HyperMesh入門教程.ppt

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Altair HyperWorks 10.0 HyperMesh基礎培訓,2010年10月30,第一講,Altair HyperWorks總體介紹,,裝配,,批處理網格,,數據管理,,碰撞,,繪圖,,網格,,多學科優(yōu)化,,后處理播放器,,后處理,,多體求解器,,多體前處理,,優(yōu)化,,求解器,,數值計算,HYPERMESH 簡介,航空航天：目前的飛機制造，探測器，火箭發(fā)射平臺的設計，已經離不開元分析，成為科研發(fā)展的必要手段。 汽車行業(yè)：有限元已經深透到各個設計環(huán)節(jié)，從結構到內外飾，到噪音，到安全，等等。汽車和航天是目前應用有限元最廣泛的兩個行業(yè)。 其他還有建筑抗震，高層抗風，大型水壩，各種家電，手機，小到一個掛鉤，生活中的周圍無不接觸著有限元。,自從有了有限元分析以來，就有了很多劃分網格的軟件，例如Anasys，Ansa，HyperMesh，TrueGrid等等。每種軟件都有其響應的長處和短處。相比較而言，HyperMesh因其靈活的可操作性，廣泛的數據接口，越來越多的得到了業(yè)內人士的認可，目前已經成為歐美，日韓乃至中國的主流前處理軟件。,第一節(jié) HyperMesh操作入門介紹,一、 HyperMesh的用戶界面,求解器模板選擇,,默認網格模板,,自帶求解器,1. HyperMesh的用戶界面,圖形區(qū),狀態(tài)條,主菜單區(qū),宏菜單及模型 導航區(qū),,,,,,,,,,工具條,,①,③,⑤,②,⑥,⑦,④,,,菜單區(qū),,,,,標題區(qū),,2.下拉菜單區(qū),1.標題區(qū),新建、導入模型無標題顯示 打開或者保存或另存顯示特定的標題,,,,文件操作,編輯,工具條定制,,實體對象集,,幾何,,網格,,焊點,,材料,,屬性,,邊界條件,,分析,,工具,,網格morphing,,結果后處理,,曲線,,個性化定制,,應用,,幫助,,,調用主菜單區(qū),,下拉菜單區(qū),文件操作,文件導入導出,練習,下拉菜單區(qū),編輯,,,,查找工具,命令,腳本,,了解,下拉菜單區(qū),工具條定制,,,,面板位置,命令區(qū)位置,窗口區(qū)域切換,,工具條顯示控制,,模型導航,求解導航(了解),,,主副模型導航(了解),,焊點信息導航,,實體狀態(tài)導航,,實體屬性顯隱導航,,宏菜單,下拉菜單區(qū),工具條定制,練習,,標準,,實體對象集,,可視性,,顯示工具,,視圖,,放大縮小移動旋轉,,圖像,,檢查,,顯示控制: 視圖: 工具欄,,,Pan Center (C),,,Rotate Left Rotate Right,Rotate Up Rotate Down,Rotate Clockwise Rotate Counter Clockwise,,Dynamic Rotate (A) Dynamic Spin (R),通過在屏幕上抓取一個點并拖拽鼠標實現旋轉 相對于光標位置和屏幕中心進行旋轉,平移模型 在屏幕上點取一個位置作為模型新的旋轉中心,,沿不同的軸進行旋轉,HyperMesh的輸入設備操作,鼠標的操作,鼠標與HyperMesh完全集成，幾乎應用與用戶輸入的每一個方面。一些操作除了使用鼠標外還要求按鍵盤的某一個鍵。,下拉菜單區(qū),實體對象集,Geom：幾何命令宏菜單,,,幾何工具,網格工具,,Tools： Isolate surf：從一個三維模型中提出一個內部或外部表面層。這個宏只作用于與選定的曲面附在一起的曲面。其他層和厚度隨后被放在一個臨時目錄中隱藏。 ThinSolid＝Midsurf：用一條邊找出與之相連的面，所組成的閉合三維幾何，抽取其中面。 Washer：將圓周長放大一定倍數（默認值為1.5），隨后用這條新的圓周線來切分曲面。這個功能可以幫助在圓孔周圍實現更好的網格質量。 Adj circ pts：在一條內部線上放置3個額外的固定點，然后將這些固定點映射到一條同心的線上。這個功能可以幫助用戶生成高質量的網格。,QA：網格質量檢查命令宏菜單,8個按鈕可以用來分離出任何不能通過某項單元質量檢查的單元。這些宏只顯示那些不合格的單元。,,質量報告,Split Warped：處理整個模型，將所有warpage大于某個設定值的四邊形單元沿其對角線拆分成兩個三角形單元 Find Attached：找出所有與當前顯示出來的單元（不合格單元）相連的單元。 Remesh：重新劃分選定的單元和與這些單元相連的1-3層單元。重新劃分不改變當前的單元大小，不破壞原有的連接，但使用混合的單元類型。 Smooth：對選定的單元和與這些單元相連的1-3層單元應用smooth算法提高其質量和外觀。 Find Between：尋找被兩個組件同時共享的單元。,,模型檢查的Short Cuts,Help按鈕,進入每個面板或子面板后，按此按鈕，可以彈出一個頁面，里面有該面板或子面板的詳細使用說明和功能介紹，在不了解面板時使用是很方便的。 注： Help使用英文說明，至今沒有中文翻譯版本。,鍵盤的操作,盡管大多數HyperMesh操作使用鼠標，但是用戶必須使用鍵盤輸入文件名，組件名或標題信息，及數字。此外還有一些鍵盤熱鍵，可以直接操作永久菜單中的視圖操作功能，熱鍵與菜單中的字符相同。用戶也可使用上下左右的箭頭鍵旋轉模型。,HyperMesh的默認快捷鍵列表,第二節(jié)HyperMesh 實體類型及模型組織:,,幾何 點 曲線 曲面 體 連接（用于建立連接） 有限元模型 節(jié)點 臨時節(jié)點（用一個小圓圈表示） 單元,點,曲線,曲面,實體,HyperMesh 實體類型,,有限元載荷 載荷（約束，力，壓力等） 約束方程（節(jié)點間的數學關系） 接觸 組（定義實體間的接觸） 接觸面（定義接觸中作為主面或從節(jié)點的一系列實體）,約束,力,壓力,接觸面,HyperMesh 實體類型,,多體 橢球體 (定義一個剛體形狀) 多體平面 (定義一個剛體形狀) 多體連接(定義兩個剛體之間的連接) 安全性分析 傳感器(定義一個事件啟動開關) 控制體積 (定義氣囊),HyperMesh 實體類型,,坐標實體 坐標系（坐標軸） 向量 參考實體 集（特定類型實體的簡單列表） 塊（包含在方盒空間內的實體列表） 一維單元橫截面 梁截面（用于定義單元屬性中的截面屬性）,坐標系,梁截面,向量,HyperMesh 實體類型,,繪圖 curve曲線(X-Y 數據) plot繪圖窗口（帶坐標軸的曲線顯示） 輸出請求 Loadsteps載荷工況（載荷集的組合 Output blocks輸出塊 （特定實體的分析輸出請求） 標簽 Titles一曲線標題 (給曲線加個標題) Tags實體標貼 (給實體指定個名字),有一條曲線的繪圖,HyperMesh 實體類型,,Morphing(網格變形) Handles –控制柄：用于在變形過程中控制模型形狀 Domains – 域：用于把模型分成若干區(qū)域 (針對基于domain的morphing) Morph volume – 變形體積塊：通過體積塊的變形控制體積塊內網格的變形（針對基于體積塊的變形） Morph constraints –變形約束：控制變形過程中的節(jié)點運動 Symmetries – 對稱：強制模型在變形過程中的變形對稱 Shapes –形狀變量： 變形保存后的模型狀態(tài)，可在后續(xù)過程中提取使用,Symmetries,Handles,Domains,,,,,Morph Volume,HyperMesh 實體類型,,優(yōu)化 Designvars – 優(yōu)化變量：優(yōu)化過程中可變的量 (例如：厚度) Optiresponses – 優(yōu)化響應：優(yōu)化過程被測量的值 (例如：馮米賽斯應力) Objectives – 目標：取最大（最?。┲档捻憫?。例如：重量 Dobjrefs – 目標參照：用于定義minmax/maxmin優(yōu)化的目標參考響應 (如: 最小化最大馮米賽斯應力) Opticonstraints – 優(yōu)化限制 (例如：馮米賽斯應力 屈服應力) Optidscreens – 約束過濾以減小計算時間 Dvprels – 設計變量與屬性關聯 Desvarlinks – 設計變量關聯 Dequations – 通過計算得到的測量值 Optitableentrs – 常數列表 Opticontrols – 優(yōu)化算法控制參數 DDVals –用于設計變量定義的離散值,模型組織: Collectors,,Hypermesh中模型是通過“collectors”組織的 Collectors分為很多類 大部分hypermesh實體必須被放置在某個collector中 每種類型collector放置指定類型的一種或幾種實體,模型組織: Collectors,,一個實體只能屬于一個給定類型的collector 例如：一個單元只能放在一個component中 可以創(chuàng)建多個同一類型的collector 同一個collector中的實體具有相同顏色 可以按照用戶的需要進行組織,每個部件一個component,一個部件放在多個component中,Component 1,Component 2,Component 3,Component 1,Component 2,Component 3,Component 4,,,,,,,,模型組織: Collectors,,Model browser模型瀏覽器 通過樹狀的層級結構查看collectors 和assemblies 創(chuàng)建、刪除、重命名 collectors 編輯 collector 屬性 將collectors 組織成assemblies 通過鼠標左鍵拖放,在 Collector上右擊有高級選項,,,,,模型組織: Collectors,,新創(chuàng)建的實體被放置在當前collector“current collector” 新創(chuàng)建的collector被自動設置為當前collector Model browser可在模型樹中用右鍵切換當前collector. Include Browser 用來切換當前 include. Organize面板用于將實體移入另一個collector,Bold “Current Collector”,,Bold “Current Include”,,,,,,,,,模型組織: Tools,,Panels面板 Collectors – 創(chuàng)建新 collectors Model Browser – 為各種實體類型設置當前collector Organize –將實體放到不同的collector中 Rename – 重命名已有 collector Reorder Collectors 會在選擇列表中以一定的順序顯示 Reorder用來改變 collectors 出現的順序 Delete – 刪除 collectors,Do-it-yourself,Exercise: Reorganizing a Bumper Model,導入和修補 CAD模型 生成中面 簡化幾何 拓撲細化以生成高質量的網格,第三節(jié) 幾何清理,Topology Repair: Importing Geometry,,導入幾何: Files Import Geometry 下拉菜單 Toolbar Geometry工具欄,支持的常用文件格式: Unigraphics (NX2, NX3, NX4, NX5) UG 部件瀏覽器 導入 *.prt 文件 要求安裝UG CATIA (V4 & V5) 導入 *.model 文件 導入V5 文件要求有 CATIA V5 license Pro/ENGINEER (Wildfire 2.0 & 3.0) 導入 *.prt 和 *.asm 文件 IGES 導入 *.igs / *.iges 文件 STEP 導入 *.stp 文件,拓撲修補: 曲面定義,Fixed point (“曲面頂點”) 點與曲面相關聯 不能移出曲面 可以放在曲面的邊上或內部 用來分離曲面的邊 網格劃分時會在該處放置一個節(jié)點 Surface edge曲面的邊 線與曲面相關聯 用于定義曲面的邊界 不能移出曲面 在每端各有一個固定點,,Automeshing: 什么是拓撲關系,,拓撲是部件上鄰近曲面間的連接關系 曲面連接關系是由曲面的邊控制的 如果曲面的邊與1個以上的曲面相連，我們認為這些全面是相連的 曲面邊界的分類、命名、顯示顏色是由它關聯的曲面數量決定的,自由邊（紅色） 只與一個曲面相關聯 曲面之間有自由邊說明曲面未連接,共享邊（綠色） 與兩個曲面相關聯 曲面是相連的,抑制邊（藍色） 相當于曲面被合并了,T型連接（黃色） 三個或三個以上曲面相關聯 例如: T型連接的曲面 曲面是相連的,,,,,Topology Repair: Viewing Topology,拓撲顯示模式是以下一些面板的默認顯示模式 surface edit, quick edit, point edit, edge edit, autocleanup, 和 automesh 也可以從下面的選項中選擇幾何顯示類型,,,拓撲修補: 察看拓撲關系,Toolbar 該按鈕控制: 自由邊、共享邊、T型連接和抑制邊的可見性 固定點顯示控制 曲面的透明程度,拓撲修補: 概念,HyperMesh會在導入過程中進行適當的幾何修補 一些類型的幾何包含面連接關系的信息，這些信息有助于hypermesh進行幾何清理。如Catia, UG, ProE等軟件生成的幾何文件 通常導入的幾何是一個已經經過適當清理的幾何 拓撲修補就是修正面與面之間的連接關系錯誤 可能的錯誤包括: 相鄰面未連接 重復曲面 缺失曲面,,拓撲修補的目標: 還原幾何數據到部件的實際狀態(tài),拓撲修補: 流程,一般流程如下: 判斷部件的理想曲面連接應該是怎樣的 觀察當前拓撲顯示的顏色 (自由邊、共享邊、T型連接) 找出造成當前拓撲顯示顏色的原因 使用hypermesh提供的工具快速有效地將連接關系還原到其應有的狀態(tài),,,,缺失曲面 創(chuàng)建,例:,,自由邊（對） 合并,,,重復曲面 刪除,拓撲修補: 工具,Edge Edit 面板 Equivalence (一次選擇多條邊) 尋找自由邊（對）并合并成共享邊 Toggle (一次選擇一條邊) 選擇一條邊與用戶指定容差范圍內的另一條自由邊合并 Replace (一次選擇一對邊) 合并兩條邊 可以控制那條邊固定那條邊移動 Point Edit Panel Replace (一次選擇一條邊) Release – replace的反操作 Defeature Panel Duplicates – 在用戶指定的容差范圍內檢測并刪除重復面 Surfaces Panel Spline / filler – 選擇線或曲面的邊來重新生成缺失曲面,拓撲修補: 工具,Quick Edit 面板（F11） 有許多從其他面板集成來的面板 目的是減少用戶輸入及加快編輯速度 Unsplit – 移除/刪除在hypermesh中切割曲面產生的邊 Toggle – 同 edge edit面板; 在容差范圍內改變邊的類型 Filler surf – 選擇一條曲面的自由邊來重建丟失曲面 Delete surf – 同 delete面板 (只針對surfaces) Replace point – 同 point edit 面板; 移動/保留 point Release point – 同 point edit 面板; 必須與曲線關聯,拓撲修補: 策略,通過模型尺寸和縮放系數 確定一個恰當的全局單元尺寸 根據全局單元尺寸確定一個幾何清理容差 在 options/geom cleanup、 automesh 和cleanup面板指定容差 幾何清理容差設定了幾何清理工具能夠合并的最大間隙 容差 15-20% 全局單元尺寸可能導致網格扭曲 在模型各個區(qū)域操作過程中可多次改變容差值 使用拓撲顯示工具決定哪些部位需要幾何清理 使用equivalence 工具盡可能一次合并盡量多的自由邊 確保曲面不會發(fā)生不希望的退化 使用toggle 工具挨個處理剩余的自由邊 如果需要更多控制，使用replace工具 使用find duplicates工具檢查重復曲面并刪除 使用 filler surface 工具創(chuàng)建缺失曲面,Demo + Do-it-yourself,Exercise: Importing and Repairing CAD Geometry,抽中面: 介紹,,對于很多有限元分析, 部件用殼單元表示 厚度用數值來表示, 而不是幾何形狀 網格通常放在部件的中面上 CAD 幾何通常都是一些體, 或者是圍成體的一系列面. Midsurfacing 在中間平面位置生成一個面 網格直接劃分在該面上,,抽中面: 工具,,中面可以使用geom/ midsurface 面板得到 Auto Midsurface – 從一組封閉曲面或實體自動抽取中面 有時在缺失曲面的情況下也能工作 缺失的曲面數量越多，結果越不可靠 Surface Pair – 根據選擇的兩個曲面得到一個中面,,抽中面: 工具,,中面抽取后可以用midsurface面板中的工具進行修改 Quick Edit – 通過修改曲面定點位置修補中面 Assign Target –quick edit的擴展, 操作方法類似 Replace Edge – 通過合并曲面的邊來填充間隙和細長條（slivers ） 同 edge edit 面板 Extend Surface – 延伸兩曲面（如：筋板）直到相交 View Thickness – 使用從兩個曲面定點延伸出來的白線查看中面的厚度（鼠標查詢處）,,抽中面: 流程和策略,,得到一個封閉的面組或一個體 Midsurface : auto midsurface 要求一個封閉的體 如果需要，使用拓撲修理工具 對于復雜的部件,可以嘗試 defeature 一些定義體的曲面 對于簡單的零件 create / solid可能會得到一個更好的結果 用midsurface面板生成中面 : auto midsurface 需要更多控制時使用surface pair 子面板 使用midsurface : editing tools 調整中面 察看中面并用中面編輯功能修正錯誤 一般使用 quick edit,Do-it-yourself,Exercise: Generating a Midsurface,Defeaturing: What is it?,,根據分析要求, 某些幾何上的細節(jié)可以忽略. 這依賴于: 部件中裝配中的重要性 特征相對于分析關鍵區(qū)域的位置 特征的尺寸 vs. 網格的平均尺寸 Defeaturing ：移除部件中的細節(jié)使部件形狀更簡單,Surface fillet,Pinholes,Edge fillets,,,,,,,Defeaturing: 工具,,Geom/Defeature 面板,Do-it-yourself,Exercise: Removing details from a Midsurface Model,拓撲細化: What is it?,,“Topology refinement” 是指通過修改拓撲得到質量更高的網格 與defeaturing不同, 它通常不改變零件外形 CAD幾何常常會有影響網格質量的拓撲細節(jié) 曲面曲率變化的地方就會存在Edges 平坦廣順的區(qū)域也會被切成幾個面 Automesher會在存在edge的地方強制沿著edge放置節(jié)點，在存在固定點的地方必須放置結點 這將產生長度很小或角度很小或長寬比很大的單元，具體情況和幾何形狀有關 CAD幾何曲面有時也會有復雜的外形 在高度復雜的形狀難以得到高質量的網格 在曲面上增加edges將曲面切成更容易劃分的小區(qū)域 在需要有節(jié)點的地方增加固定點可以更好地控制網格,拓撲細化: 例子,抑制邊,增加邊,移除 固定點,增加 固定點,合并 固定點,After,Before,拓撲細化: 工具,Edge edit Toggle – 選擇一條共享邊并抑制 (Un)Suppress –一次選擇多條共享邊并抑制 Point edit Add – 增加固定點 以控制網格模式 沿著edges增加固定點以控制節(jié)點分布 Suppress – 去除不想要的 固定點 Replace – 在同一個地方合并兩個固定點 Project – 將固定點投影到鄰近的edge 需要的兩個edges之間對齊網格的時候有用 Surface edit – 包含通過切割surfaces增加edges的所有功能 增加edges有助于在一個大的區(qū)域控制網格模式 Trim with nodes – 用node 切割 surfaces Trim with lines – 用 lines 切割 surfaces Trim with surfs/plane – 用其它 surfaces 或定義一個 plane 切割 surfaces,拓撲細化: 工具,Quick edit 包含其它面板中已有的很多工具 主要是只需少量用戶輸入的快速編輯工具 Split surf-node: 通過兩個nodes之間的一條直線增加一個edge或切割一個surface Split surf-line:通過一個node和一條edge之間的垂線增加一個edge或切割一個surface . Washer split – 沿著孔在曲面上生成一圈圓邊 沿著孔邊生成一圈全四邊形網格時很有用 Toggle – 同 edge edit 面板 Remove Point – 刪除選擇的 fixed point,拓撲細化: 工具,Quick edit, 繼續(xù) Replace point – 同 point edit 面板 Add/remove point : point – 通過選擇位置創(chuàng)建一個新的 Add point: line – 沿著edge創(chuàng)建用戶指定個數的 固定點 along the selected edge Project point – 同 edge edit 面板,拓撲細化: 技巧,,劃分部件網格 眼觀部件查找是否有糟糕的網格模式 使用單元檢查功能查找單元質量較差的部位 Check elems 面板, QI 面板等 使用 edge edit :(un)suppress 抑制edges 使用不同的法向角度設置使得一次可以抑制盡可能多的 有時先抑制所有edges然后對需要的edges進行會更方便 在增加固定點之前先將原先的抑制掉 盡量抑制掉不需要的固定點,經驗之談： 沒有固定的流程可供遵循，孰能生巧！,Do-it-yourself,Exercise: Refining Topology to Achieve a Quality Mesh,第四節(jié): Shell Meshing,Automeshing Checking and Editing Mesh,Automeshing: What is it?,,automesh面板在已有曲面上創(chuàng)建網格 可以快速生成網格 大部分從CAD軟件導入的部件都是以曲面（或者實體）的形式存在的 Automesh 允許一次對多個曲面進行劃分 曲面正確連接則網格也會正確連接,,Automeshing: What is “topology”?什么是拓撲？,,拓撲是部件內每個曲面與其相鄰曲面的連接方式 曲面的連接關系是由edges控制的 如果edge與多個曲面相連，則認為這些曲面是相連的 曲面的edges根據連接曲面的個數進行歸類、命名并以不同顏色顯示,Free edge (red)自由邊（紅色） 只與一個曲面相連 曲面之間有自由邊表示曲面在這里是不共邊的,Shared edge (green) 共享邊（綠色） 與兩個曲面相連 被連的兩個曲面共邊,Suppressed edge (blue) 相當于把曲面進行合并,T-junction edge (yellow) T型連接（黃色） 與三個或三個以上曲面相連 例如：注塑件的加強筋結構 曲面是共邊的,,,,,Automeshing: 拓撲如何影響網格,,曲面edges控制曲面交界處的網格生成方法:,兩個曲面間的自由邊,劃分網格時節(jié)點沿著edge分布,網格是不連續(xù)的; 沿著edge實際上是有兩列不重合的節(jié)點 (圖中將節(jié)點分開顯示只是為了說明),兩曲面間的共享邊,網格正確連接; 沿著edge的節(jié)點是重合的,劃分網格時節(jié)點沿著edge分布,,,Free edges (red)自由邊,Shared edges (green)共享邊,Automeshing:拓撲如何影響網格,,曲面edges控制曲面交界處的網格生成方法:,兩個曲面間的抑制邊,Edge 被忽略; 節(jié)點不再沿著該edge分布,劃分網格時相當與合并了兩個曲面;節(jié)點不再沿著該edge分布,連接3個曲面的邊,網格正確連接; 沿著edge的節(jié)點是重合的,劃分網格時節(jié)點沿著edge分布,,,Suppressed edges (blue)抑制邊,T-junction edges (yellow)T型連接邊,Automeshing: 流程和策略,,使用幾何清理工具處理曲面連接關系 用Automesh劃分曲面網格 設置想要的大致網格尺寸 使用type（單元形狀） 和algorithm（算法） 設置全局網格（style）模式 修改局部的網格密度以得到更好的網格模式 調整 問題曲面的biasing（偏置），(也可以達到調整網格模式的目的) 使用HyperMesh的 網格編輯工具修復10-20%質量或網格模式較差的單元 90%的單元較好時，不要刪除這些網格。保留它并手工修復剩下的10%單元 關鍵是經驗: 練習!,Goal: get the mesh to be approximately 80-90% good quality,Demo + Do-it-yourself,Exercise: Meshing a Channel Bracket,Demo + Do-it-yourself,Exercise: Mesh cleanup of a Plastic Cover,