有限元分析简介CAE前处理课件

CAE 软件培训2014CAE 软件培训20141.1.有限元分析简介有限元分析简介2.CAE2.CAE前处理前处理 2.1 hypermesh基本功能介绍 2.2 hypermesh几何清理 2.3 网格划分 2.4 添加边界及约束条件 2.5 针对碰撞的关键字设置3.LS-DYNA3.LS-DYNA求解器求解器 3.1 求解器界面功能介绍 3.2 常见问题解决方法4.CAE4.CAE后处理（后处理（LS_PREPOSTLS_PREPOST）4.1 界面及功能介绍 4.2 计算正确性评估 4.3 数据提取及操作5.5.实际问题解答实际问题解答 内容简介内容简介第一天第二天1.有限元分析简介 内容简介第一天第二天有限元分析流程有限元分析流程 1.1.有限元分析简介有限元分析简介前处理：将几何模型转化为有限元模型的过程。通常前处理要占到整体时间的80%，同时前处理网格的质量直接影响到计算结果的准确性。有限元分析流程 1.有限元分析简介前处理：将几何模型转化为有 1.1.有限元分析简介有限元分析简介CAE分析中要保证单位制的统一 1.有限元分析简介CAE分析中要保证单位制的统一2.CAE前处理2.1 hypermesh基本功能介绍2.CAE前处理2.1 hypermesh基本功能介绍2.1 hypermesh基本功能介绍2.1 hypermesh基本功能介绍2.1 hypermesh基本功能介绍Hypermesh快捷键2.1 hypermesh基本功能介绍Hypermesh快捷2.1 hypermesh基本功能介绍hypermesh根据菜单功能分成7项：Geom:Geom:几何特征生成及编辑1D:1D:一维单元生成及编辑2D:2D:二维单元生成及编辑3D:3D:三维单元生成及编辑Analysis:Analysis:接触和界条件定义及编辑Tool:Tool:模型编辑及检查功能Post:Post:后处理及编辑功能2.1 hypermesh基本功能介绍hypermesh根据2.1 hypermesh基本功能介绍软件界面 Goem面板常用操作1.quick edit:1.quick edit:集成了常用的几何清理工具，快捷键F112.autocleanup:2.autocleanup:自动清理功能，推荐划分网格熟练后选择性使用3.surfaces/surface edit:3.surfaces/surface edit:创建平面/编辑平面功能，常用于修复破损的中性面 4.defeature:4.defeature:去倒角命令，根据模型实际情况选择性使用，一般不建议去倒角5.midsurface:5.midsurface:抽中面功能，可根据不同情况进行处理，常用自动抽中面6.lines/line edit:6.lines/line edit:创建线/编辑线功能7.nodes/node edit:7.nodes/node edit:创建节点/编辑节点功能2.1 hypermesh基本功能介绍软件界面 Goem面2.1 hypermesh基本功能介绍软件界面 1D面板常用操作1.edit element:1.edit element:创建与编辑单元，快捷键F62.replace:2.replace:替换节点，常用于手工合并共节点，快捷键F33.detach:3.detach:拆分功能，常用于分开共节点的单元 4.connector:4.connector:用于批量创建焊点5.Hyperbeam:5.Hyperbeam:用于常见和定义梁的截面属性6.bars/rigids/rbe3:6.bars/rigids/rbe3:用于常见杆、梁刚性体与柔性单元7.masses:7.masses:创建和修改质量单元2.1 hypermesh基本功能介绍软件界面 1D面板常2.1 hypermesh基本功能介绍软件界面 2D面板常用操作1.automesh:1.automesh:自动创建壳单元的方式，快捷键F122.qualityindex:2.qualityindex:常用于网站质量检查及调整3.ruled:3.ruled:通过现在边界几点后线段创建网格 4.spline:4.spline:通过选择节点并将所选节点连成均匀线段创建网格5.drag:5.drag:通过沿指定方向拉伸节点创建网格6.line drag:6.line drag:通过沿指定线拉伸节点创建网格7.elem offset:7.elem offset:网格偏移2.1 hypermesh基本功能介绍软件界面 2D面板常2.2 hypermesh几何清理几何清理目的：几何清理目的：简化几何特征，改善几何模型的拓扑关系，以获取高质量的网格。CAD模型需要精确的几何表述，通常包含某些细微的特征，如小倒角、小孔等，而有限元分析时，如要准确的模拟这些特征，需要用到很小的单元，导致求解成本急剧升高，通常将这些无关大局的特征简化处理，此外，在导入模型时，有些几何信息会出现丢失，错位等现象，如不进行几何清理，将导致求解精度变差，因此改正导入模型时出现的错位，消除不必要的结构特征，对提高网格质量及求解精度是很重要的一个环节。几何清理原则：几何清理原则：部件中装配的重要性特征相对于分析关键区域的位置特征的尺寸与网格平均尺寸关系2.2 hypermesh几何清理几何清理目的：2.2 hypermesh几何清理可读取多种CAD格式的文件2.2 hypermesh几何清理可读取多种CAD格式的文件2.2 hypermesh几何清理获取中性面方法一：直接通过midsurface功能提取中性面方法二：通过offset surface转化中性面2.2 hypermesh几何清理获取中性面优化拓扑关系（几何清理）：就是优化面与面之间的连接关系，修复错误的几何关系，还原几何数据到零件的实际状态，为后续网格划分做铺垫2.2 hypermesh几何清理优化拓扑关系（几何清理）：2.2 hypermesh几何清理2.2 hypermesh几何清理2.2 hypermesh几何清理2.2 hypermesh几何清理2.2 hypermesh几何清理2.3 hypermesh网格划分由实际结构生成有限元个单元，即结构离散，离散的过程就叫网格划分。网格分为以下几种：1D单元：单元：主要应用rigid单元，可模拟螺栓连接等2D单元：单元：即壳单元，也是最常用的单元，有三角形和四边形两种，一般用于模拟薄壁类零件3D单元：单元：即实体单元，主要用于反映体积大，厚度大的零件1D2D3D2.3 hypermesh网格划分由实际结构生成有限元个单元2.3 hypermesh网格划分网格划分，通常采用automeshautomesh功能：1.elems:1.elems:对已有网格进行重新划分（网格已存在）2.surfs:2.surfs:对surface进行网格划分，即在几何清理基础之上2.3 hypermesh网格划分网格划分，通常采用auto2.3 hypermesh网格划分通过改变节点密度和网格类型调整网格质量2.3 hypermesh网格划分通过改变节点密度和网格类型2.3 hypermesh网格划分网格划分完成后，通过qualityindexqualityindex进行网格质量检查，可通过调整相关项目对劣质网格进行优化修正2.3 hypermesh网格划分网格划分完成后，通过qua通过check elements(F10)check elements(F10),可对网格各项参数进行检查统计2.3 hypermesh网格划分网格质量控制技巧：网格质量很大程度上取决于几何清理的质量，几何清理过程中要兼顾实体特征和网格质量对几何特征进行块的划分，相对规则的块更有利于得到高质量的网格，同时在网格生成过程中要对节点密度和网格类型进行灵活的调整通过check elements(F10),可对网格各项参数2.4 添加边界及约束条件网格完成后，要导入材料和厚度的相关信息，根据零件的材料和厚度对中性面网格定义，这样模型中就能充分反映零件的真实状态。要准确的模拟碰撞的情况，需要在CAE中反映出周边数据的真实情况，这样才能确保分析结果的准确性2.4 添加边界及约束条件网格完成后，要导入材料和厚度的相关梁单元集体积控制集曲线集接触控制集施加载荷集梁单元集体积控制集曲线集接触控制集施加载荷集材料集输出元素集绘图元素厚度集集合集向量集材料集输出元素集绘图元素厚度集集合集向量集2.5 碰撞的关键字设置通过设置control card中的各项参数，可控制模型的输出动画、能量变化、零件的应力应变等详细参数，便于我们在后处理中分析模型的各指标。DYNA应用在多种行业和领域，针对碰撞方面有其特定的关键字设置。2.5 碰撞的关键字设置通过设置control card中的2.5 碰撞的关键字设置Memory:计算时运行内存NCPU:计算时运行CUP数量精确度设置：设置单元阶次通常都是使用1阶单元，计算成本低，采用2阶计算可提高精度，但要显著提高计算成本能量设置：HGEN:沙漏能计算选项 1不计算 2计算RWEN:延迟能量耗散选项 1计算刚性墙能量耗散 2计算SLNTEN:接触滑移能耗散选项 1不计算滑移能 2计算RYLEN:阻尼能耗散选项 1不计算阻尼能 2计算2.5 碰撞的关键字设置Memory:计算时运行内存精确度接触设置：SLSFAC:滑动接触惩罚系数，默认0.1，当发现穿透量大时可调整RWPNAL:刚性墙罚函数因子系数ISLCHK:初始穿透检查01不检查2检查SHLTHK:厚度偏置设置0不考虑1考虑但刚体除外2都考虑PENOPT:对称刚度检查THKCHG:单面接触中考虑壳单元厚度0不检查1检查ORIEN:初始化过程中接触面界面自动在定位 1自动ENMASS:对销蚀掉的节点的质量处理 0从计算中销蚀节点1保留接触设置：沙漏控制设置：此选项可用于调节沙漏较大的问题IHQ:总体附加刚度或黏性阻尼方式选项 1 标准的DYNA模型QH:沙漏能系数，超过0.15会导致计算不稳定输出控制设置：NPOPT:输出抑制选项 0不抑制 1抑制NEECHO:抑制选项只要针对节点而言NREFUP:beam单元的参考节点坐标是否更新0不更新1更新IACCOP:从时间历程和节点速度得到平均加速度OPIFS:输出接触文件时间间隔IPNINT:输出第一次循环所有单元的初始时间步长IKEDIT/IFUSH沙漏控制设置：此选项可用于调节沙漏较大的问题输出控制设置：并行控制设置：多CUP下并行处理应用设置单元控制：WRPANG:壳单元翘曲度 大于设定值会警告 ESORT:自动挑选退化的网格保证求解稳定 IRNXX:单元法线更新选项 性0不挑选1挑选ISTUPD:单元厚度改变选项0不变化1变化 THEORY:壳单元使用理论BWC:单元的翘曲刚度 MITER:平面应力塑性选项PEOJ:单元翘曲度投影方法 并行控制设置：多CUP下并行处理应用设置单元控制：计算终止控制卡片：ENDTIM:强制终止计算时间 EDNCYC:终止循环次数DTMIN:最小时间步长因子 ENDENG:能量改变百分比ENDMAS:质量改变百分比时间步控制卡片：DTINIT:初始时间步长 TSSFAC:时间步长缩放系数 计算不稳定可减小ISDO:计算4节点壳单元时间不长方法 TSLIMT:指定最小时间步长DT2MS:因质量缩放计算用的时间步长 LCTM:限制最大时间步长的加载曲线ERODE:当计算时间步小于TSMIN的体单元自动删除MSIST:限制第一步的质量缩放并且根据之前的时间步确定质量矢量 0否1是计算终止控制卡片：时间步控制卡片：完全输出控制卡片：DT:输出时间间隔 LCDT:输出时间间隔时间曲线NOBEAM:BEAM特性输出控制单元子集的时间历程数据输出控制：DT:输出时间间隔LCDT:指定输出时间间隔曲线重启动数据输出控制：DT:输出时间间隔中间过程数据输出控制：DT:输出时间间隔完全输出控制卡片：单元子集的时间历程数据输出控制：重启动数据输出文本控制：DEFGEO:输出变形几何信息 ELOUT:输出计算结果如应力应变等GLSTAT:输出模型整体能量信息 MATSUM:输出个体相关信息如动能内能等NODOUT:输出节点变形、速度、加速度等信息 RCFORC:输出界面力SECFORC:输出截面力 SLEOUT:输出滑移能SPCFORC:输出单点约束的发作用力 DEFORC:输出离散单元作用力信息输出文本控制：数据输出控制：NEIPH:体单元额外的积分点历史变化数计入2进制数据库中NEIPS:壳单元额外的积分点历史变化数计入2进制数据库中MAXINT:壳单元积分点计入2进制数据库汇总STRFLAG:设置1则输出应变张量 SIGFLG:是否包含壳单元应力张量EPSFLG:是否包含壳单元有效塑性应变 RLTFLG:是否包含壳单元合成应力ENGFLG:是否包含壳单元能量密度和厚度 CMPFLG:输出各向同性和各向异性材料应力应变IEVERP:选择1每一个状态输出一个显示文件 BEAMIP:输出梁单元积分点DCOMP:对刚性墙的数据压缩 SHGE:输出壳单元沙漏能密度STSSZ:输出壳单元时间步，质量等 NINTSLD:体单元积分点数量计入数据数据输出控制：3.LS-DYNA求解器3.1 界面介绍启动DYNA分析重运行最后一个重启动分析调用后处理软件查看运行最后一个的结果3.LS-DYNA求解器3.1 界面介绍启动DYNA分析重3.1 界面介绍1234运算流程：运算流程：1.1.调入需运算的文件文件通常为.k或.dyn格式2.2.设置运算应用的CPU数量根据计算机硬件和文件大小设置3.3.设置运算应用的内存默认为200000004.4.点击即可运算3.1 界面介绍1234运算流程：3.2 常见问题解决运算内存不足增加内存rigid零件中的节点或单元不可重复定义为rigid link等rigid元素DYNA运算过程中问题多种多样，更多问题及解决方案详见附件运算过程中问题多种多样，更多问题及解决方案详见附件3.2 常见问题解决运算内存不足增加内存rigid零件中的节4.CAE后处理（LS-PREPOST）4.1 界面及功能简介下拉菜单图形窗口主菜单热键按钮命令解释及执行界面动画控制按钮4.CAE后处理（LS-PREPOST）4.1 界面及功能4.1 界面及功能简介主菜单页面功能：主菜单页面功能：page1:page1:后处理和基本操作page2:page2:前处理和后处理page3page3、4:4:关键词编辑格式page5page5、6 6：前处理创建DYNA数据page7page7：前处理网格划分pageDpageD：实体显示常用后处理操作：常用后处理操作：Splane:Splane:查看切面视图Find:Find:查找节点及单元等ASCIIASCII：ASCII信息读取Color:Color:调整零件颜色及透明度Blank:Blank:隐藏单元等Selpar:Selpar:显示隐藏零件4.1 界面及功能简介主菜单页面功能：常用后处理操作：热键按钮热键按钮热键按钮4.2 计算结果正确性评估运算完成后需后处理查看相关参数确定运算结果是否有效1.1.模型质量增量小于5%2.2.碰撞中总能量基本保持不变3.3.其他能量曲线平顺4.4.滑移能不可为负值5.5.内能和动能转化基本相同6.6.沙漏能小于总能量的10%4.2 计算结果正确性评估运算完成后需后处理查看相关参数确定4.3 数据提取及操作在后处理中通常要提取应力、应变、位移加速度等信息通过ASCIIASCII信息读取的主要信息：glstat:glstat:读取能量信息，总能量、动能、内能、沙漏能等matsummatsum：个体零件能量信息nodout:nodout:节点运动信息4.3 数据提取及操作在后处理中通常要提取应力、应变、位移加读取的应力、应变信息：FcompFcomp菜单下：stressstress：可读取零件的等效应力，各方向各面的应力和 塑性应变Misc:Misc:可读取零件的压力、温度、内能、厚度、沙漏能等Green:Green:可读取零件各方向各面的应变，有效应变等读取的应力、应变信息：提取节点，单元时间历程的信息可针对整个模型，节点，单元等提取时间历程信息，包含距离，位移，速度，加速度等提取节点，单元时间历程的信息Title:Title:曲线标题Scale:Scale:曲线缩放，可对曲线进行放大、缩小、偏移等Attr:Attr:曲线属性，颜色、线型变化Filter:Filter:曲线过滤，标准要求不同的滤波器进行过滤Print:Print:图片处理Save:Save:曲线保存Load:Load:曲线加载Oper:Oper:曲线处理，微分、积分、合成等Hide/Close/Quit:Hide/Close/Quit:隐藏/关闭/放弃曲线处理常用操作Title:曲线标题曲线处理常用操作5.问题解答5.问题解答谢谢！谢谢！