首先我們要了解什么是mesh,簡單的說mesh就是網格的划分。有過有限元分析背景的人都知道,做有限元分析首先第一步工作就是建模,就是把分析對象按照一定的尺寸、比例划分成相互連接、不間斷的網格單元,成為一個可以計算的力學模型,這是進行有限元計算的基礎。其划分的結果對於以后計算的結果將產成直接的影響,或者說mesh是保證有限元分析結果准確的重要條件。
下面我就最簡單的分析對象——金屬殼體,向大家講述怎樣進行一個物體的mesh。我們所用軟件是HyperMesh,它對於有限元的前處理和后處理都具有比較強大功能。
第一節 軟件環境
首先,我們要了解工作的目標,即最終要把一個金屬殼體處理成怎樣的網格。打開練習一,這個文件中已經包含geom和放到中面的elems。
我們現在要搞清的第一概念就是geom和elems的區別。Geom即為幾何體,是我們分析對象的真實模型,實際物體的三維表現形式;elems即為網格單元,是我們分析對象的力學模型,是對實際物體的一種近似模擬,是把實際物體轉換成可計算的力學和數學模型,它不是簡單的線和面,是帶有數據的線和面。
在HyperMesh中,我們把geom和elems統稱為comps,comps可以理解為圖層,這里的圖層和CAD的圖層的概念不同。這里comps是以后賦予模型材料和幾何性質的一個最小單元,或者說對於不同材料性質和不同幾何性質的elems要處於不同的comps中。每個comps都會有個名字,所以同一個名字的comps包含兩個部分,即XXX(名字)geom和XXX(名字)elems。當然幾何體和力學模型是兩個完全獨立的部分,所以兩者完全可以放在不同的comps中的,對於圖層名字的管理我們在下一章再做詳細說明。
對於一個金屬殼體,我們知道金屬板是具有均有厚度的,即在三維上它總是有個方向上是保持不變的,這樣我們就可以用比較簡單的二維單元來描述金屬殼體,這個二維單元我們稱殼體單元。我們把這個殼體單元賦予它真實模型的厚度(幾何性質)和材料性質,並且把這層殼體單元放到金屬殼體的中面上去,即完成了我們建模的任務。這就是對金屬殼體的力學模型的建立過程,簡單的說,就是對於金屬殼體的中面用一層帶有厚度和材料性質的網格單元來描述。
把單元放到中面在HyperMesh中是一個非常簡單的命令,我會在以后想大家講述。對於金屬殼體來說,中面和上下表面是類似的,或者說基本一致。這樣我們對於金屬殼體來說,首先要做的是對於上表面或下表面進行網格划分,以后我們還要談到選擇上表面和選擇下表面的細微不同,這里我先認為它是相同的。就練習一,我針對怎樣進行一個表面的網格划分來讓大家熟悉這個軟件的命令。
窗口下方是主菜單,共分7類,分別是Geom、1D、2D、3D、BCs、Tool、Post,每一類中有一些重復的比較經常使用的命令。
Geom:主要是對模型的修改和操作。
1d:主要是對線單元的修改和操作。
2d:是對品面單元的修改和操作。
3d:是對固體單元的修改和操作。
BCS:邊界條件。
TOOL:使用的方法。
POST:后處理的命令。
窗口右下方是對視圖進行操作的一些命令,這些命令有快捷鍵。
窗口右上方是燈光效果,對於mesh本身不很重要。
窗口右側是視圖種類的選擇。
第二節 hypermesh軟件的基本操作
在hypermesh中所有操作和命令都可以通過點擊命令面板中的按鈕實現,而通過鍵盤與鼠標的組合可以方便快捷的實現一些基本操作。熟練掌握以下介紹的這些操作可以在工作中節省很多時間。
一、模型的旋轉與移動
(1)模型的旋轉:Ctrl+鼠標左鍵
(2)模型的平移:Ctrl+鼠標右鍵
(3)放大模型:敲擊鍵盤z鍵后用鼠標划出所需的放大位置
(4)模型復位:鍵盤F鍵;
(5)模型的縮放:敲擊鍵盤s鍵后,按住鼠標左鍵拖拽
二、mesh命令快捷鍵
| 位置 |
F1 |
F2 |
F3 |
F4 |
F5 |
F6 |
F7 |
F8 |
F9 |
F10 |
F11 |
F12 |
| 作用 |
選擇顏色 |
刪除 |
替代 |
測量 |
隱藏 |
編輯單元 |
靠齊 |
編輯點 |
線的編輯 |
檢查質量 |
comp設置 |
自動MESH |
| 加SHIFT |
|
刪點 |
找邊界 |
移動 |
查找 |
切割單元 |
投影 |
|
編輯面 |
調法線 |
移動 |
平滑單元 |
在這里有一點需要說明的是,用快捷打開的命令在轉變模型視圖的時候會自動退出,有些情況下我們需要在一個命令完成前變換視圖方式,在這種情況下就需要在命令面板中通過點擊命令按鈕來打開命令,而不能用快捷鍵打開。如在用automesh命令時,我們有時需要通過0-D與3-D轉換來方便對所mesh面的選取。這時如果我們用快捷鍵F12打開automesh命令,在3-D選取面后轉換0-D時命令就會自動退出,這樣我們剛才選取面的工作就浪費了。而通過點擊命令按鈕來打開的命令就不存在的問題,並且我們可以在這個命令上面疊加一個快捷鍵打開的命令,而從面板打開的命令仍然可以保持原來的設置。也就是說,通過點擊命令按鈕來打開的命令只要不點return退出,我們對這個命令做的設置(如方向點,選取的單元)都會保持不變。我們也可以利用這個特性方便我們的工作,在稍后的調節單元質量章節我們就會用這個特性方便我們工作。讀者朋友可以在今后的工作中靈活的運用此特性。
第三節 命令面板的主要命令
一.geom的主要命令:
Create nodes: 是對點的操作。
Node edit:
Align:排列點。
Distance:可以測量點和點距離,同時還可以改變距離,還可以測量角度,建立兩點間的中點。
Renmap:重新排列點,是所選的點均勻的分布在一根線上。(不是經常使用)
Temp node: 可以刪除點。
Lines: 建立直線和曲線和建立中線
Edit line:對線的編輯。包括:分割,合並,延長。
Intersect:可以延某一個面切出來的表面特征的線。
Section:
Length:
Reparam:
Circles:可以建立一個圓,建立一段弧,可以找到圓的圓心。
Tangents:找一根線的切線方向。
Tags:
Vectors:
System:建立局部坐標系。
Geom cleanup:是對模型的外表面的線進行操作的。可以忽略一些影響網格質量的線。
Defeature:可以忽略一些小的導角。
Surface edit: 對面的操作,可以切割一個面。
Surflines:
midsurface:建立中面。
二.2d的主要命令:
organize: 把單元或suf轉移或者復制道你想移動的comp中。
Color: 給comp輔以自己喜歡的顏色
Rename: 重新對comp命名。
Rule: 用於點對線,或者是點對點來生成element的方法。
Spline:閉合的線進行mesh
Skin:
Drag:沿着方向拉伸單元。
Spin:做washer
Line drag:沿着線mesh。
Elem offset把單元放到中面。
Automesh:自動化分網格。
Smooth:平滑單元間的節點。
Edit element:編輯單元。
Split:切割單元,主要用於切割固體單元,將四邊形單元切割為三角形。
Replace:兩點合並為一點。
Detach:分開合並在一起的單元。
Order change:將一階單元轉換成二階單元。
三.tool
find:找到單元。
mask:隱藏
delete:刪除
translate:移動點,單元。
rotate:旋轉點,旋轉單元。
scale:縮放。
reflect:反射單元。
project:投影
position:位置不同的點對點的轉移單元。
check elems:檢查單元。
edges:檢查邊界。
Faces檢查固體單元邊界
normals:調整單元的法線方向。
renumber:從新計算單元的信息。
count:統計單元的信息。
四 控制面板命令
在整個hypermesh 界面的右下角,有一個控制面板,其中一些是模型的旋轉、縮放的命令,十分容易理解,這里不作贅述,我們重點需要介紹的是 disp、global和vis 這幾個命令。
1.disp即 display 在這個命令中可以控制模型操作的顯示與否。
上圖顯示即disp命令面板,圖中左側的是可選擇的操作對象,名字前面的方框中打勾的操作對象就可以顯示在主操作面板中,通過鼠標左鍵選擇,右鍵取消。
圖中右側有一些控制命令,none為全部關掉,all為全部打開,reverse是反選。
點擊comp前面的箭頭,會出現一些選項,這些都是可以顯示在主面板中的選項,不過我們在做建模工作時一般不需要。點擊elems前面的雙箭頭,可以在element和geometry之間切換,在建模工作時經常需要切換。
2.global命令
| 選項 |
解釋 |
| Template file |
選擇與分析軟件的接口模板 |
| component |
選擇當前的編輯層 |
| systcol |
選擇當前編輯的坐標系 |
| Loadcol |
選擇當前編輯的荷載層 |
| Element size |
定義建模時的單元尺寸 |
3.Option命令
軟件中的一些選項,基本保持默認設置即可,對操作沒有太多的影響。根據我們的經驗,最好不要選取modeling中的fix points。將grahics中的engine 設置為performance;將 bitmap animation 和 view acceleration 都設置為none。這樣會提高顯示效果,減少占用電腦資源。
第四節 操作對象的選取
我們在做建模工作時,必然要選取操作對象,如點、單元、幾何模型的表面等,當然我們可以用鼠標左鍵一個一個點擊選取,但是這樣做費時費力,hypermesh為我們提供了多種更加方便的選取方式,靈活的運用這些選取方式,並配合我們后面介紹的一些命令及其特點,可以方便的完成很多工作。下面我為大家一一介紹。
打開任何一個命令,如automesh,在標有element的黃色區域內點擊鼠標左鍵,會出現一個復選框,這些都是 選擇單元的一些方法,我們稱之為選擇菜單。
1.By window:可以通過鼠標左鍵定義一個選擇區域,在這個區域內的單元都會被選中。這里有一個小敲門,hypermesh可以記住上一次定義的框選區域,甚至是在不同的命令中,所以我們如果要選擇一個區域,但要以另一個層為參考時,可以打開參考層進行框選,而后用disp命令關掉參考層,再進行選擇,這樣就可以選中我們所需要層的單元而不選擇參考層的單元。但要注意不要轉動或移動模型的位置。By window還有一個功能就是將選擇好的對象去除,選好需要去除的對象區域后點擊reject entities即可。
2.Displayed:當前顯示的所有單元。
3.All:模型中的所有單元。
4.Reverse:在所有顯示的單元中反選。
5.By collector;選擇某一層中的所有單元。
6.On plane:選擇某一平面內的所有單元。
7.Retrieve:調出存儲的單元。
8.Save:存儲選擇好的單元。
9.By id:通過單元的ID號選擇。
10.By assems: 選擇一個assembly中的單元。
11.By group: 選擇接觸類型的單元。
12.Duplicate: 復制所選擇的單元。
13.By config:通過單元類型選擇單元。
14.By set: 選擇某一set包含的單元。
15.By surface: 選擇某一面上的單元。
16.By adjacent: 選擇制定單元周圍的單元。
17.By attached: 選擇與指定單元相連的單元。
18.By face: 選擇與指定單元為同一面的單元。在option命令中modeling的feature angle選項可以改變選擇的單元區域。
30(默認) 50 10
以上所介紹的單元選擇方法中黑體字的比較常用,請大家注意。
