hypermesh_网格划分初级

第一章第一章 mesh 入门入门 首先我们要了解什么是 mesh，简单的说 mesh 就是网格的划分。有过有限元分析背 景的人都知道， 做有限元分析首先第一步工作就是建模， 就是把分析对象按照一定的尺寸、 比例划分成相互连接、不间断的网格单元，成为一个可以计算的力学模型，这是进行有限 元计算的基础。其划分的结果对于以后计算的结果将产成直接的影响，或者说 mesh 是保 证有限元分析结果准确的重要条件。 下面我就最简单的分析对象金属壳体，向大家讲述怎样进行一个物体的 mesh。 我们所用软件是 HyperMesh，它对于有限元的前处理和后处理都具有比较强大功能。 第一节 软件环境 首先，我们要了解工作的目标，即最终要把一个金属壳体处理成怎样的网格。打开 练习一，这个文件中已经包含 geom 和放到中面的 elems。 我们现在要搞清的第一概念就是 geom 和 elems 的区别。Geom 即为几何体，是我们 分析对象的真实模型，实际物体的三维表现形式；elems 即为网格单元，是我们分析对象 的力学模型，是对实际物体的一种近似模拟，是把实际物体转换成可计算的力学和数学模 型，它不是简单的线和面，是带有数据的线和面。 在 HyperMesh 中，我们把 geom 和 elems 统称为 comps，comps 可以理解为图层， 这里的图层和 CAD 的图层的概念不同。这里 comps 是以后赋予模型材料和几何性质的一 个最小单元， 或者说对于不同材料性质和不同几何性质的 elems 要处于不同的 comps 中。 每个 comps 都会有个名字，所以同一个名字的 comps 包含两个部分，即 XXX（名字）geom 和 XXX（名字）elems。当然几何体和力学模型是两个完全独立的部分，所以两者完全可 以放在不同的 comps 中的，对于图层名字的管理我们在下一章再做详细说明。 对于一个金属壳体，我们知道金属板是具有均有厚度的，即在三维上它总是有个方 向上是保持不变的，这样我们就可以用比较简单的二维单元来描述金属壳体，这个二维单 元我们称壳体单元。 我们把这个壳体单元赋予它真实模型的厚度 （几何性质） 和材料性质， 并且把这层壳体单元放到金属壳体的中面上去，即完成了我们建模的任务。这就是对金属 壳体的力学模型的建立过程，简单的说，就是对于金属壳体的中面中面用一层带有厚度和材料 性质的网格单元来描述。 把单元放到中面在 HyperMesh 中是一个非常简单的命令，我会在以后想大家讲述。 对于金属壳体来说，中面中面和上下表面是类似的，或者说基本一致。这样我们对于金属壳体 来说，首先要做的是对于上表面或或下表面进行网格划分，以后我们还要谈到选择上表面和 选择下表面的细微不同，这里我先认为它是相同的。就练习一，我针对怎样进行一个表面 的网格划分来让大家熟悉这个软件的命令。 窗口下方是主菜单，共分 7 类，分别是 Geom、1D、2D、3D、BCs、Tool、Post，每 一类中有一些重复的比较经常使用的命令。 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 2 Geom:主要是对模型的修改和操作。 1d:主要是对线单元的修改和操作。 2d:是对品面单元的修改和操作。 3d:是对固体单元的修改和操作。 BCS:边界条件。 TOOL:使用的方法。 POST:后处理的命令。 窗口右下方是对视图进行操作的一些命令，这些命令有快捷键。 窗口右上方是灯光效果，对于 mesh 本身不很重要。 窗口右侧是视图种类的选择。 第二节 hypermesh 软件的基本操作 在 hypermesh 中所有操作和命令都可以通过点击命令面板中的按钮实现，而通过键盘与鼠标的 组合可以方便快捷的实现一些基本操作。熟练掌握以下介绍的这些操作可以在工作中节省很多时间。 一、模型的旋转与移动 （1）模型的旋转：Ctrl+鼠标左键 （2）模型的平移：Ctrl+鼠标右键 （3）放大模型:敲击键盘 z 键后用鼠标划出所需的放大位置 （4）模型复位:键盘 F 键； （5）模型的缩放：敲击键盘 s 键后，按住鼠标左键拖拽 二、mesh 命令快捷键 位置 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 作用 选择 颜色 删除 替代 测量 隐藏 编辑 单元 靠齐 编辑 点 线的 编辑 检查 质量 comp 设置 自动 MESH 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 3 加 SHIFT 删点 找边 界 移动 查找 切割 单元 投影 编辑 面 调法 线 移动 平滑 单元 在这里有一点需要说明的是，用快捷打开的命令在转变模型视图的时候会自动退出， 有些情况下我们需要在一个命令完成前变换视图方式， 在这种情况下就需要在命令面板中 通过点击命令按钮来打开命令，而不能用快捷键打开。如在用 automesh 命令时，我 们有时需要通过 0-D 与 3-D 转换来方便对所 mesh 面的选取。这时如果我们用快捷键 F12 打开 automesh 命令，在 3-D 选取面后转换 0-D 时命令就会自动退出，这样我们刚才选取 面的工作就浪费了。而通过点击命令按钮来打开的命令就不存在的问题，并且我们可以在 这个命令上面叠加一个快捷键打开的命令，而从面板打开的命令仍然可以保持原来的设 置。也就是说，通过点击命令按钮来打开的命令只要不点 return 退出，我们对这个命令 做的设置（如方向点，选取的单元）都会保持不变。我们也可以利用这个特性方便我们的 工作，在稍后的调节单元质量章节我们就会用这个特性方便我们工作。读者朋友可以在今 后的工作中灵活的运用此特性。 第三节 命令面板的主要命令 一geom 的主要命令： Create nodes: 是对点的操作。 Node edit: Align:排列点。 Distance:可以测量点和点距离，同时还可以改变距离，还可以测量角度，建立两点 间的中点。 Renmap:重新排列点，是所选的点均匀的分布在一根线上。（不是经常使用） Temp node: 可以删除点。 Lines: 建立直线和曲线和建立中线 Edit line:对线的编辑。包括：分割，合并，延长。 Intersect:可以延某一个面切出来的表面特征的线。 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 4 Section: Length: Reparam: Circles:可以建立一个圆，建立一段弧，可以找到圆的圆心。 Tangents：找一根线的切线方向。 Tags: Vectors: System:建立局部坐标系。 Geom cleanup:是对模型的外表面的线进行操作的。可以忽略一些影响网格质量的 线。 Defeature:可以忽略一些小的导角。 Surface edit: 对面的操作，可以切割一个面。 Surflines: midsurface:建立中面。 二2d 的主要命令： organize: 把单元或 suf 转移或者复制道你想移动的 comp 中。 Color: 给 comp 辅以自己喜欢的颜色 Rename: 重新对 comp 命名。 Rule: 用于点对线，或者是点对点来生成 element 的方法。 Spline:闭合的线进行 mesh Skin: Drag:沿着方向拉伸单元。 Spin:做 washer Line drag:沿着线 mesh。 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 5 Elem offset 把单元放到中面。 Automesh:自动化分网格。 Smooth:平滑单元间的节点。 Edit element:编辑单元。 Split:切割单元，主要用于切割固体单元，将四边形单元切割为三角形。 Replace:两点合并为一点。 Detach:分开合并在一起的单元。 Order change:将一阶单元转换成二阶单元。 三tool find:找到单元。 mask:隐藏 delete:删除 translate:移动点，单元。 rotate:旋转点，旋转单元。 scale:缩放。 reflect:反射单元。 project:投影 position:位置不同的点对点的转移单元。 check elems:检查单元。 edges:检查边界。 Faces 检查固体单元边界 normals:调整单元的法线方向。 renumber:从新计算单元的信息。 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 6 count:统计单元的信息。 四 控制面板命令 在整个 hypermesh 界面的右下角，有一个控制面板，其中一些是模型的旋转、缩放 的命令，十分容易理解，这里不作赘述，我们重点需要介绍的是 disp、global 和 vis 这 几个命令。 1disp 即 display 在这个命令中可以控制模型操作的显示与否。 上图显示即 disp 命令面板，图中左侧的是可选择的操作对象，名字前面的方框中打 勾的操作对象就可以显示在主操作面板中，通过鼠标左键选择，右键取消。 图中右侧有一些控制命令，none 为全部关掉，all 为全部打开，reverse 是反选。 点击 comp 前面的箭头，会出现一些选项，这些都是可以显示在主面板中的选项，不 过我们在做建模工作时一般不需要。点击 elems 前面的双箭头，可以在 element 和 geometry 之间切换，在建模工作时经常需要切换。 2.global 命令 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 7 选项 解释 Template file 选择与分析软件的接口模板 component 选择当前的编辑层 systcol 选择当前编辑的坐标系 Loadcol 选择当前编辑的荷载层 Element size 定义建模时的单元尺寸 3Option 命令 软件中的一些选项，基本保持默认设置即可，对操作没有太多的影响。根据我们的经 验，最好不要选取 modeling 中的 fix points。将 grahics 中的 engine 设置为 performance；将 bitmap animation 和 view acceleration 都设置为 none。这样会提 高显示效果，减少占用电脑资源。 第四节 操作对象的选取 我们在做建模工作时，必然要选取操作对象，如点、单元、几何模型的表面等，当 然我们可以用鼠标左键一个一个点击选取，但是这样做费时费力，hypermesh 为我们提供 了多种更加方便的选取方式，灵活的运用这些选取方式，并配合我们后面介绍的一些命令 及其特点，可以方便的完成很多工作。下面我为大家一一介绍。 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 8 打开任何一个命令，如 automesh，在标有 element 的黄色区域内点击鼠标左键，会出现 一个复选框，这些都是选择单元的一些方法，我们称之为选择菜单。 1B By windowy window:可以通过鼠标左键定义一个选择区域，在这个区域内的单元都会被选 中。这里有一个小敲门，hypermesh 可以记住上一次定义的框选区域，甚至是在不同的命 令中，所以我们如果要选择一个区域，但要以另一个层为参考时，可以打开参考层进行框 选，而后用 disp 命令关掉参考层，再进行选择，这样就可以选中我们所需要层的单元而 不选择参考层的单元。但要注意不要转动或移动模型的位置。By window 还有一个功能就 是将选择好的对象去除，选好需要去除的对象区域后点击 reject entities 即可。 2D Displayedisplayed：当前显示的所有单元。 3All：模型中的所有单元。 4R Reverseeverse：在所有显示的单元中反选。 5B By collectory collector；选择某一层中的所有单元。 6O On planen plane:选择某一平面内的所有单元。 7R Retetrieverieve:调出存储的单元。 8S Saveave：存储选择好的单元。 9By id:通过单元的 ID 号选择。 10By assems: 选择一个 assembly 中的单元。 11By group: 选择接触类型的单元。 12D Duplicatuplicate: 复制所选择的单元。 13By config：通过单元类型选择单元。 14By set: 选择某一 set 包含的单元。 15By surface: 选择某一面上的单元。 16By adjacent: 选择制定单元周围的单元。 17B By attachedy attached: 选择与指定单元相连的单元。 18B By facey face: 选择与指定单元为同一面的单元。在 option 命令中 modeling 的 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 9 feature angle 选项可以改变选择的单元区域。 30（默认） 50 10 以上所介绍的单元选择方法中黑体字的比较常用，请大家注意。 第二章第二章 mesh 步骤步骤 第二节 壳体 mesh 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 10 这节我详细介绍 Geom、2D、Tool，这三类包含进行壳体 mesh 的主要命令。 其中这些命令都是我们在做前处理时经常使用的命令，希望大家可以熟练的掌握。 为了加深对这些命令的理解，我们要做大量的练习来熟悉命令，从而达到融会贯通。 练习一： 图 2-1-1 在这个练习中，我们将详细地讲一下在整个 mesh 过程中的每一个步骤，和具体的命 令。并且配以图片说明，因为万事开头难，希望大家都有一个好的开始。具体步骤如下： 1. 在 collect 中新建立一个工作层，快捷键是 F11。鼠标左键单击 name，在主视窗 内点选几个模型，这样几何模型的名字就会出现在后面的输入框内，后面加下划 线加“shell”，选择自己喜欢的颜色，点击 creat。 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 11 2. 首先使用 F12(2D-automesh)，点击 RESET 选择要 MESH 的面。ELEMENT SIZE 是对你所做单元的长度要求。单位是 mm。其中 INTERACTIVE 是以边界为基础的 划分网格，AUTOMATIC 是自动划分网格。如图 2-1-2。 图 2-1-2 选中的几何模型表面会以高亮的反白显示，如果在 0D 的视图下难以选择可以在 固定面板中使用命令 Vis pots，将几何模型切换到中选择 3D 视图，这样选择起 来就比较容易了。（如图 2-1-3）但是要注意，这时的 automesh 命令是需要通 过面板操作打开的，不能是通过快捷键打开的，否则 automesh 命令就会自动退 出。 图 2-1-3 3. 对所选取的 face 进行 mesh，face 之间的间隔用绿线表示（在 geom 中），如果 取消绿线，将被认成同一个 face。取消绿线用 geom 菜单下的 geom cleanup。 左键点击你所取消的线，右键还原你所取消的线。 4. 点击 MESH，表面将会出现网格，鼠标点击边界上的数字可以改变节点数，左键是 增加，右键是减少。确认后点击 RETURN 来表示确定。如图 2-1-4 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 12 图 2-1-4 5. REMESH 单元比较差的区域。还是在 AUTOMESH 的菜单里，把 SURFS 换成 ELEM， 就是改成对单元的操作。 6. 对于大小不均匀的边界上的点，可以通过改变点数来平均分配。即鼠标左键单击 自由节点上的数字使点数增加一个，再用鼠标右键点击节点数，使节点减少到原 有的个数。如图 2-1-5 图 2-1-5 7. 继续 MESH 其它的面，每 MESH 一个面就要检查 EDGE 是那些看似重合的点重合起 来。在 EDGE 界面上，ELEMENT 是指你要重合的范围是哪些 ELEMENT,TOLERANCE 指 的是公差，在这个数值之内的所有的没有重合的点都将被找到，公差是可以设的， 要根据自己的 MESH 尺寸的大小料调整。其中在重合点之前要看清楚你要重合的点， 所以要先点击 PREVIEW EQUIV 预览这些点，取人正确以后再点击 EQUIVALENCE 合并 它们。如图 2-1-6 图 2-1-6 这里我们对 edge 做一些基本的解释，所谓 edge 就是一个模型的边缘，hypermesh 会自动检查整个模型的每个节点， 当发现一个自由的节点时就认定它为模型的边缘。 这样， 在后面的有限元分析计算时，这个模型的受力、受热等边界条件将不会再继续传递下去。 所以我们需要检查的是一些错误的 edge。 如图 2-1-7：图中的红线是 hypermesh 寻找出的 edge，在整个模型的边缘都会有 edge 这是正确的，我们需要检查并消除的是左图中出现在模型中间 edge。 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 13 错误 正确 图 2-1-7 8. 在做完所有的表面以后还要重新在检查一次 EDAGE，看是否符合模型的形状。 9. 检查模型的厚度，首先使用 F8 命令的 on line 选项，在模型的厚度方向的线上 建点，如图 2-1-8，然后使用 F4 命令来测量。 图 2-1-8 10. 重新命名你所做的模型，命令是 2Drename，命名规则是模型的名字+下画 线+模型的厚度。 11.调整法线方向，快捷键 shiftF10，选择需要调整的单元和基准单元点击 adjust normals 即可，注意要先保证单元没有 edge 才可以调整。 （如图 2-1-9， 2-1-10） 图 2-19 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 14 图 2-1-10 12. 把表面的单元 OFFSET 到中面。用 2D 下的 OFFSET 命令。选择第三项 shell offset，选中全部我们需要的单元，距离输入几何模型厚度的一半。点击 offset 就可以了 13. 检查质量。F10 来检查质量。具体的质量标准如图所示： 14. 调整单元的质量。用 F6 的命令的 clean up 功能，在调整之前，要对内部的参 数进行设定，点击 set ranges 进入设定界面，具体设定如下：设定好后点击一 次 return，退出参数设定界面，在模型的节点上直接托拽即可。红色为不合格， 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 15 黄色为警告。也可用 translate 命令来处理单元质量。具体方法在本章的五节 讲述。 15. 再次检查 EDGE。FIND EDGE 后一定要马上删除掉 EDGE。 16. 再次检查质量。 这样，一个完整的部件就算做完了，在做的过程中我想大家会遇到很多我这里没有列 举出的问题。例如如何才能使单元更美化？什么样的 MESH 才算是好 MESH？那些质量 要求都是什么意思？像这样的问题我们会在进一步的练习中慢慢的渗透进去。 上面这个练 习只不过是在告诉大家一个 MESH 的全过程，让大家有一个总体的了解。 最后最后让我们再回忆一下整个步骤让我们再回忆一下整个步骤： 1 首先建立新的工作层； 2 接着选取几何模型的表面 mesh； 3 而后是对不满意的单元进行局部的 remesh； 4 检查 edge； 5 检查单元法线方向； 6 测量模型厚度并且重命名我们新建的层。 7 offset 模型； 8 检查单元质量； 1D 检查的具体解释 名称 解 释 FREE 1-D 检查是否存在自由的边。 RIGID LOOP DEPENDENCY 检查是否存在 RIGID 和 RIGID 相连的现象。 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 16 2d 检查的具体解释 名称 解释 warpage 单元的翘曲度。 aspect 单元的长宽比。 Skew 单元的最大角与最小角的比。 Quads min angle 四边形的最小角。 Quads maxAngle 四边形的最大角。 Length 单元的边长。 jacobian 单元的方正性。 Trias min angle 三角形的最小角。 Trias MaxAngle 三角形的最大角。 Save failed 存贮坏单元。 Duplicates 重复的单元。 connectivity 连接的单元。 3D 检查的具体解释 名称 解释 Warpage 单元的翘曲度 Jacobian 单元的方正性 Tet collapse 四面体单元坍塌指数 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 17 第二节 mesh 优化与 automesh 命令 上一节我们所给出的练习目的只是让大家了解 mesh 的整个操作流程， 模型可以说非 常简单，而在实际工作中我们要面对的是复杂的多的模型，从本节开始我们会逐渐加大模 型的难度，并且配合这些模型介绍更多的命令，熟练灵活的掌握这些命令的应用技巧可以 提高工作效率和更好的完成建模工作。我们开始做第二个练习： 1. 打开文件。First1.hm 2. 观察表面的特征。从而发现，这个部件是对称的。所以我们就可以只做一边，另 一边用 TOOL-reflect 命令反射过去。 3. 先从复杂的地方做起是 mesh 的原则，所以先从顶部开始做起，使用 F12 命令。 4. REMESH 顶部。改变边界的数量，使得正方形比较整齐。同时，也是的正方形的数 量最多。 5. 做 90 度的拐角处。这个地方一定要注意，它是整个部件的受力重点，所以我们一 定要细化，必须做两层以上的单元，包括两层。 6. 我们开始对 geometry 进行前期处理，使它更容易 mesh 出好的模型。首先是抓取 中面，在第一节中我们讲到，在 mesh 好表面后再 offset 到中面，但是有时因为 在拐角处的弧度过大或因为模型很厚，很难判断出在拐角处应该做几层单元，所 以我们可以对 geometry 进行前期处理。在 geom 的 surface edit 中有 offset 的命令，这个命令我们稍后介绍。 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 18 上一节我们提到过 cleanup 这个命令，但是没有使用它，首先我们要用 cleanup 清 除掉小特征线后，开始划分网格。模型侧面的两个角上有一些小的特征线，这对我们后面 的 mesh 会造成一些麻烦， 因为 hypermesh 默认在每一个几何特征的地方都保留一个节点。 所以如果保留这些小特征对几何表面进行 mesh 会产生很多小的单元，这样划分的单元大 小不一，单元质量也非常不好。因此我们要提前清理这些小特征线。这个命令在 geom geom cleanup 打开这个命令后我们不必做任何设置，直接在几何模型上执行点击操作即 可。 绿色实线是模型的分隔线， 左键点击使绿色实线变为蓝色虚线这个特征线就被忽略了， 右键点击还可以恢复这些特征线。 如果用右键直接点击绿色特征线， 就会变为红色的实线， 这时相邻的两个几何面就成为了两个不连续的面，而绿色的实线表示两个面实连续的。三 种面之间的关系可以表示为图 2-2-1 左键点击 右键点击 左键点击 右键点击 图 2-2-1 图 2-2-2 中角上的蓝色虚线就是我们忽略掉的特征线，两个地方的线都需要忽略， 大家注意右下角的两条线都被忽略了， 因为我们希望在右下角的弧形范围内有 3 个节点来 描述，如果我们只忽略其中一条线这段弧形范围内就不会平均产生三个节点。图中左下角 的地方因为特征比较小了我们只能用一个单元来模拟， 所以下面的两条特征线也需要全部 忽略。 图 2-2-2 选取我们要 mesh 的几何模型表面点击 mesh， 这时我们可以适当改变单元边界的节点 数，让网格的规划更为整齐，三角形数量达到最少并且更符合 geometry。如图 2-2-3， 我们把左下角的节点数由 2 增加到 3，这样单元质量也更好了，也更加符合几何模型了。 不连续的两个几何表面（红色实线） 连续的两个几何表面（绿色实线） 同一个几何表面（蓝色虚线） 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 19 我们曾经试图把下面的节点数由 6 增加到 7，以消除那里的三角形，但是软件自动 mesh 的结果不能让我们满意，所以还是暂时保留了这个三角形，准备稍后对这个区域的单元进 行 remesh。 对于模型上面的网格划分变动比较大，如图 2-2-4，我们把纵向的单元节点由自动生 成的 3 增加到 4，这样这个模型就是左右对称的了，本节开始我们说过，我们只需做这个 模型的一半，而后把单元用 reflect 命令反射过去，所以模型最好是左右对称的。在标 注 2 的地方，为了更好的描述几何模型拐弯的弧角，我们把单元数增加到两个。在圆通里 面，我们为了单元的整齐，将节点数从 4 增加到 8。因为在这种几何模型是弧面的地方减 少单元数是非常不明智的，首先减少单元数势必会出现三角形，这样在应力本就比较集中 的地方再出现三角形，会造成失真的应力集中。其次，这样做出的单元质量很难合格，特 别是 warpage 这一项，基本没有可能达到合格的标准。所以我们权衡利弊，哪怕会出现 一些比较小的单元，我们也要增加单元数来消除这些不利的情况。 图 2-2-3 图 2-2-4 刚才我们说过，模型侧面右下角部分网格并不是很好，需要进一步优化。点击 automesh 命令中 surf 前面的箭头，在出现的选择框中选择 element。重新划分，增加 下面的节点数后发现网格划分也不是很好，如图 2-2-5，尤其是最右下角的两个单元十分 差，这时可以用 type 选项，点击 set all 使单元尽量用方形划分。如图 2-2-6。 1 2 3 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 20 图 2-2-5 图 2-2-6 我们把下面的单元数减少到原来的五个，并且用方形单元进行规划，这次的网格比较 令人满意，只是还有一个三角形（如图 2-2-7）。我们可以再进行一次 remesh，增加侧 向的节点数来消除这个三角形。之后用 smooth 命令使单元连接处更加平滑均匀。最后的 网格见图 2-2-8。 图 2-2-7 图 2-2-8 下面我们要做的就是检查 edge，调整法线，offset 单元，调整质量，最后再进行 reflect。 我们用 F6 命令中的 cleanup 命令对单元质量进行调整。首先看侧面的这个不合格的 单元，它是三角形最大角不合格我们只需要按照图 2-2-9 中所画的提示拖动节点就可以 调整好这个单元。再把周围的单元也稍稍调整一下让整个 mesh 更加均匀平滑。 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 21 图 2-2-9 接着我们看模型顶面的不合格单元，这几个单元主要是 jacobian 不合格，Jacobian 是单元的方正度，主要的参考依据是四边形两条相对边的长度差，如果这个差值越大，单 元质量也就越差。请看图 2-2-10 的调整方法图中箭头越长表示移动越多。 图 2-2-10 在调整单元质量的时候，我们有几点是需要注意的，首先，如果单元质量过差，或者 不好的单元集中在一个区域内，首先要考虑的是重新规划网格划分，一味的用托拽来调整 单元质量并不是很好的选择。第二，cleanup 命令调整 jacobian 和最大角的命令比较方 便，但是对于 warpage 就不是很方便，调整 warpage 最好用 translate 命令。因此在调 整单元质量时需要区分出不合格单元的原因，对不同的单元采取不同的办法。最后，如果 单元实在难以合格，可以稍稍忽略 geometry，但是要掌握度，偏差不要不要过大，能够 将单元调整合格即可。如果需要偏差很大才能满足单元质量，我们就要考虑改变 mesh 的 规划了。 前面我们曾经说过，这个模型是对称的。我们可以用 reflect 命令将做好的单元镜 像到另一面。这样做不仅是能够节省时间，也避免因为单元划分的原因，导致对称的模型 最后有限元分析的结果不对称。需要注意的是，最好将单元全部调整好后再进行镜像，以 免做重复的工作。 首先在 geometry 上建立三个点，这三个点需要能够左右对称并且中点应该是中心。 打开 tool 中 reflect 命令，选择好需要镜像的单元，在单元中选择 duplicate,用 N1、 N2 来定义镜像的方向，用 base 点定义中心，点击 reflect（如图 2-2-11，2-2-12）。 镜像后再合并一下边界，检查单元质量，这个模型就算完成了。（如图 2-2-13） 图 2-2-11 图 2-2-13 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 22 图 2-2-12 第三节 用单元编辑命令优化网格划分 让我们再做一个练习。在这个练习中主要学习运用单元编辑命令与 automesh 命令结 合进行优化单元。 清理掉小特征线后用 Automesh 命令划分网格，有的地方为了更好的描述 geometry 左下角的地方要增加一个节点。发现网格划分并不是很好，需要进一步处理单元。如图（2 31）用 F8 命令 on line 在右下角的线上建 3 个点，用 F3 命令将单元的节点合并到 比较合适的地方。（如图 232）。接着用 automesh 命令选择合适的单元进行优化。 这样除了左下角一部分的单元，其他地方网格的划分都比较满意了。（如图 233） 2-3-1 2-3-2 2-3-3 用 F2 命令删掉左下角中间两个比较小的单元，用 F3 命令选中“at mid-point”选 项，将两边的单元合并在一起。（如图 2-3-4）选择合适的区域 remesh，如图 2-3-5。 通过观察我们发现，因为左下角的方形单元导致网格划分比较混乱，所以我们要用 F6 命 令将这个单元切开。选择 F6 edit element 命令，选择第三项 split,先选择要编辑的单 元，点击 split,在单元的两侧分别点击，勿必使切割线穿过编辑单元。(如图 2-3-6)之 后继续选择单元 remesh，可以适当增减左侧和下边的节点数，使单元更加整齐(如图 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 23 2-3-7)。这样只要把左边的两个三角形合并在一起，就基本上可以了(如图 2-3-8)。其实 还可以做的更好（如图 2-3-9）。 2-3-4 2-3-5 2-3-6 2-3-7 2-3-8 2-3-9 这一节，我们进一步通过一个小模型来讲解 automesh 用其他命令结合达到优化网 格划分的目的。最后我们总结一下前两节所讲的内容。 1.在建模前首先观察模型找到模型的特点， 模型是否对称， 有没有相同或相似的部位， 哪些部位比较复杂，哪些部位需要特殊处理都需要事先考虑，整个建模步骤整体规 划好后再着手 mesh 可以节省很多时间避免不必要的重复操作，减小劳动强度。这 在复杂的模型中尤为重要， 我们通常会考虑好哪一部分用什么样的命令建模后再着 手 mesh。 2模型的前期处理也是十分重要的，用 clean up 命令消除小的特征线，和提取中 面都是为了更准确，更快捷的完成建模任务。但要注意的是，在消除小特征线的 时候一定要谨慎，要区分出主要特征线和不必要的小特征线，尤其在弯曲的面上， 如果错误的忽略了主要特征线会使网格划分与 geometry 产生偏差。 3这里我们还是要重点讨论一下何谓好的 mesh。mesh 的好坏直接影响分析的结果， 那么究竟何谓好的 mesh 呢，根据我们的经验得出以下几点。 （1）模型要符合 geometry。在上面的练习中大家会注意到，我们要在一些圆角 的地方增加一个甚至是几个单元的节点， 在曲面的拐角地方至少要做两层单 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 24 元，这些都是为了更好的符合 geometry。试想我们的建模已经偏离了原有 的几何图形，怎么可能得出准确的结果呢。 （2）单元的质量要求，这是一个勿庸置疑的要求，不作赘述。 （3）单元尺寸尽量均匀，对于任何一个建模我们都会有单元的尺寸要求，这是一 个范围上的要求，不一定要完全符合，在一些细小的特征处有比较小的单元 是合理的，也是必要的。只要整个模型绝大多数是在这个尺寸附近的即认为 是符合要求的。但要注意的是不要有过大的单元，automesh 有时会自动划 分出比较大的单元，有的单元甚至会超出我们要求一倍之多。这种现象在大 平面的 automesh 时最为常见。这就要求我们在 automesh 后做一下全局的 观察，发现这种单元后选择合适的区域 remesh。 （4）三角形的数量尽量减少。三角形的单元会造成不正常的应力集中，因此我们 要尽力减少不必要的三角形。如果三要形都是向一个方向的，说明单元的数 量由一边向另外一边递减，这种三角形没有特殊的要求是不必减少的，但是 如果两个三角形是相对的， 这种三角形是可以消除的， 我们应该尽力去消除。 如果 automesh 不能起作用我们就用单元编辑命令的切割功能将其割开。 （5）mesh 的网格的纹路要顺直，不要有大的方向性的变化。 4上面的练习中我们主要介绍了 Automesh 命令，现在我们对这个命令做一个总结。 Automesh 的自由节点可以改变，节点数改变后会平均分配。命令中的 type 选项 可以使网格最大程度的用方形单元划分，但是会出现比较差的单元。所以应该反 复选择 remesh 直至出现比较满意的效果。 同时要注意在 remesh 时选择的区域要 尽量规则、方正，因为只有这样 automesh 计算出的网格划分才会更加整齐，出 现最少的三角形。 Element size:控制单元尺寸。 Vertex angle:控制弧度划分。 Break connectivity：打破边界 Anchor nodes: 固定节点。 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 25 改变单元类型可以选择 element type 后点击 set all 或直接点击主控面板上的图 标。 5Automesh 命令并不是万能的，在处理单元划分时有很多不足所以需要手工编辑 单元。其实在复杂的模型中我们可以用很多命令生成单元，automesh 并不是最 主要的方法。 第四节 几何表面的处理 我们经常会遇到这样的情况，几何模型因为各种原因不能满足我们做建模的需要，所 以我们要在前期对这些模型做一些处理，比如前两节提到的 clean up，建立中面等命令， 为了方便大家后面的学习，我们在这一节就专门来谈一谈几何模型的处理。 Hypermesh 虽然不是专门的三维制图软件，但是也附带一些几何模型的处理命令， 在命令面板中的 geom 中都是针对几何模型的处理命令， 这一节就挑选一些目前我们认为 比较方便实用的命令给大家做一下简单的介绍。 针对几何面的命令主要有 geom cleanup，defeature，surface edit，midsurface， FEsurf。 Geom cleanup： 这个命令我们已经在本章的第二节做过一些介绍。这里只是简单做一些补充。 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 26 图 2-4-1 我们一般用到的只是默认的选项 toggle，如图 2-4-1 我们可以改变 cleanup tolerance 以方便进行模型清理，尤其有时候两个破面（两个不连续的面）之间的距离很 大，我们就要增加这个公差值，这样这两个面就合并在一起了。 我们也可以用 cleanup 来批量处理面，选择最后一个选项 equivalence，选中我们 要处理的所有面， 然后定一个合适的公差， 点击 equivalence。 可以一次处理比较多的面。 Defeture： 这个命令最常用的功能是消除导角，在一些模型，特别是塑料件的模型中会有一些导 角，但是有时这些导角的特征太小难以描述，所以我们要把他们忽略。 打开 geomdefeature 命令；选择第三个分选项 surf fillets。如图 2-4-2 这时如果我们有明确的简化的目标， 可以点击 find fillets 进入下一个界面。 如图 2-4-3 图 2-4-2 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 27 图 2-4-3 选择好要消除的导角，点击 remove 导角就被消除了。但是要注意，选择的导角一定 要是一个，或者几个连续的面，否则是不能消除的。如果出现了破面，可以点击 reject 命令恢复。 我们还可以批量处理，如果一个模型需要消除的导角比较多，我们可以在图 2-4-2 的 界面内在“line”前面的下拉菜单内选择 surf，界面就变成了图 2-4-4 的形式。在 surf 处选择模型里所有的面，在 min radius 中输入最小的导角界面的半径，这里最好输入一 个比较小的数值如 0.1。在 max radius 中输入一个值，这个值也不要太大。如果太大的 话，可能会选中一些本不应该选中的面。具体数值要根据模型的情况而定，多数是 1，2 左右。最后点击 find fillets，电脑会自动找到合适的导角，并且界面变成 2-4-3 的界面。 这时我们可以再处理一下找到的面，用右键取消那些不需要消除的面。最后点击 remove 所有选中的导角就被忽略了。 图 2-4-4 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 28 如果感觉这样的导角比较难选择，还有一种方法可以让 hypermesh 自动选择。回到 图 2-4-2 的界面，在下拉菜单中选择 line，选择导角切面上的线，选择一条就可以了。点 击 find fillets，可以发现与这条线在同一截面内的导角面就全都被选中了。如图 2-4-5，2-4-6。 图 2-4-5 图 2-4-6 每个方法都有自己的特点，大家可以根据工作时的实际需要选择运用。不过都有可能 出现不能消除的导角，这时就会出现破面，我们对这种情况也没有太好的办法，只能是 mesh 后再从新 remesh 单元。我们只能做的就是尽量减少这种情况的产生，让导角的面 尽量整齐，再进行 defeature。在比较复杂的特征时，这的确是一个比较复杂的问题，需 要大家多动脑筋考虑好后在 defeature。 个人认为最后这个方法比较好，既可以省去选择导角的时间，有能较有目标的去除导 角，而且可以减少出现破面的机会。 Midsurface: 顾名思义，这个命令可以用来建立中面，因为我们做壳体建模时最后需要把 FEA 模 型放在几何模型的中面的位置上，所以这是个十分常用的命令。 打开 geommidsurface 命令，我们一般有两种用法，第一种是选择 solid，如图 2-4-7，只需要在 surfs 处选择一个模型的所有面，点击 extract 就会生成中面，不过对 于复杂的，尤其是有复杂肋板的模型通常会生成破面，但是对比较简单的模型还是有比较 好的效果的。建议大家可以对复杂的模型可以先试着生成，如果不成功在用别的方法。 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 29 图 2-4-7 第二种使用方法是选择 between surfs，虽然这个功能只能生成两个面的中面，但是 也有比较实用的地方，我们知道塑料件的肋板都有一个拔模倾角，就是肋板的上下厚度不 同，如图 2-4-8。所以我们 mesh 好肋板的表面不能 offset 到中面，只能投影到中面。但 是选取这个中面十分麻烦， 如果不能抓取中面就需要在线上建很多点， 再找出两点的中点。 如果我们有这肋板的中面，即使不能直接 mesh 这个中面， （因为这个中面的形状有时也 不完全符合几何模型）至少在投影的时候也比较方便。 如图 2-4-9，选择肋板的一个面，再选择相对的一面，点击 extract。电脑就会生成 一个中面，并且存储在一个新生成的名为 Middle surface 的层中。如图 2-4-10 图 2-4-8 图 2-4-10 北京霍夫技术服务有限公司培训手册 30 图 2-4-9 Surface edit： 这个命令也是十分常用的命令，我们通常会遇到需要切割几何模型表面的情况，这时 就可以用这个命令来操作。 比如左右对称的模型， 如果在中点上有一条分界线， 我们 mesh 的时候就可以只 mesh 一边，不必担心超过中间的分隔线。有时候因为一些原因，我们要 把几何模型的表面按一定的要求分隔开来。Surface edit 命令也可以实现这个功能。下