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Chapter 4: 体 和六面体网格

Chapter 4: 体 和六面体网格. 创建和编辑体几何 用 solid map 功能创建六面体网格. 体 : What is it?. 体是 : 定义一个三维空间的几何实体 和 CAD 软件中使用的体的概念一致 用在需要定义体的相关功能中 六面体网格划分 ( 3D : solid map : volume 子面板 ) 四面体网格划分 ( 3D : tetramesh : volume tetra 子面板 ) 将一个零件分成多个体的时候特别有用 一个零件可以被分成多个相连的体 相邻体的连接关系可以保证生成的体网格连续

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Chapter 4: 体 和六面体网格

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  1. Chapter 4: 体 和六面体网格 创建和编辑体几何 用solid map功能创建六面体网格

  2. 体: What is it? 体是: • 定义一个三维空间的几何实体 • 和CAD软件中使用的体的概念一致 用在需要定义体的相关功能中 • 六面体网格划分 (3D : solid map : volume子面板) • 四面体网格划分 (3D : tetramesh : volume tetra子面板) 将一个零件分成多个体的时候特别有用 • 一个零件可以被分成多个相连的体 • 相邻体的连接关系可以保证生成的体网格连续 • 将一个零件可以被分成多个简单的可映射的体有助于在划分六面体网格时显示观察

  3. 体几何: 3D 拓扑 例: 2 个相连体的拓扑显示 • 体便面 • 作为面选择 • 边界面 • 绿色 • 属于一个体 • 分割面 • 黄色 • 被相邻的体共享 • 边 • 作为线选择 • 共享边 • 绿色 • 属于一个体的两个相邻面 • Non-manifold 复用边 • 黄色 • 属于: • 一个分割面 • - OR - • 两个体表面 + 1个曲面 • 点 • 可以作为点选择 • 在边上

  4. 体几何: 体创建工具 Import导入 • 下拉菜单 – File > Import > Geometry • Toolbar > > Geometry • Hypermesh会从支持实体数据的几何文件中导入体 Solids面板 • Bounding Surfs – 选择形成一封闭体的一组曲面 • Drag – 沿着曲线拉伸一个截面生成体 • Spin –沿着圆弧拉伸一个截面生成体 Primitives面板 • 生成基本的几何形状（体）: • Square / Block 正方形/长方形 • Cylinder / Cone 圆柱/圆锥 • Sphere 球 • Torus 圆环

  5. 体几何: 体编辑工具 Surfaces面板 • 用各种方法创建曲面 • 可以用来切割体 • 曲面的边必须与体的边一致 Solid Edit面板 • Trim with… – 将一个体分割成两个或更多: • Nodes • Lines • Planes • Surfaces • Merge – 将两个或多个相邻体合并为一个 • Detach – 使连接的体变为不连接 • Boolean – 高级切割/合并操作 • Union(Solid A + Solid B) – 同 merge • Intersection(Solid A x Solid B) – 保留2个体的重叠部分 • Removal(Solid A – Solid B) – 从一个体中减去另一个体 • Cut(Cut Solid A with Solid B) –从一个体中减去另一个体 • 保留两个体，但是不再重叠

  6. 体: 体显示工具 工具栏:

  7. Solid Map: What is it? • Location: • 3D (页) > solid map (面板) • - OR - • Mesh (下拉菜单) > create > Solid Map • What it does: • 在一个或多个体上创建六面体-五面体网格 • Each volume is defined by selecting a solid geometry entity • Easy to define shape for the mesh since only one entity is selected • 每一个体必须是一个 “mappable shape”

  8. Solid Map 体: 可映射的形状 • Solid Map 要求体具有可映射的形状 • 可映射形状定义如下: • 2个相对面 (一个叫 “source”另一个叫 “destination”) • 1 或多个直接连接 source 和destination的面 • 这些面使 source 和 destination之间形成一个封闭的体 • 称为 “along faces” • “Drag direction”: 拉伸方向：从 source face 指向 destination face的矢量 • 体可能在一个以上的方向上是可映射的 Destination Face Along Faces Drag Direction Source Face

  9. Solid Map One Volume: 流程 • 使用 solid map: one volume的基本流程： 创建体 将体分割成可映射的体 在每一个体上用solid map创建六面体网格

  10. Solid Map Volume: 技巧和要求 • 初始面和终止面 • 初始面可以由多个曲面组成 • 可以通过抑制边的方法生成以整个曲面 (如果可能的话) • 终止面必须是单个曲面 • Solid map 将失败 • 每侧都有多个曲面 (连接到圆柱上) • Solid map 可以划分方形区域 • 只有一侧有多个面 (连接到圆柱上)

  11. Solid Map体: 技巧和要求 • 在路径面上的边和固定点 • 六面体网格会沿着平行于拉伸方向的共享边生成 • 垂直于拉伸方向的共享边会导致solid map : volume生成失败 • 抑制这些边 • 划分过程会自动忽略拉伸路径上的 固定点 拉伸方向 垂直于拉伸方向的边 抑制这些边 Solid map 可以划分该部件

  12. Solid Map体: 技巧和要求 • 切分体 • 尽量将体分割成较少的块数 • 分块少= 工作量少 = 花费的时间少 • 分块少 = 区域更大 • 更好的控制网格尺寸 • 可以避免由于有小的区域产生的小尺寸网格

  13. Solid Map体: 技巧和要求 • 圆角控制 • 如果需要可以将圆角沿着长度方向切开 • 抑制原先的圆角边 创建实体网格 沿着长度方向切开 抑制原先的圆角边

  14. Solid Map体: 技巧和要求 • 用壳单元控制网格模式 • Solid map : volume会使用初始面上的壳单元网格模式 • 使用 automesh面板(推荐但不要求) • 自动与曲面关联 • 可保证相邻网格之间的连接关系 • 可使用其它壳单元网格生成面板 (drag, spin, spline等 • 在划分实体网格前需要将壳单元网格与曲面相关联 • 使用 node edit : associate面板进行关联操作 Solid map使用壳单元模式 创建壳单元网格 默认

  15. Solid Map体: 技巧和要求 • 划分相邻的体 • 划分与已划分网格的部分直接相连的体 • 如果可能，保证网格间的正确连接关系 • 从两个不同的起点开始划分很可能会导致不匹配的网格模式 • 从较小的区域开始 • 较小区域的网格模式被延续到较大的、相邻的区域 • 必须连接到相邻的较大的体的source face上去 较小区域的网格模式被延续到较大区域 从较小的区域开始

  16. Solid Map体: 技巧和要求 • 划分相邻的体（续） • 沿相邻体的垂直方向拉伸 • Along faces 必须是以行/列排列的四边形单元 • 使相邻的体在他们的along face 处易于连接和融合 • 避免网格不连续 • 在solid map : volumes 中手工指定source & destination faces 全四边形网格 拉伸方向 1 拉伸方向2

  17. Demo + Do-it-yourself Exercise: Creating, Editing and Hex-Meshing Solid Geometry • Page 143

  18. Chapter 5: 四面体网格划分 对体进行四面体网格划分 标准四面体网格划分 四面体网格质量检查 四面体网格重划分

  19. 四面体网格划分:标准四面体网格划分 • 标准四面体网格划分使用3D > tetramesh面板> tetra mesh子面板 • 流程: • 在曲面上创建壳单元网格 • 检查壳单元的单元质量和单元连接关系 • 生成四面体网格 • 删除在曲面上创建壳单元网格 • 如果需要，进行编辑和3D网格重划分

  20. 四面体网格划分:标准四面体网格划分 • 对壳单元网格的要求: • 只有一个封闭连续的体 • 没有自由边. (否则就不是一个体了) • 没有T型连接边. • 没有重复单元. • 单元之间没有相互重叠 • 避免过小的三角形内角 • 避免相邻单元之间的尺寸差异过大 • 避免同一个面两边的单元尺寸差别过大 • 对壳单元网格中的四边形单元: • 可以切割成两个三角形后在生成四面体单元 • – OR – • 也可以保留四边形单元，并基于四边形单元生成金字塔单元

  21. 四面体网格划分:标准四面体网格划分 • 浮动三角形单元: • 相邻四面体单元的表面的对角线可能发生对换，如果这样能提高四面体单元质量的话 • 固定三角形单元: • 相邻四面体单元的表面总是与原先的壳单元匹配 - OR - 四面体单元表面 壳单元 壳单元 四面体单元表面

  22. 四面体网格划分: 体的四面体网格划分 • 体的四面体网格划分使用tetramesh面板 > volume tetra子面板 • 提供了一种快速创建四面体网格的方法 • 两个特别选项: • Use Proximity – 在小特征附近放置更多单元使网格平滑过渡 • Use Curvature – 根据用户设定在曲率大的曲面上放置更多的单元

  23. 四面体网格划分: 体的四面体网格划分 • 是用proximity和use surface curvature选项 使用 surface Curvature选项 都不选 同时使用surface curvature 和 Proximity选项 是用 proximity选项

  24. 四面体网格划分: 快速四面体网格划分 • 位于utility menu区Geom/Mesh页 • 提供一种快速生成四面体网格的方法 • 会依照制定的单元质量要求进行网格划分 • 为了达到质量要求，产生的四面体网格可能会脱离原始几何 • 用户可以使用 “sacred elements” or “sacred surfaces” 强制四面体网格与原始网格/曲面贴合 • Quick Tetramesh面板中点击下方Help查看输入数据的详细说明

  25. Do-it-yourself Exercise: Tetra meshing a Housing • Page 166

  26. Chapter 6: 分析设定 设定载荷工况 分析设定

  27. 分析设定: What is it? • 定义除网格之外的所有分析数据 • 制定使用的求解器 • 创建材料、属性等. • 为hypermesh实体指定特定求解器的格式 • 创建边界条件（约束、载荷、接触等） • 定义其它需要的信息（求解要求，运行参数等）

  28. 分析设定: HyperMesh 的功能 • HM 是一个求解器中立的前处理软件 • 可以与很多求解器配合工作 • 可以将支持的不同求解器的模型数据相互转换 • 可以将不同求解器的输入文件装配在一起 • 可以通过用户自定义来支持其它求解器 • 可以设置很多类型的分析 • 结构分析 (应力, NVH, 疲劳, 非线性结构分析) • Radioss (Linear), Abaqus, Nastran, Ansys, Marc, nSOFT • 制造分析(流动分析 / Mold-Filling, 挤压分析) • Moldflow, CMold, HyperExtrude • 安全性分析 (冲击 /碰撞, 成员安全性分析) • Dyna, Pamcrash, Radioss, Madymo • 优化分析 (拓扑, 形貌, 形状, 尺寸 /参数) • OptiStruct, Nastran

  29. Boundary Conditions: Supported Entity Types • 有限元载荷 • Loads载荷(constraint, force, pressure, moment, temperature, flux, velocity, acceleration) • Equations约束方程(mathematical link between nodes) • Contacts接触 • Group组(定义实体间的接触) • Contact Surfs接触面(定义一个可以作为在group中作为主面或从节点的实体列表) • Reference Entities • Sets (特定类型实体的简单列表) • Blocks块(在盒形空间内的实体列表) Constraints Forces Pressures Contact Surface

  30. Boundary Conditions: Supported Entity Types • 坐标实体 • Systems坐标系(坐标轴) • Vectors向量 • Plotting绘图 • Curves曲线(X-Y 数据) • Plots绘图(带坐标轴的曲线显示) • Output Requests输出请求 • Loadsteps (combinations of load collectors) • Output Blocks (request output from an analysis for certain entities) • Control cards控制卡片(job-level, 分析的全局参数) Vectors Systems Plot with a Curve

  31. 模型组织: HyperMesh 实体类型 • Optimization • Designvars – 优化变量：优化过程中可变的量 (例如：厚度) • Optiresponses – 优化响应：优化过程被测量的值 (例如：冯米赛斯应力) • Objectives – 目标：取最大（最小）值的响应 。例如：重量 • Dobjrefs – 目标参照：Objective reference response for minmax/maxmin optimization (ex: minimize maximum von Mises stress) • Opticonstraints – 优化限制 (例如：冯米赛斯应力< 屈服应力) • Optidscreens – 约束过滤以减小计算时间 • Dvprels – 设计变量与属性关联 • Desvarlinks – 设计变量关系 • Dequations – 通过计算得到的测量值 • Optitableentrs – 常数列表 • Opticontrols – 优化算法控制参数 • DDVals – Sets a discreet range of values to be used in a Designvar

  32. Boundary Conditions: Tools • Analysis 页 • Analysis 页主要用于求解设置 • User profile 宏菜单 • User profiles 增加了针对特定求解器工具的宏菜单 • Abaqus – Step Manager, Contact Manager, Component Browser • Ansys – Contact Wizard, Component Manager, etc. • LS-Dyna – Name Mapping, Constrained Rigid Body, Content Table, etc. • Nastran – Subcase Manager, Part Info, 1D Property Table, etc. • Radioss Bulk / OptiStruct – Subcase Manager, ComponentTable, etc. • Radioss Block – D01 Tool, Sections, Component List, Material table, etc. • etc.

  33. 边界条件: 在几何上施加载荷 • 载荷既可以施加在网格上也可以施加在几何上 • 将夹在对象选择为几何 • 创建载荷 • 创建网格 • 使用 load on geom面板将载荷从几何映射到网格上 在几何上施加载荷 将载荷影射到网格上 划分网格

  34. Do-It-Yourself Exercise: Setting up Loading Conditions • Page 178

  35. 求解器格式: 与求解器交互 • HyperMesh 可以与很多求解器配合使用 • 每个求解器都有自己特有的格式，术语. • 例: 比较Abaqus and OptiStruct / Nastran 中的节点和单元定义 • 3 节点 • 2 四边形单元 • 格式/结构有明显不同 Abaqus Radios (Linear) GRID 1 0.0 1.0 0.0 GRID 2 0.0 0.0 0.0 GRID 3 1.0 0.0 0.0 CQUAD4 1 1 1 2 3 4 CQUAD4 2 1 3 4 5 6 *NODE 1, 0.0 , 1.0 , 0.0 2, 0.0 , 0.0 , 0.0 3, 1.0 , 0.0 , 0.0 *ELEMENT,TYPE=S4,ELSET=part_1 1, 1, 2, 3, 4 2, 3, 4, 5, 6

  36. 求解器格式: HyperMesh 模版 • HyperMesh 使用模版与各求解器交互 • 通过选择模版告诉 HyperMesh 为什么求解器创建模型 • 通过模版还可以告诉 HyperMesh 该求解器的数据应该以什么格式书写 • 针对某个求解器，一个实体可能有多种可用格式 • 每一个格式是通过若干个域来定义的 • 用户需要在每个域中输入相应的数据 • 例如: Radioss (Linear)中一个component 可以是 PSHELL 或PSOLID 格式 • PSHELL: 放置壳单元, 编号 = 1, 材料号 = 1厚度 5.0 • PSOLID: 放置体单元, 编号 = 2, 材料号 = 1 PSHELL 1 15.0 1 1 0.0 PSOLID 2 1 0

  37. Solver Formats: Solver Formats for Collectors • Collectors 的格式是通过载入一个 “card image”来指定的

  38. 求解器格式: 单元的求解器格式 • 单元格式是通过设定一种 “elementtype”来指定的

  39. 求解器格式: 载荷的求解器格式 • 载荷的求解器格式是通过设定一个“loadtype”来决定的

  40. 求解器格式: 工具 • Preferences > User Profiles… • 为求解器载入适当的模版 • 也可以手动设置模版 • Files下拉菜单 > Load > template file • 键盘上 “g”键 • 设置 files > import > fe子面板为适当的类型 • 载入带特定求解器相关工具的宏菜单 • 客户化 HyperMesh 菜单 • 移除该求解器不用的菜单 • 移除面版内该求解器不需要的控制选项 • 用求解器相关的术语重命名一些面板和面板内的控制选项

  41. 求解器格式: 工具 • Collectors下拉菜单和 collectors面板 • Create • 为正在创建的collector指定一个 card image • 如果需要，编辑 card image 中的域 • 为正在创建的collector指定一个 材料 • Update • –为已有的 collector指定一个材料 • –指定或编辑已有collector 的card image • Elem types > load types面板 • 设定当前的单元/载荷类型 • 任何新创建的单元/载荷将具有该类型 • 改变已有单元/载荷的类型

  42. Solver Formats: Tools • Collectors > Card Edit 或工具栏 > • 查看/编辑模型中实体的card image • 也可以查看节点单元等其它数据 • Model Browser • 右击一个 collector 选择 edit card • 查看/编辑所选collector的card image • Preferences > graphics • template labels type • 使图形区的实体名称以求解器的术语显示（而不是hypermesh中的术语） • 有助于识别模型中的数据

  43. 求解器格式: 工具 • Solver Browser • 以树状结构显示基于求解器的卡片 • 使用所选求解器的组织结构 • 可以完成cards的基本操作 • 创建新cards • 删除 cards • 编辑现有 cards的属性 • Solver Browser 可以在 View下拉菜单中找到

  44. 求解器格式: 工具 • Summary面板 • 以文本形式显示各种模型信息 • 有助于查看模型并确信是否所用数据都已经正确定义

  45. 求解器格式: 流程 • 创建模型中需要的所有实体 • 始终记住模型分析需要什么 • 实体需要被正确地组织到各种collectors中 • 在同各collector 中的实体具有相同的属性 • 根据需要载入合适的card image 或类型 • 一般使用 Setup/collectors, elem type, or load type 面板 • 单元和载荷总是有一定的类型 • 有一些collectors 不需要定义 card image

  46. 求解器格式: 流程 • Enter values in the card images as required • 使用 或 Collectors > Card Editor面板检查实体的 card images • 有些card images 需要引用其它实体作为参考 • 例如: Dyna 要求 component’s card image 引用一个 property collector 来确定厚度信息 • 要理解hypermesh和其它求解器交互的细节 • 查看帮助中与外部求解器相关的部分 • 澳汰尔在针对某些求解器应用方面有相应的培训课程 • 如有其它部门请联系澳汰尔技术支持部门 • 求解设置的目标: • 所有实体都是正确的格式 (card image / 类型) • 所有实体的Card images 都定义了必要的信息

  47. Do-It-Yourself Exercise: RADIOSS Linear Statics Setup • Page 187

  48. Chapter 7: Connectors Weld Adhesive Bolt Area contact Replace parts

  49. Connectors: What are they & why use them? • 用于连接不同实体的几何实体 • 用于 welding, bolts, adhesives等. • 连接几何或有限元实体 • Can be “realized” into FE representations of welds, etc. for any supported solver • rigids, CWELDs, MAT100s, ACMs, etc. • Connectors 允许快速方便地: • 创建 welds, bolts, adhesives等. • 交互创建或从下列文件导入: • XML 文件 • MCF (master connectors file) • Spot welds only • 在不同的有限元形式之间进行切换welds, bolts, adhesives等. • 进行零件替换并重新建立连接 • 根据名字或者 ID进行替换

  50. Connectors: Connectors类型 • Bolt • 在孔位置建立连接 • 螺栓 • Spot • 在一个点建立连接 • 点焊、铆接等. • Trim Mass • 非物理质量 • 简单地用质量替代零件或给已有零件增加质量

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