HyperMesh与Nastran-学习资料解读课件

HyperMesh 和 Nastran 学习经验总结 HyperMes1 此学习资料是本人学习和工作中的经验总结，其中也抄录了其他培训教程资料，关于自己总结的部分，难免有谬误之处，欢迎大家批评指正。QQ：1123959241 此学习资料是本人学习和工作中的经验总结，其中也抄2一：字母键 O按字母键O，在这里可以改窗口的背景颜色等。选择coincident picking 可以选择重合在一起的节点中的之一。更多介绍按帮助键H。一：字母键 O按字母键O，在这里可以改窗口的背景颜色等。选3HyperMesh简介 HyperMesh是一个高效率、功能强大的有限元前后处理器，它提供了一个交互式的、可视化的环境来进行产品的设计仿真分析。配有与各种有限元计算软件（求解器）的接口，为各种有限元求解器写出数据文件及读取不同求解器的结果件；可实现不同有限元计算软件之间的模型转换功能，这在很大程度上提高了工作效率。Nastran 简介 Nastran是20世纪60年代，美国航天局为发展航天事业而开发的一套用于替代实验的有限元仿真程序。Nastran原来由多家公司共同开发，所以有多个Nastran版本，我们现在所使用的是MSC.Nastran。第一章：第一章：基本功能简介基本功能简介HyperMesh简介 HyperMesh是一个高4Hypermesh的功能的功能CAE CAE 分析的三个过程：分析的三个过程：获取获取3D CAD 模型模型或者或者 相关的技术数据相关的技术数据(前处理前处理)创建创建 CAE 模型模型 划分网格划分网格&装配装配 质量检查质量检查 材料属性的设置材料属性的设置 (前处理前处理)后处理后处理 结果的提取结果的提取 动态的查看动态的查看 编写仿真分析报告编写仿真分析报告 (后处理后处理)建立仿真分析的工况建立仿真分析的工况 输出请求输出请求 边界边界/初始条件初始条件 载荷工况载荷工况 (前处理前处理)提交相关的文件给提交相关的文件给求解器求解求解器求解(求解过程求解过程)设置一个合适设置一个合适 的求解模板的求解模板 (前处理前处理)武汉海陆科技工程有限公司Hypermesh的功能CAE 分析的三个过程：获取3D C5本人的分析流程SolidWorks建模并保存为IGES格式 导入到hyperMesh中，并创建有限元模型 使用HyperMesh 自带的求解器求解 保存为bdf格式的文本，导入到Nastran中求解 使用HyperMesh 进行后处理 使用HyperView等后 处理软件进行后处理 编写报告本人的分析流程SolidWorks建模并保存为IGES格式 6HyperMesh与Nastran-学习资料解读课件7第二章：HyperMesh的学习1.如何提高学习效率（1）帮助键（H）每一页的功能面板（Function Panel）上都有许多命令，可以通过帮助文件来学习和了解该命令的用法，具体方法如下：在 Page change（见HyperMesh 面板简介）里选择一类，比如说Geom，进入到几何面板，点击nodes 命令按钮，进入到节点创建界面，然后按一下键盘上的的H键，帮助文档自动跳转到相应的帮助部分，然后就可以来学习如何创建nodes了。该方法非常有用，它可以帮助学习者来学习或查询某一命令的用法。建议用此方法把每一个命令都学一遍，当然，要亲自操作，练习。第二章：HyperMesh的学习1.如何提高学习效率（1）8（2）帮助文件里的例子注：实例的模型在哪里找？一般情况下，在安装盘（比如说F）Altair hw10.0 tutorials hm(或其他)若没找到，可以在安装盘里搜索一下。要充分利用帮助文件。点击Help，HyperMesh and BatchMesher注：在360浏览器中，目录可能无法展开，需要使用Internet Explore浏览器。（2）帮助文件里的例子注：实例的模型在哪里找？一般情况下9（2）帮助文件里的例子点击Help，HyperMesh and BatchMesher注：在360浏览器中，目录可能无法展开，需要使用Internet Explore浏览器。注：实例的模型在哪里找？一般情况下，在安装盘（比如说F）Altair hw10.0 tutorials hm(或其他)若没找到，可以在安装盘里搜索一下。要充分利用帮助文件。（2）帮助文件里的例子点击Help，HyperMesh a10若想查找相关的知识，可以再Search里搜索。若想查找相关的知识，可以再Search里搜索。11（3）其他的资料（4）CAE学习网站、论坛和QQ群等http:/ 面板简介面板简介Figure 1 GUI of HyperMesh(V10.0 or higher)ToolbarDrop-down MenuGraphic AreaLabel AreaMain MenuFunctional PanelPage ChangeStatus BarHyperMesh 面板简介Figure 1 GUI of 141.BRIEF INTRODUCTION TO GUI OF HYPERMESH(图形用户界面简介图形用户界面简介图形用户界面简介图形用户界面简介)Using a way of user-friendly interface,functional Process design,each menu is object-specific.A Model is organized on the basis of“Collector”.1.1 File Management(文件管理)Create,open,save,input,and output,etc.User profile.Secondary development tools.1.2 Geometry Menu（几何菜单）Points,Lines,Surfaces,Solids,Vectors,Systems Clean-up and repair the CAD geometry,particularly by topology technology Extract the midsurface1.3 Mesh Menu（网格划分菜单）Line Mesh,AutoMesh,TetraMesh,Solid Map Mesh,Voxel Mesh,Shrink Wrap Mesh TetraMesh Process Manage.HyperMesh 图形用户界面简介图形用户界面简介1.BRIEF INTRODUCTION TO GUI 15 Mass,1D,2D,3D elements.ruled,drag,spin,spline,offset,map,replace,delete,project,translate,reflect,position,order change and so on.Element editor:Manually create,combine,split,detach,etc.1.4 Connector Menu（装配菜单）Spots,bolts,seams,areas connection,mass Distributions and their management.1.5 Materials Menu(MID)（材料菜单）Create,select material type,and update1.6 Properties Menu(PID)（属性菜单）Create,update,assign,select element type,and choose the corresponding MID.1.7 BCs(or Analysis page)Menu（边界条件菜单）Constraints.Loads(forces,moments,pressures,enforced displacements,status equations,temperature,flux,etc.).WHAT CAN HYPERMESH DOHYPERMESH TRAINING 101Created by Dr.Shalin Qiao Mass,1D,2D,3D elements.16 Intial conditions(velocities,accelerations).Contact pairs.1.8 Setup Menu （工况创建菜单）Control cards(solution method,parameters,include files,set,time,etc.).Output block(define output requirements).Load steps(organize constraints,loads into a subcase)1.9 Tool Menu(or Tool page)（工具菜单/页面）Sets,Blocks,Tags,Titles.Solver(also use Analysis page to open)that translate result file into HM format for post processing.Element Check,faces,edges,penetration,normals,etc.Isolate/modify/manage elements and structures,such as find,mask,translate,rotate,organize,renumber and son on Statistics of a CAE model.Mass calculation,count,WHAT CAN HYPERMESH DOHYPERMESH TRAINING 101Created by Dr.Shalin Qiao Intial conditions(veloci171.10 Morphing Menu （变形菜单）Domains,Handles,Morph Constraints,Morph Volumes,Shapes,Symmetries.1.11 Post Menu(or Post page)（后处理菜单）Deform,contour,vector,transient animations,etc.Create and edit X-Y plots.1.12 Views Toolbar（视图工具条）1.13 Display and Visualization Toolbar（显示工具条）WHAT CAN HYPERMESH DOHYPERMESH TRAINING 101Created by Dr.Shalin Qiao1.10 Morphing Menu （变形菜单）WHA181.14 Collectors Toolbar（集合工具条）Quickly create various collectors.Quickly edit various collectors,such as delete,orgaznize,card edit,renumber.Load1.15 Checks Toolbar(or Tool page)（检测工具条/页面）By default,this toolbar is not shown up.Add it on toolbar area from View Menu.Functions cover distance/length,mass/volume Calculation,edges/features/faces,normals,penetration,element check,count,model summary,and load summary.WHAT CAN HYPERMESH DOHYPERMESH TRAINING 101Created by Dr.Shalin Qiao1.14 Collectors Toolbar（集合工具条191.16 Image Capture Toolbar（图形捕捉工具条）By default,this toolbar is not shown up.Add it on toolbar area from View Menu.Functions include save a image to a file,capture graphic area,capture panel area,You should know how to quickly take advantage of“Ctrl+F6”to grasp a picture of .iges format for the current object on graphic area.WHAT CAN HYPERMESH DOHYPERMESH TRAINING 101Created by Dr.Shalin Qiao1.16 Image Capture Toolbar（图20WHAT CAN HYPERMESH DOHYPERMESH TRAINING 101Created by Dr.Shalin Qiao 1.17 Quick Keys（快捷键）F1-Hidden Line 隐藏线 F2-Delete 删除（删除任何对象都用此命令）F3-Replace 合并两个节点 F4-Distance 测量距离，角度等 F5-Mask 隐藏 F6-Element Edit 单元编辑（创建，合并，分割单元等）F7-Align Node 节点共线排列 F8-Create Node 创建节点 F9-Line Edit 线编辑（非边界编辑）F10-Check Elem 单元质量检查 F11-Quick Edit 快速几何编辑 F12-Automesh 自动网格划分WHAT CAN HYPERMESH DOHYPERMES21WHAT CAN HYPERMESH DOHYPERMESH TRAINING 101Created by Dr.Shalin Qiao 1.18 Usage of the Mouse（鼠标的使用）Ctrl+left key:rotate the model dynamically(动态旋转模型,按 CTRL键，同时在图形上点击一点，该点即作为旋转中心）。Ctrl+middle key:zoom in/zoom out(中键若是滚轮，上下滚动 时，放大/缩小模型。不是滚轮，可以画出任意封闭的区域来放 大模型）。Ctrl+right key:translate model(在图形区平移模型）。WHAT CAN HYPERMESH DOHYPERMES22单位系统的指定单位系统的指定 Length:mm;Mass:ton(megagram);Force:N;Stress:MPa;Time:S.单位系统的指定23坐标系一：全局坐标系（系统默认）直角坐标系二：局部坐标系（直角、圆柱、球坐标系）局部坐标系按不同性质分类：I 是否随节点的变动而变动（1）在空间中固定不动（2）随用于创建此坐标系的节点的变动而变动坐标系一：全局坐标系（系统默认）直角坐标系24II 参考与位移坐标系（）参考坐标系用来确定节点相对参考坐标系的坐标，一般用来创建节点等。（）位移坐标系位移、约束和其他基于节点的量都是在该坐标系中定义和输出的。一般用来创建约束、转动，创建弹簧单元、梁单元、rbe3单元等。II 参考与位移坐标系（）参考坐标系25三：创建局部坐标系的方法1.在空间中固定不动的 2.创建方法：Analysis Systems 2.随用于创建此坐标系的节点的变动而变动的三：创建局部坐标系的方法在空间中固定不动的 2.随用于创建264.查看节点的坐标3.把相应的节点依附到参考坐标系中。4.查看节点的坐标3.把相应的节点依附到参考坐标系中275.位移坐标系的使用方法（1）将某些节点归属到相应的局部坐标系，那么该节点的自由度将与相应的局部坐标相匹配。每个节点都有一个位移坐标系，在GRID卡片的第7个字域中定义。位移、约束和其他基于节点的量都是在该坐标系中定义和输出的。基本坐标系是MSC.Nastran默认地位移坐标系。5.位移坐标系的使用方法（1）将某些节点归属到相应的局部286.节点归属到位移坐标系中。那么这个局部坐标系在所选择的相应的节点的世界里扮演的角色就是位移坐标系。以后对该节点的约束、使用该节点创建弹簧单元等所选择的自由度就是该坐标系中定义的。7.查看节点的属性6.节点归属到位移坐标系中。那么这个局部坐标29 例如对某一节点施加一个特定方向的位移约束，而这个方向与全局坐标系的3个坐标轴不平行，那么我们可以创建一个合适的局部坐标系当作位移坐标系，然后将这个节点归属到这个位移坐标系中，然后就可以施加相应的约束了。假设施加的是X轴向的约束，那么这个X轴就是相应的局部坐标系的X轴。例如对某一节点施加一个特定方向的位移约束，而这个方30所有所有HyperMesh中的模型和对象都是以中的模型和对象都是以“集合集合”(Collectors)的形式进行组织的形式进行组织。HyperMesh 支持丰富的集合类型;绝大多数HyperMesh支持的对象都必须被归类放置在“集合”中;每一集合包含特定的对象类型.在在HyperMesh中新建的对象都会被归类在当前集合（中新建的对象都会被归类在当前集合（Current Collector）中）中;每当用户新建一个集合，该集合都会被自动置为当前集合;改变当前集合的方法之一是点击改变当前集合的方法之一是点击“G”Component”选择集合集合。模型浏览器（Model browser）是HyperMesh中一种树状结构(Hierachy structures)管理装配体（Assemblies)、组件(Components)和集合(Collectors)的工具；通过Model Browser,用户可对集合（Collectors)进行诸如创建、编辑、删除、重命名等操作;在模型浏览器中，可以通过拖拽操作方便的建立和管理装配体(Assemblies);通通过Model Browser可重置当前集合可重置当前集合；可以通过Include Browser重置当前Include file.利用利用Organize，可以将一个集合中的某些元素移，可以将一个集合中的某些元素移动到另外的集合中到另外的集合中。Collector 的概念的概念所有HyperMesh中的模型和对象都是以“集合”(Col31几 何 图 形(Geomrtry)单 元 网 格Element mesh材 料 模 型Materials载 荷 数 据Loads 特 性 数 据Properties 一个有限元模型需要不同的数据类型来描述自己。一个有限元模型需要不同的数据类型来描述自己。Collector HyperMesh 使用不同的集合（使用不同的集合（Collector）来放置和组织管理这些数据）来放置和组织管理这些数据ComponentComponentMatcollectorLoadcollectorPropterycolloter 集合（集合（Collectors）有不同的类型，例如：）有不同的类型，例如：Collector 的概念的概念几 何 图 形单 元 网 格材 料 模 型载 荷 数 据特 32第二章：分析类型一：静力分析 静力分析用来计算结构在稳态载荷作用下引起的位移、应力、应变和力。静力分析不考虑惯性和阻尼效应的影响。但是，静力分析能够分析稳定的惯性力（如重力和旋转件所受的离心力等）和能够被等效为静态载荷的随时间变化的载荷（如等效静力风载和地震载荷等）作用下结构响应的问题。静力分析可分为线性静力分析和非线性静力分析。静态结构分析静态结构分析的目的在于发现整体结构中的应力和位移的分布及其最大值所在部位，在此基础上，对其强度进行校核以及对其位移设计目标值进行验证，对其静力行为进行评价。整机结构的应力分布的定量获取对合理改进结构，进而优化减重具有关键的指导作用。第二章：分析类型一：静力分析33二.模态分析三.谐响应分析 谐响应是结构在周期载荷作用下产生的周期响应。谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计能否克服共振、疲劳及其他受迫振动引起有害效果。四：线性屈曲分析五：动态计算 模态分析用于确定结构的固有频率和振型。固有频率和振型是承受动态载荷设计中的重要参数。模态分析也是进行响应谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析必需的前期分析过程。在设计时对各部件的进行模态分析，确定结构的固有频率，可以有效通过改变构件质量或形状避开这些频率或最大限度地减小对这些频率上的激励，从而消除过度疲劳或损坏。二.模态分析三.谐响应分析 谐响应是结构在周34六：优化设计 OptiStruct 是HyperWorks 内含的有限元分析和结构优化设计工具，提供拓扑优化、形貌优化、尺寸优化、形状优化以及自由尺寸和自由形状优化技术。通过在产品设计的各个阶段灵活运用各种结构优化技术，实现优化驱动的设计，Optistruct成为创新产品设计的驱动者。关于分析类型的详细介绍请查阅相关资料。六：优化设计 OptiStruct 是Hyper35第三章：单元类型1：0D/Rigids 0D-Mass（质量单元）Rigid-RBE2(刚性单元)RBE3-RBE3（柔性单元）2：Springs/GapsSpringGap 第三章：单元类型1：0D/Rigids2：Springs/G363：1D单元 Rod Bar2 Bar3 Weld Joint Plot4：2D单元 Tria3 Tria6 Quad4 Quad8注：Tria3 是3节点三角形单元，即每个顶点上有一个节点，Tria6是6节点三角形单元，即顶点和每个边的中点都有一个节点。其他类似。3：1D单元4：2D单元注：Tria3 是3节点三角形单375：3D单元 Tetra4 4节点四边形 Pyramid5 5节点四棱锥 Penta6 6节点棱柱 Hex8 8节点六面体 Tetra10 10节点四边形 Pyramid13 13节点四棱锥 Penta15 15节点棱柱 Hex20 20节点六面体5：3D单元 Tetra4 4节点四边形38第四章：单元网格的划分常用单元主要有：0D：Mass、Rbe2、Rbe3 1D：Rod、Beam、Spring 2D：Shell 3D：Solid下面主要介绍创建这些单元需要用到的命令和注意事项，具体如何操作的可查看帮助命令。比如进入到rigids命令面板，按一下键盘上的H键，帮助文件自动转入到该命令的帮助文档，介绍得很详细。第四章：单元网格的划分常用单元主要有：下面主要介绍创建这些单391.Mass 创建命令：1D masses注意事项：这里要注意质量的单位，比如我们常用的一套单位是mm、s、N、MPa、t。所以这里 mass=0.3 就是指0.3吨。质量单元常用来模拟简化的集中质量。可以赋予属性，但不赋予属性也能求解成功。2.Rbe2 创建命令：1D rigidsRbe2是刚性单元，常用来模拟焊接、接触（用作力的传递）、销轴、转动等。假设主节点A（independent），从节点B（dependent），自由度dof1dof2全部选择的话，就代表从节点B的自由度全部被约束，与主节点A刚性连接。若没选dof1，则意味着从节点B的x轴向的自由度没有被约束，这里的坐标轴默认地是全局坐标系，如果需要其他的方向，则可以自己创建一个位移坐标系，然后将该节点B依附到该位移坐标系中。不需要赋予属性1.Mass 创建命令：1D masses注403.Rbe3 创建命令：1D rbe3不是“刚性的”的，更多的介绍参见另附的PPT。从节点B（dependent）只有一个，而主节点A（independent）有多个，自由度的选择同rbe2单元。意思是从节点B的运动形式由主节点A来决定。比如自由度选择dof1dof3，则表示从节点B的x、y、z的平动由主节点A来共同决定。主要用来模拟接触，转动（销轴与轴套间的接触并转动）等。4.Rod 创建命令：1D rods承受拉力、压力和轴向扭转，但不能承受弯曲载荷。不需要赋予属性5.Bar（beam）能够承受拉压、扭转、两个正交平面内的弯曲以及两个正交平面内的剪切。创建命令：1D bars(一次单个)或 1D line mesh（一次多个）3.Rbe3 创建命令：1D rb416.Spring 创建命令：1D springs常用spring单元来模拟油缸，事先通过理论计算得到油缸的刚度，即弹簧的刚度。在创建spring单元的时候，一个很重要的问题就是弹簧的方向，即弹簧要和油缸的轴向重合，所以要先利用油缸连接孔的中心的节点创建一个位移坐标系，然后将这两个节点依附到这个位移坐标系上，然后再用这两个节点创建spring单元。假设这两点决定的是位移坐标系的x轴，则选择dof1。7.Shell 创建命令：2D automesh、ruled、spline、skin、drag、spin、line drag、elem offset、edit element 等等。对于一个板材，如果它的长度/厚度的比值大于等于15，则抽中面，画shell单元。抽取中面：1D midsurface6.Spring 创建命令：1D 42每次画好一个面的网格后（或者说一定数量的网格后），都要进行网格质量的检查。质量检查命令：2D qualityindex comp.QI 的越小越好。同时可以在此面板里自动或手动的来修整网格以提高网格质量。8.Solid六面体创建命令：3D drag、spin、line drag、elem offset、solid map、linear solid、solid mesh。其中主要用到的是solid map，尤其对较复杂的几何体。四面体创建命令：3D tetramesh 当使用包络的shell单元创建四面体的时候，必须保证shell单元是封闭的。可用Tool edges 来检查是否封闭。修补不封闭的面网格的方法主要有edit element、replace、edges里的equivalence等。每次划分好一定数量的solid单元后，都有及时地进行网格质量的检查，使用的命令是Tool check elems 3-d一般情况下，使用封闭的shell单元创建四面体单元，这样可以通过控制shell单元的质量来间接提高四面体的质量。每次画好一个面的网格后（或者说一定数量的网格后），都要进行网43如果一个零件很复杂，若全部划分成六面体网格会有很大难度，且花费较多的时间，那么我们可以把几何体的规则部分划成六面体，不规则的部分划成四面体。这里需要注意一个关键的问题，就是四面体与六面体结合部分的连续性。一般的处理方法是先划分六面体，然后通过Tool faces 命令将六面体的表面生成shell单元，这些shell单元所使用的节点就是原来六面体单元的节点，然后利用此shell单元和不规则部分生成的表面shell单元组合成一个封闭的空间，然后再通过3D tetramesh生成四面体，这样就实现了六面体和四面体结合部分的连续性。如果一个零件很复杂，若全部划分成六面体网格会有很大难度，且花44国际上通行的准则是，对于每一个质量指数，失败的单元不超过总数的5%，在所有的shell单元中，三角形的单元不超过总数的5%，在所有的solid单元中，四面体单元不超过总数的15%。提高网格质量的方法：当然可以重划。另外，对于四面体网格，可以通过check elems 面板中的save failed 命令来保存失败的单元，然后3D tetramesh，通过retrieve重新获取失败的单元，然后再by adjacent选取相邻的单元 remesh。不过这样的效果貌似也不是很好。每一次划分好solid单元后，都要及时地删除用于创建该solid单元的shell单元，否则在赋予solid属性时会出错。可以通过 Mask by config 来只显示shell单元，然后删除之。国际上通行的准则是，对于每一个质量指数，失败的单元不超过总数45第五章：创建材料在一个模型里面，可能需要多种材料。工程中常用的材料是钢材，其属性都差不多。创建命令：输入名字，选择颜色，type 选择ISOTROPIC，card image 选择MAT1。E弹性模量，NU泊松比，RHO密度。一般的钢材 E=2e5，NU=0.3，RHO=7.9e-9 第五章：创建材料在一个模型里面，可能需要多种材料。工程中常46第六章 横截面创建梁单元的属性的时候，需要横截面。创建命令：1D HyperBeam standard sectionStandard section library：选择 NASTRANStandard section type：选择相应的截面形状。其他横截面的创建方法可查阅帮助文档或相关的资料。create 进行下一步的操作。第六章 横截面创建梁单元的属性的时候，需要横截面。创47第七章 属性的创建如果单元不需要属性，像rbe2和rbe3单元，则可以放置在同一个component里。一般情况下，为每一个零件创建一个component，并赋予相应的属性。一个component里面不能拥有两种不同类型的单元，如果一个component里既有shell单元又有solid单元，则当该component 被赋予shell属性时就会出错，赋予solid属性时同样会出错。创建命令：1.杆单元 Rod：prop name=输入名字，命名时要有意义，比如rod10代表直径是10 的杆，这样在以后操作时方便选择。选择一个颜色，方便以后查看。type=选择 1D第七章 属性的创建如果单元不需要属性，像rbe2和rb48Card image=选择PROD （这步很关键，不能选错）material=选择事先创建好的材料beamsection=选择事先创建好的横截面。最后一步也可以不选择横截面，然后选择create/edit，自己定义它的截面属性。Card image=选择PROD （这步很关键，不492.Beam 属性type=选择 1Dcard image=选择PBEAMbeamsection=选择事先创建好的横截面或自己定义。Bar 属性也类似，只是card image=选择PBAR。2.Beam 属性type=选择 1Dcard im503.spring 属性type=选择Springs_Gapscard image=PELAScreate/edit，输入刚度K等。3.spring 属性type=选择Springs_G514.Shell 属性type=选择2Dcard image=PSHELLcreate/edit在T下面输入板材的厚度。4.Shell 属性type=选择2Dcard imag524.Solid 属性type=选择3Dcard image=PSOLIDcreate4.Solid 属性type=选择3Dcard imag534.Mass 属性type=0D_Rigidscard image=PMASScreate/edit在M下面输入质量的数值。4.Mass 属性type=0D_Rigidscard 54属性的赋予方法一：可以在划分网格的时候赋予属性。方法二：可以在所有网格全部画好后，一起赋予属性。属性的赋予方法一：可以在划分网格的时候赋予属性。方法二：55第八章 装配1.螺栓用rbe2单元来模拟焊接，这里假设焊缝强度足够。然后就需要将焊接件装配起来，装配方法主要有螺栓、销轴、弹簧、油缸等。第八章 装配1.螺栓用rbe2单元来模拟焊接，这56螺柱三维显示（梁单元）螺栓的有限元模型简化版：两端用蜘蛛网刚性单元（Spider）与被连接的零件连接，可以考虑垫圈，中间使用BEAM单元模拟螺柱。注：考虑垫圈的接触部分时，则在划分网格之前，先使用quick edit washer split 命令来将螺栓孔往外扩一个垫圈大小的圈，方便划分网格。螺柱三维显示（梁单元）螺栓的有限元模型简化版：两端用蜘蛛网刚57销轴的仿真模型的建立 销轴用来连接两个零部件，这两个零部件之间可以相互转动，同时传递作用力。如图1-9所示。假设销轴的轴向与坐标轴Z轴平行，则左右两边的rbe3单元的依附自由度6释放掉，这样部件2就可以绕着梁单元转动，其他自由度被约束。部件1与梁单元之间用rbe3单元连接，此处rbe3单元的依附自由度全部约束，即部件1与梁单元通过rbe3单元“焊接”在一起。这样即可实现部件1和部件2之间可以相互转动，同时又传递作用力。2.销轴销轴销轴的仿真模型的建立 销轴用来连接两个零部件，这58rbe3单元 释放掉转动自由度 部件1 rbe3单元 自由度全依附 梁单元部件2 图 销轴的仿真模型的建立rbe3单元 释放掉转动自由度 部件1 rbe3单元 自由度59弹簧单元的创建第一步：创建Spring 弹簧单元属性单击梁属性创建图标 ，打开创建梁属性对话框，如图1-6所示，在prop name 里输入名字，设置color，type=选择Spring _ Gaps，card image=选择PELAS create/edit 进入下一界面，如图 1-7所示。图1-6 弹簧单元属性创建界面3.弹簧（油缸）弹簧单元的创建第一步：创建Spring 弹簧单元属性单击梁属60图 1-7 设置弹簧单元的属性在K1中设置弹簧单元的刚度，其他的系数具体所指可查阅相关帮助、文献。第二步：创建合适的位移坐标系 例如，用弹簧单元模拟油缸，因为油缸的轴向和全局坐标系不平行，所以需要创建一个合适的位移坐标系，使其中一个轴与油缸轴向重合,然后将用于创建弹簧单元的两个节点附属到这个位移坐标系中。具体操作步骤请见前述。第三步：创建弹簧单元1D Springs 进入到弹簧单元创建界面，如图1-8所示。图 1-7 设置弹簧单元的属性在K1中设置弹簧单元的刚度，61图 弹簧单元创建界面 在选择node1和node2之前，先确定自由度，即若选择dof1，则该弹簧单元约束的是node1和node2之间的X轴方向的自由度，该X轴由位移坐标系确定。property=选择对应的属性，然后选择node1和node2，弹簧单元即可创建。图 弹簧单元创建界面 在选择node1和node621.创建载荷集：步骤：在标签区右击然后选择 Create LoadCollector，弹出载荷集创建对话框，如下图所示：在 Name：里输入载荷集的名字；Color：选择显示的颜色；其他的默认设置，点击Create，即可创建一个载荷集。一般情况下，载荷集的名字都要有实际的意义，便于以后辨认和操作。如放置约束的用con1、con2，放置力的用f1、f2等，放置力矩的用M1，M2。颜色最好也统一起来，方便使用。或者使用快捷方式：第九章 施加载荷和约束1.创建载荷集：步骤：在标签区右击然后选63备注：如何施加重力。点击：进入到载荷集创建界面。左侧选择create，loadcol name=输入名称，建议写grav。颜色任选。在右侧倒三角里选择card image，然后单击右侧对话标签，选择GRAV，然后单击create/edit，进入下一层界面。在CID下面选择合适的坐标系，默认为0，即全局坐标系。G 输入-9800，N1、N2、N3确定方向。比如重力沿全局坐标系Y轴方向，则G输入-9800，N1=0，N2=1，N3=0.。这样，就实现了对整个模型施加了重力。备注：如何施加重力。点击：进入到载荷集创建界面。642.施加约束和载荷。创建好载荷集后，假如创建了三个载荷集，con、f、grav(重力)。（1）、施加约束 步骤：将载荷集con至于当前，然后Analysis Constraints 进入到约束界面，如下图所示左侧选择create 中间一列左侧倒三角选择nodes（一般情况下），size决定该约束图标在窗口的显示大小。label constranits 可以选择也可以不选择，可以自己比较一下异同。再下面选择constraint value，右侧dof1dof6代表x、y、z轴的平动自由度和绕x、y、z轴的转动自由度，后面的数值若为0则代表约束该自由度，如为数字n，则代表沿该自由度变动的数值。load types 选择SPC。然后create。2.施加约束和载荷。创建好载荷集后，假如创建了三个载荷集，65（2）、施加载荷 步骤：将载荷集 f 至于当前，然后Analysis forces 进入到力的界面，如下图所示左侧选择create 中间一列左侧倒三角选择nodes（一般情况下），然后选择合适的坐标系，在magnitude中输入力的大小（这里有好几种方法，也可以用其他的方法）然后选择方向，size决定该力图标在窗口的显示大小，与其真实值无关。label loads 可以选择也可以不选择，可以自己比较一下异同。load types 选择FORCE。然后create。完成力的创建。至于力矩的创建，Analysis moments，与之类似，不再赘述。（2）、施加载荷 步骤：将载荷集 f 至于当66HyperMesh+Nasrtran 中工况的设置和求解 工况：一般情况下，一个工况里面有约束和力或力矩组成。一次可以求解多个工况，每个工况可以有不同的约束和力（力矩）组成，也可以由多个工况组合成一个复杂的工况。第十章：工况的设置和求解HyperMesh+Nasrtran 中工况的设置和求解 67 CASE CONTROL SECTIONTemplate examples(Cont.)Example 3 CASE CONTROL SECTIONTemplate e68举了简单的例子：一个约束，一个力，包含重力的情况下。$Template:general$-$-$Executive Control Cards$-$ID Shalin Qiao for GT referenceSOL 101DIAG=8,49TIME 99999.0 CEND$-$Case Control Cards$-$ECHO=NONEDISP(PUNCH)=ALLSTRESS(PUNCH)=ALLSPC =1$HMNAME LOADSTEP 1lateral_forceSUBCASE 1 LABEL=f LOAD=2SUBCASE 2 LABEL=grav LOAD=3SUBCOM 3 LABEL=f+gravSUBSEQ=1.0,1.0$-$Bulk Data Cards$-$BEGIN BULKPARAM,AUTOSPC,YES PARAM,DBALL,SCRATCH PARAM,MAXRATIO,100000.0$注意：这里的SPC和LOAD要和HyperMesh中的constraints 和 force对应起来，主要序号，要对应。举了简单的例子：一个约束，一个力，包含重力的情况下。$69 补充说明：有些时候，为了节省时间，在PUNCH 文件中，并不需要将所有的节点位移和单元的应力记录下来。这时就可以用entity set命令。即将所需要的节点或单元组合成set，假如说将节点1、2、3、4、5、6这6个节点组合成set 1（1为名字），将单元1、2、3、4、5、6这6个单元组合成set 2。则 DISP(PUNCH)=1STRESS(PUNCH)=2 就意味着set 1中的位移记录下来，将set 2 中的应力记录下来。创建set的操作步骤：Analysis entity sets 进入到entity sets 创建界面，如下图所示 现在no card image entity 选择elems 或nodes或（其他set）create。其他简单的操作不再赘述。补充说明：有些时候，为了节省时间，在PUNCH70 在 HyperMesh 中将模型创建好之后，需要将模型导出，然后用Nastran求解。因为Nastran求解只需要有限元模型，不需要几何模型，所以几何模型不需要导出。所以在导出的前一步，单击 ，使模型全部显示，然后单击模型的导出：只将有限元模型单独显示，然后再进行下一步的导出。在 HyperMesh 中将模型创建好之后，71操作步骤：1.单击进入到导出界面，如下图所示。2.导出的是 FE Model。File type：选择 Nastran Template：Standard format File：选择存储路径 Export：选择Displayed（即 当前图形窗口显示的有限元模型）其余默认设置，Export。导出文件的格式为bdf。操作步骤：1.单击进入到导出界面，如下图所示。2.导出72头文件的替换：在HyperMesh中，只创建了载荷集，没有设置工况和其他的求解参数，这些工作可以在.bdf 的导出文件中设置，因为是命令流，将事先准备好的头文件（包括了工况的设置和其他求解参数）覆盖掉原有的就可以了，这样可以提高效率。头文件的替换：在HyperMesh中，只创建了73$Template:general$-$-$Executive Control Cards$-$ID Shalin Qiao for GT referenceSOL 101DIAG=8,49TIME 99999.0 CEND$-$Case Control Cards$-$ECHO=NONEDISP(PUNCH)=ALLSTRESS(PUNCH)=ALL$HMNAME LOADSTEP 1lateral_forceSUBCASE 1 SPC =1 LOAD=2$-$Bulk Data Cards$-$BEGIN BULKPARAM,AUTOSPC,YES PARAM,DBALL,SCRATCH PARAM,MAXRATIO,100000.0$GRID Data不包括重力的头文件（SOL 101，静力分析）$74$Template:general$-$-$Executive Control Cards$-$ID Shalin Qiao for GT referenceSOL 101DIAG=8,49TIME 99999.0 CEND$-$Case Control Cards$-$ECHO=NONEDISP(PUNCH)=ALLSTRESS(PUNCH)=ALLSPC =1$HMNAME LOADSTEP 1lateral_forceSUBCASE 1 LABEL=f LOAD=2SUBCASE 2 LABEL=grav LOAD=3SUBCOM 3 LABEL=f+gravSUBSEQ=1.0,1.0$-$Bulk Data Cards$-$BEGIN BULKPARAM,AUTOSPC,YES PARAM,DBALL,SCRATCH PARAM,MAXRATIO,100000.0$包括重力的工况（SUBCOM 3）$75求解：求解：覆盖好头文件之后，就可以进行求解了。步骤：双击Nastran图标，弹出选择求解文件对话框，如下图所示。选择求解文件，然后单击打开，弹出如下对话框。求解：覆盖好头文件之后，就可以进行求解了。步骤：双击N76单击Run，进行求解。求解完成后，将会得到f04、f06、pch 等文件，pch文件是结果文件，但是 HyperMesh 无法读取，需要进行转化。单击Run，进行求解。求解完成后，将会得到f04、f06、p77HyperMesh 与与 Nastran 运行出错的几种常见情况运行出错的几种常见情况 在从 Hypermesh 中导出之前，要进行一些常规的检查，比如属性是否都已经赋予、是否出现rbe2依附性问题、判断一下是否会出现刚性运动等等。但有些时候错误无法全部找出并改正，因此求解就会出错。求解出错后，Nastran 生成的f06文件中包含错误的信息，通过查找fatal，找到错误的位置和类型，然后返回到HyperMesh中进行改错，再重新运行，直至求解成功。第十一章HyperMesh 与 Nastran 运行出错的几种常见78 刚性rbe2和柔性单元rbe3单元不需要赋予属性，其他的像mass单元、beam单元、spring单元、shell单元、solid单元等都需要赋予属性。如果单元较多，可以通过 单击这个命令 来查看各个component是否已被赋予了属性。因为在创建属性的时候，可以用不同的颜色来识别它，这样就可以查看component 是否被赋予某一属性。如果没有被赋予，那么该component会默认地显示为灰色。另外一种比较高效的方法是若运行出错，打开f06文件，查找fatal，然后会出现如下提示：（这个例子是shell单元没有被赋予属性）一一.单元没有被赋予属性：单元没有被赋予属性：然后回到HyperMesh中，通过Tool numbers 命令进行定位，查找到该单元所属的component，然后进行属性赋予。刚性rbe2和柔性单元rbe3单元不需要赋予属性79二二.单元与其属性不匹配单元与其属性不匹配 在创建三维solid单元的时候，一般情况下需要先创建二维shell单元，有时候为了操作方便将这两种单元放在了同一个component里了，然后该component被赋予三维单元的属性，但这样一来该component里面的shell二维单元与该component的被赋予的三维单元的属性就不匹配了，因此求解就会出错。解决的办法是将该component里面的shell单元删除掉。该错误类型在f06文件里面的显示如下图所示：在一个component中，如果有多种类型的单元，如shell和solid，那么如何快速的删去另一种类型的单元呢？可以这样做：（1）将该component单独显示，然后点击这个图标 ，二.单元与其属性不匹配 在创建三维solid单80（2）.点击这个图标，让shell单元单独显示：然后就可以将shell单元删除了。这是该component里面就只剩下solid单元了。（2）.点击这个图标，让shell单元单独显示：然后就可81三三.刚性单元刚性单元rbe2 的依附性错误。的依附性错误。错误1：rbe2 单元的主节点A可以连接多个从节点，而一个从节点B只能连接一个主节点，即一主可以有多从，而一从只能有一主。还有一种比较特殊的情况就是两个节点A、B通过两个rbe2连接，如果A在这两个rbe2单元中都是主节点，那么B在这两个rbe2单元中都是从节点，则也会出错。这种情况多发生在将对称结构的一半模型镜像复制过来，然后合并节点，若镜像前对称面上有一个rbe2单元，合并节点后中间同一个位置就有两个重合的rbe2单元。检查方法：检查方法：（1）.检查是否有重合的rbe2单元并删去。Tool check elems 1-d duplicates，然后提示区就会显示有几个重复节点，save failed(将重合的rbe2保存起来)F2（进入到删除面板）倒三角框选择elems 再单击一下elems，选择retrieve，（将刚才save failed 的单元选中）delete entity。错误2：rbe2 单元首尾相连构成一个圈，这种情况也会出错。三.刚性单元rbe2 的依附性错误。错误182（2）检查是否有依附性错误并改正。Tool check elems dependency 选择elems或者comp dependency然后提示区就会显示有几个节点存在多重依附，在屏幕上在对应的节点处生成黄色的临时节点。改正方法：1D rigids update 选择相应的rbe2单元 在下面的选项中选择 switch switch。（这就转变了主从顺序，一般情况下均可用此方法解决）改正完所有有问题的rbe2 单元后，重新进行一次依附性检查，直到没有依附性问题为止。对于 主-从-主 的情况，则只需要改成 主-从（主）-从，即在左边的rbe2单元，中间节点是从节点，在右边的rbe2单元，中间节点是主节点，或者改成 从-主-从。（3）检查是否存在 rigid lo