hypermesh運用實例

1、運用HyperMesh軟件對拉桿進行有限元分析1.1 問題的描述拉桿結構如圖1-1所示，其中各個參數(shù)為：D1=5mm、D2=15mm，長度L0=50mm、L1=60mm、L2=110mm，圓角半徑R=mm，拉力P=4500N。求載荷下的應力和變形。圖1-1 拉桿結構圖1.2 有限元分析單元單元采用三維實體單元。邊界條件為在拉桿的縱向對稱中心平面上施加軸向對稱約束。1.3 模型創(chuàng)立過程1.3.1 CAD模型的創(chuàng)立拉桿的CAD模型使用ProE軟件進行創(chuàng)立，如圖1-2所示，將其輸出為IGES格式文件即可。圖1-2 拉桿三維模型1.3.2 CAE模型的創(chuàng)立CAE模型的創(chuàng)立工程為：將三維CAD創(chuàng)立的模型

2、保存為lagan.igs文件。（1） 啟動HyperWorks中的hypermesh：選擇optistuct模版，進入hypermesh程序窗口。主界面如圖1-3所示。（2） 程序運行后，在下拉菜單“File的下拉菜單中選擇“Import，在標簽區(qū)選擇導入類型為“Import Goemetry，同時在標簽區(qū)點擊“select files對應的圖形按鈕，選擇“l(fā)agan01.igs文件，點擊“import按鈕，將幾何模型導入進來，導入及導入后的界面如圖1-4所示。圖1-3 hypermesh程序主頁面圖1-4 導入的幾何模型4幾何模型的編輯。根據(jù)模型的特點，在劃分網(wǎng)格時可取1/8，然后進行鏡像操

3、作，畫出全部網(wǎng)格。因此，首先對其進行幾何切分。1曲面形體實體化。點擊頁面菜單“Geom，在對應面板處點擊“Solid按鈕，選擇“surfs，點擊“all那么所有外表被選擇，點擊“creat，然后點擊“return，如圖1-5圖1-7所示。圖1-5 Geom頁面菜單及其對應的面板圖1-6 solids按鈕命令對應的彈出子面板圖1-7 實體化操作界面2臨時節(jié)點的創(chuàng)立。點擊頁面菜單“Geom，在對應面板中點擊“nodes按鈕，在彈出的子面板中選擇“on line，選擇如圖1-8所示的五根線，點擊“creat，然后return，這樣就創(chuàng)立了臨時節(jié)點。3節(jié)點編號顯示。點擊頁面菜單“tool，在對應的面板

4、中點擊“number，在彈出的子面板中勾選“display，點擊“nodes，在彈出的列表中選擇“all，點擊“on按鈕，將節(jié)點編號顯示出來，然后return，“Tool頁面菜單對應的面板如圖1-9所示，顯示節(jié)點編號的界面如圖1-10所示。圖1-8 臨時節(jié)點創(chuàng)立操作界面圖1-9 “Tool頁面菜單及其對應的面板圖1-10 節(jié)點編號顯示操作界面圖1-11實體第一次切割操作界面4幾何模型切割。點擊頁面菜單“Goem，在其對應的面板中點擊“solid edit按鈕，在彈出的子面板中選擇“trim with plane/surf選項，點擊“with plane下的“solids，在彈出的選項里選擇“a

5、ll，點擊下面的“N1，然后依次選擇如圖1-10所示13,14,15,2號節(jié)點，點擊“trim完成實體第一次切割，分成如圖1-11所示的左右兩個局部。繼續(xù)在上述界面操作，選擇“trim with plane/surf選項，點擊“with plane下的“solids，在彈出的選項里選擇“all，點擊下面的“N1，然后依次選擇7、8、13、15號節(jié)點，點擊“trim完成第二次切割。該操作主要完成利用模型的前后對稱面對實體進行第二次分割，分為四個局部如圖1-12所示。圖1-12 實體第二次切割操作界面繼續(xù)在上圖所示界面中操作，選擇“trim with plane/surf選項，點擊“with pl

6、ane下的“solids，在彈出的選項里選擇“all，點擊下面的“N1，然后依次選擇14、11、8、14號節(jié)點，點擊“trim，完成實體第三次切割，該操作主要完成利用模型的上下對稱面對實體進行第三次分割，經(jīng)過第二次和第三次分割后的模型為如圖1-13所示的8個局部。圖1-13 實體第三次切割操作界面繼續(xù)在圖1-13所示界面中選擇“trim with plane/surf選項，點擊“with plane下的“solids，在彈出的選項里選擇“all，點擊下面的“N1，然后選擇7、8、9、5號節(jié)點，點擊“trim，完成實體第四次切割；單擊“return按鈕，退出“solid edit命令。該操作主要

7、完成對下部模型弧形段實體沿垂直軸線方向在弧形段中點處進行切割，分割成如圖1-14所示的12個組成局部。圖1-14 實體第四次切割操作界面5臨時節(jié)點的去除。點擊頁面菜單“Goem，在其對應的面板中點擊“temp nodes按鈕，在彈出的子面板中點擊“clear all按鈕，點擊“return，去除所有的臨時節(jié)點。6多于實體的隱藏。將多余的局部隱藏，按下快捷鍵F5，進入“Mask面板，選擇“mask選項，點擊向下三角，選擇“solids，在圖形區(qū)選擇多余的局部，點擊“mask按鈕，點擊“return按鈕，將實體多余局部隱藏，只保存圖1-15所示模型的的1/8。圖1-15 實體隱藏操作界面5材料屬性

8、及單元屬性的創(chuàng)立。選擇下拉菜單“materials，選擇“create，在彈出的材料定義對話面板中單擊“mat name=，并輸入“steel，設置下面的顏色，選擇紅色。點擊“card image=，選擇“MAT1，點擊“create/edit按鈕，進入材料屬性定義面板，輸入材料參數(shù)，如圖1-16和圖1-17所示。圖1-16 材料創(chuàng)立操作界面選擇下拉菜單“Properties，選擇“create，在彈出的對話面板中單擊“prop name=并輸入“1，設置下面的“color按鈕，選擇藍色。點擊“card image=選擇“PSOLID，點擊“material=，選擇“steel，輸入圖1-18

9、所示的參數(shù)，然后點擊“create，完成單元屬性的定義。圖1-17 材料屬性定義操作界面6劃分網(wǎng)格。為了得到質量較好的有限元分析模型，采用對幾何模型進行分段劃分網(wǎng)格，拉桿中間界面為正六邊形局部為一段，六邊形和圓截面過度局部為一段，圓角局部可以分為兩段，最后拉桿的最外局部為一段。1二維臨時組的創(chuàng)立。點擊工具欄中的“components工具按鈕，選擇“create，在面板中單擊“compname=，并輸入“2D-1點擊“color按鈕，選擇黃色。點擊“property=按鈕，選擇“1，點擊“create按鈕，然后return，如圖1-19所示。2臨時節(jié)點的創(chuàng)立。點擊頁面菜單“Geom，在其對應的面

10、板中點擊“nodes按鈕，在彈出的子面板中選擇“on line，選擇如圖1-20所示的線段，“number of nodes=輸入“3，點擊“create按鈕，然后點擊“return按鈕。圖1-18 單元屬性創(chuàng)立操作界面圖1-19 臨時2D-1組創(chuàng)立操作界面圖1-20 臨時節(jié)點創(chuàng)立操作界面3節(jié)點編號顯示。點擊頁面菜單“Tool，在其對應的面板中點擊“numbers按鈕，在彈出的子面板中勾選“display，點擊“nodes，在彈出的列表中選擇“all，點擊“on按鈕，點擊“return，將節(jié)點編號顯示出來，如圖1-21所示。圖1-21 臨時節(jié)點顯示編號操作界面4細軸的再切割。點擊頁面菜單“Go

11、em，在其對應的面板中點擊“solid edit按鈕，在彈出的子面板中選擇“trim with plane/surf選項，點擊“with plane下的“solids，在彈出的選項里選擇“displayed，點擊下面的“N1，然后依次選擇如圖1-22所示19、21、24、19號節(jié)點，點擊“trim按鈕，完成圓弧處局部切割。重復上述操作，依次選擇16、18、27、16號節(jié)點，點擊“trim按鈕，完成過渡處的局部切割，點擊“return。圖1-22 細軸局部切割操作界面5細軸二維輔助單元的創(chuàng)立。點擊狀態(tài)欄中“set current component，在彈出的子面板中選擇剛剛創(chuàng)立的“2D-1組，將

12、其設為當前組。點擊頁面菜單“2D，在其對應的面板中點擊“automesh按鈕，在彈出的子面板中設置“elemsize=0.5，如圖1-23所示，在圖形區(qū)選擇細桿的一端面，點擊“mesh按鈕，進入如圖1-24所示界面，調整上面所有邊的數(shù)字，使網(wǎng)格較為規(guī)那么。點擊“return，再次點擊“return按鈕，完成后的網(wǎng)格如圖1-25所示。圖1-23 細軸端部二維網(wǎng)格劃分操作界面6二維輔助單元的投影復制。點擊頁面菜單“Tool，在其對應的面板中點擊“project按鈕，在彈出的子面板中再選擇“to plane選項，點擊向下三角，選擇“elems，選擇剛畫的“2D網(wǎng)格，再點擊“elems按鈕，在彈出的菜

13、單中選擇“duplicate以及“original component；點擊“to plane下面的N1，依次選擇如圖1-26所示的16、18、27、16號節(jié)點，點擊“along vector下的N1，依次選擇27號節(jié)點和與之對應的端部網(wǎng)格的最下角節(jié)點，點擊“project按鈕，然后點擊“return按鈕，這樣就將細軸端部的網(wǎng)格投影到16、18、27號節(jié)點所在的平面上，投影后的結果如圖1-27所示。圖1-24 二維mesh設置子操作界面圖1-25 生成的細軸端部二維輔助網(wǎng)格73D組的創(chuàng)立。點擊工具欄中的“components工具按鈕，選擇“create，在面板中單擊“compname=，并輸入

14、“3D-1點擊“color按鈕，選擇藍色。點擊“property=按鈕，選擇“1，點擊“create按鈕，然后return，如圖1-28所示。8細軸三維網(wǎng)格的劃分。點擊頁面菜單“3D，在其對應的面板中點擊“l(fā)ine drag按鈕，在彈出的子面板中再選擇“drag elems，點擊“elems，選擇細軸左端部的二維網(wǎng)格，“l(fā)ine list選擇細軸下部的邊界線，如圖1-29所示，“on drag輸入框內(nèi)輸入20，點擊“drag，然后點擊“return按鈕，創(chuàng)立后的網(wǎng)格如圖1-30所示。圖1-26 二維網(wǎng)格投影操作界面圖1-27 投影后的二維網(wǎng)格圖1-28 3D組創(chuàng)立操作界面9過渡局部網(wǎng)格的劃分。

15、點擊頁面菜單“3D，在其對應的面板中點擊“solid map按鈕，在彈出的子面板中再選擇“general選項，“source geom選擇“surf選擇由16、18、27號節(jié)點所在的平面，“dest geom選擇“surf，選擇由19、21、24號節(jié)點所在的扇形面，“along geom選擇“l(fā)ines依次選擇連接連個面的四條線，如圖1-31所示，點擊“elems to drag，點擊“elems在圖形區(qū)選擇投影在16、18、27號節(jié)點所在平面上的所有2D單元，設置“elem size=0.5，然后點擊“mesh，然后點擊“return，這樣就完成了過渡局部的3D網(wǎng)格，如圖1-32所示。圖1-

16、29 line drag操作界面圖1-30 line drag生成的實體單元10圓角局部的網(wǎng)格劃分。為剛剛創(chuàng)立的3D網(wǎng)格的末端平面創(chuàng)立一個臨時的2D網(wǎng)格，用來輔助生成后面的實體單元。點擊頁面菜單“Tools在其對應的面板中點擊“faces按鈕，在彈出的子面板中點擊“elements，選擇上一步創(chuàng)立的最右端一層實體單元，如圖1-33所示，點擊“find faces按鈕，生成臨時的2D網(wǎng)格，點擊“return按鈕。點擊頁面菜單“3D，在其對應的面板中點擊“solid map按鈕，在彈出的子面板中再選擇“general選項，“source geom選擇“surf選擇由19、21、24號節(jié)點所在的平面

17、，“dest geom選擇“surf，選擇圓弧的扇形面，“along geom選擇“l(fā)ines依次選擇連接連個面的三條線如圖1-31所示，點擊“elems to drag，點擊“elems在圖形區(qū)選擇“faces上任意一個單元，設置“elem size=0.5，然后點擊“mesh，然后點擊“return，這樣就完成了過渡局部的3D網(wǎng)格，如圖1-34所示。圖1-31 solid map操作界面圖1-32 solid map 生成的過渡段實體單元11圓角后半局部和端部的中心局部單元的創(chuàng)立。為剛剛創(chuàng)立的3D網(wǎng)格的末端平面創(chuàng)立一個臨時的2D網(wǎng)格，用來輔助生成后面的實體單元。點擊頁面菜單“Tools在其

18、對應的面板中點擊“faces按鈕，在彈出的子面板中點擊“elements，選擇上一步創(chuàng)立的最右端一層實體單元，如圖1-35所示，點擊“find faces按鈕，生成臨時的2D網(wǎng)格，點擊“return按鈕。點擊頁面菜單“3D，在其對應的面板中點擊“l(fā)ine drag按鈕，在彈出的子面板中再選擇“drag elems，點擊“elems，選擇“faces上的任意單元，點擊“elems，在彈出的選項里選擇“by face，點擊“l(fā)ine list按鈕，然后在圖形區(qū)選擇拉桿中心軸最右面的一段，“on drag輸入框內(nèi)輸入20，點擊“drag，然后點擊“return按鈕，創(chuàng)立后的網(wǎng)格如圖1-36所示。圖1

19、-33 創(chuàng)立外表單元操作界面圖1-34 圓角局部的網(wǎng)格劃分12端部外圍單元的創(chuàng)立。點擊頁面菜單“Geom，在其對應的面板中點擊“surface edit按鈕，在彈出的子面板中選擇“trim with nodes，“two nodes，分別選擇剛剛生成3D單元的右上部最外端沿軸兩個節(jié)點，點擊“return，這樣就將端部幾何形體的上截面分成兩個局部，分割后的幾何形體如圖1-37所示。點擊狀態(tài)欄中“set current component，在彈出的子面板中選擇“2D-1組，將其設為當前組。點擊頁面菜單“2D，在其對應的面板中點擊“automesh按鈕，在彈出的子面板中將網(wǎng)格劃分對象設定為“surf

20、ace，在圖形區(qū)選中桿右端上角區(qū)域“element size中輸入“1.2，“mesh type選擇是四邊形單元，點擊“mesh按鈕，然后點擊“return，完成2D單元的創(chuàng)立，生成單元如圖1-38所示。圖1-35創(chuàng)立外表單元操作界面1-36 line drag 生成的端部中間單元圖1-37 端部經(jīng)分割后的幾何形體圖1-38 automesh生成的網(wǎng)格點擊狀態(tài)欄中“set current component，在彈出的子面板中選擇“2D-1組，將其設為當前組。點擊頁面菜單“3D在其對應的面板中點擊“spin按鈕，在彈出的子面板中選擇“spin elements，再點擊“elem按鈕，選擇剛剛畫的

21、2D網(wǎng)格，在下面的旋轉方向選擇“Z-axis，點擊“B在圖形區(qū)選擇軸線上任意一個節(jié)點作為回轉基點，“angle輸入“90，“on spin輸入“10，其他參數(shù)不變，具體設置參見圖1-39，點擊“spin+，繪制所需3D網(wǎng)格，點擊“return完成命令，生成的單元如圖1-40所示。圖1-39 spin命令參數(shù)設置圖1-40 spin命令生成的3D單元圖1-41 organize命令操作界面13單元移動。點擊頁面菜單“Tool，在其對應的面板中點擊“organize按鈕，再點擊“elems按鈕，從彈出的選項中選擇“by collector，從彈出的列表中選擇“solidmap組，點擊“dest c

22、omponent=，選擇3D-1組，點擊“move按鈕，點擊“return，完成將模型中所有單元移動至“3D-1組中，如圖1-42所示。圖1-42 organize命令操作界面14輔助單元及component的刪除。點擊頁面菜單“Tool，在其頁面對應的面板中點擊“delete按鈕，在彈出的子面板中單擊向下的三角形圖標，從彈出的列表中選擇“comps，然后點擊“comps，從彈出的列表中選擇“solidmap、“2D-1、和“facess三個組，點擊“select，返回上一級界面，點擊“delete entity按鈕，點擊“return按鈕，刪除所有的臨時組，刪除臨時組后的模型如圖1-43所示

23、。圖1-43 刪除輔助單元后的模型15模型的鏡像。點擊頁面菜單“Tool在其對應的面板中點擊“reflect按鈕，在彈出的子面板中點擊向下的三角形圖標，從彈出的列表中選擇“elems，然后點擊“elems，從彈出的列表中選擇“all，再次點擊“elems按鈕，從彈出的列表中選擇“duplicate，從彈出的列表中選擇“original comp；點擊“N1，從圖形區(qū)內(nèi)選擇如圖1-44所示模型的上外表任意選擇四個點，點擊“reflect，點擊“return，完成單元的第一次復制與鏡像，復制與鏡像后的模型如圖1-45所示。圖1-44 鏡像命令操作界面圖1-45 第一次鏡像后的模型在當前的鏡像操作頁

24、面內(nèi)，再次點擊“elems，從彈出的列表中選擇“all，再次點擊“elems按鈕，從彈出的列表中選擇“duplicate，從彈出的列表中選擇“original comp；點擊“N1，從圖形區(qū)內(nèi)選擇如圖1-45所示模型的前外表任意選擇四個點，點擊“reflect，點擊“return，完成單元的第二次復制與鏡像，復制與鏡像后的模型如圖1-46所示。圖1-46第二次鏡像后的模型在當前的鏡像操作頁面內(nèi)，再次點擊“elems，從彈出的列表中選擇“all，再次點擊“elems按鈕，從彈出的列表中選擇“duplicate，從彈出的列表中選擇“original comp；點擊“N1，從圖形區(qū)內(nèi)選擇如圖1-46

25、所示模型的左端面任意選擇四個點，點擊“reflect，點擊“return，完成單元的第二次復制與鏡像，復制與鏡像后的模型如圖1-47所示。圖1-47 第三次鏡像后的模型16刪除臨時節(jié)點。點擊頁面菜單“Goem，在其對應的面板中點擊“temp nodes按鈕，在彈出的子面板中點擊“clear all按鈕，點擊“return，去除所有的臨時節(jié)點。17節(jié)點合并。點擊頁面菜單“Tool，在其對應的面板中點擊“edges按鈕，在彈出的子面板中點擊向下的三角形圖標，從彈出的列表中選擇“elems，然后點擊“elems按鈕，從彈出的列表中選擇“all，在“tolerance里面輸入“0.2點擊“previe

26、w equiv按鈕，然后點擊“equivalence按鈕，點擊“return按鈕，完成節(jié)點合并，操作界面如圖1-48所示。圖1-48 edges操作界面圖1-49 load collector創(chuàng)立界面7載荷、約束的創(chuàng)立。點擊工具欄中的“l(fā)oadcollector工具按鈕，在彈出的面板中選擇“creat，“l(fā)oadcol name=中輸入“spc，點擊“color按鈕，選取紅色，點擊“creat按鈕，再次在“l(fā)oadcol name=中輸入“force，點擊“color按鈕，選擇綠色，點擊“creat按鈕，再點擊“return按鈕，完成“spc和“force兩個載荷組的創(chuàng)立，如圖1-49所示。8

27、添加約束和載荷。在鍵盤上“G鍵，再出現(xiàn)的全局設置面板中點擊“l(fā)oadcol=，從彈出的面板中選擇“spc，如圖1-50所示，從而將“spc組設置成為當前載荷組。點擊頁面菜單“Ansysis，在其對應的面板中點擊“constraints按鈕，在彈出的子面板中選擇“creat，點擊向下的三角形按鈕，從彈出的選項中選擇“nodes，在圖形區(qū)選擇中心對稱面上的說有點，利用鼠標右鍵點去“dof1、“dof2、“dof4、“dof5、“dof6前面的勾選項，只保存“dof3前面加鉤選項，點擊“creat按鈕，點擊“return按鈕，完成約束的添加。節(jié)點的選擇及參數(shù)的設置如圖1-51所示。圖1-50 全局設置操作界面圖1-51 約束施加操作界面在鍵盤上“G鍵，再出現(xiàn)的全局設置面板中點擊“l(fā)oadcol=，從彈出的面板中選擇“forces，從而將“force組設置成為當前載荷組。點擊頁面菜單“Ansysis，在其對應的面板中點擊“forces按鈕，在彈出的子面板中選擇“creat，點擊向下的三角形按鈕，從彈出的選項中選擇“nodes，在“magnitude=中輸入“15左端面節(jié)點總數(shù)為309個，每個節(jié)點上的力為4500/309=15，點擊“N1前面向下的三角形按鈕，