，而破坏了产品的功能和性能。例如因为产品的重量而引起地面变形，使地面起不到支撑功能；对于结构有时候它的变形量要防止超过结构跨距的千分之一长；电动机的轴过大的变形就要与外壳接触了；机械零件在设计时要避开因变形而和其他零件接触和干涉。在这些问题中利用变形的结果而不是用应力进行设计更为重要。

通过以上案例得出以下结论：应力分析不仅仅能求出“应力”，同时也能求出“变形”。变形也是重要的设计问题之一。

第三简单介绍一下有限元法(FEM)在工程实际中的工作流程图：

结构设计建立数模，在CAD软件中如Auto CAD、UG、CATIA等

CAE前处理建立模型(model)，在CAE软件中如HyperMesh等

CAE工况求解在专业求解器软件中如NASTRAN、OptiStruct等

转换可供第三方阅读的结果文件在前处理软件中如HyperMesh等

CAE结果后处理在CAE软件中如HyperMesh、HyperView等

最后引入为什么要学习HyperMesh有限元分析软件，原因如下：

到目前为止，分析结果的精度很大程度上还是要靠前处理有限元模型的准确度来控制，而且在一个完整的有限元分析过程中，通常前处理都要占据百分之七八十的时间。所以对CAE技术运用者来说前处理能力的提高也就显得尤为重要了。而前处理能力的提高还需要有合适的前处理软件作保

证，在众多前处理软件中美国Altair公司的HyperMesh是其中的佼佼者。像在板壳单元、实体单元、焊接单元等的创建，以及与其它软件的接口等方面，都能表现出良好的性能，其中尤其是在实体单元的划分方面有其独特的优势。

第二章首先对HyperMesh软件公司进行一下简单介绍：HyperMesh软件版权属于美国Altair公司，驻中国公司为澳汰尔工程软件(上海)有限公司。软件全名Hyper Works，主要模块有： Hyper Form、Hyper Graph、 Hyper Mesh、Motion View、

OptiStruct、 Hyper Study、Hyper View™和Hyper View Player。

其中 HyperMesh 主要用于前处理， HyperView主要用于后处理， OptiStruct主要用于结构优化求解器。

第二对HyperMesh软件窗口界面进行一下简单介绍，分HyperMesh7.0和HyperMesh8.0区别介绍，不同之处用红色字体显示。如HyperMesh8.0增加了工具栏(Toolbar)、模型管理区(Model Manager)，把HyperMesh7.0中的永久菜单区(Permanent Menu)改在了HyperMesh8.0中的标题条(Header Bar)中。

以下是对HyperMesh窗口界面的详细讲解，

HyperMesh的窗口界面包含五个主要区域：

图形区(graphics area)、宏菜单(Macro Menu)、标题栏(header bar)、

主菜单(mainmenu)和永久菜单(Permanent Menu)。

此外还可以使用键盘上的功能键进入主菜单下的二级菜单。

区域功能简介：

图形区(Graphics Area)

图形区显示几何、有限元模型、XY曲线图和结果图。

标题栏(Header Bar)

标题栏主要显示当前操作面板的名称和模型的状态信息。此外，如果系统有提示信息这

些信息会暂时覆盖掉面板的名称和状态信息。

宏菜单(Macro Menu)

用户可以在宏菜单区中个性化地设置HyperMesh界面，这种界面可以包含功能键、单选框和文本等控件，用户可以用TCL/TK语言开发出HyperMesh支持的宏，并可以将自定义的宏与上述这些控件相关联。这个宏菜单的默认位置在屏幕的右边，在永久菜单的上方。

永久菜单(Permanent Menu)

用户可以使用永久菜单(Permanent Menu)控制查看模型的视角，控制在图形区中需要显示哪些collectors，设置全局的模型参数并编辑与特定求解器有关的数据。

主菜单(Main Menu)

主菜单内包括非常多的子菜单，HyperMesh根据其功能不同，将之分成七页,