关于有限元分析几何建模.PDFVIP

2 基于有限元分析的几何建模 一般来说，有限元分析的第一步是建立有限元模型。然而，由于工程中涉及到的结构较 为复杂，通常需要利用CAD 软件的三维几何建模功能先创建基于有限元分析的几何模型，然 后，基于几何模型再建立有限元网格模型。HyperMesh 软件有两种方式创建几何模型：一种是 运用其几何建模功能直接创建几何模型，另一种方式是首先导入其他CAD 软件创建的几何模 型，然后对其进行几何编辑与修复，获得便于创建有限元模型的几何模型。值得注意的是：① 建立几何模型之前，一定要明确有限元分析的性能指标，因为不同分析目的的有限元模型是不 同的；②尽可能地利用CAD 软件强大的建模功能，创建益于有限元建模的几何模型，这样可 大幅度提高建模效率。 2.1 HyperMesh 几何建模功能 对于较为简单的几何模型可以通过 HyperMesh 提供的几何建模功能来完成几何建模。复 杂的几何模型则需要在CAD 建模软件中创建，导入到HyperMesh 中利用其几何建模及清理功 能进行几何模型的修复和完善。 2.1.1 特殊单元的几何模型建模 有限元模型中的特殊单元通常指点单元及线单元，点单元包括点焊单元、质量单元、弹 簧单元、刚性单元等，线单元包括杆单元、梁单元等。创建有限元特殊单元首先需要创建特殊 单元的几何模型，如点、线等几何元素，再在此几何模型基础上创建有限元特殊单元。 HyperMesh 几何模型中的点包括节点、自由点及硬点，如图2-1 所示。 节点是最基本的有限元元素，通常情况下，节点显示为一个黄色的圆球。每个节点有相 应的空间位置，并可应用节点定义单元的形状和位置，同时，节点也可用于辅助创建几何对象。 自由点是不与空间任何曲面关联的零维几何对象。通常情况下，自由点显示为“X ”，其 颜色取决于所属的组件集合。自由点通常用于创建焊接单元和连接单元。由于自由点不与任何 曲面关联，自由点可直接清除。 曲面边界的交点会形成硬点，另外模型简化如清除孔洞后圆心位置也会生成硬点。通常 基于有限元分析的几何建模 第2 章 情况下，硬点显示为灰色的圆点。硬点与曲面相关联，网格模型生成时在硬点处生成节点，组 成相应的单元网格，因此硬点会影响网格生成的位置从而影响网格质量。在不影响曲面拓扑结 构的情况下，硬点可以被压缩。 自由点 硬点 节点 共享边（绿色） 压缩边（蓝色虚线） T 型边（黄色） 自由边（红色） 1 个曲面，2 个面 图2-1 HyperMesh 二维几何模型特征 线是不与空间任何曲面或实体关联的一维几何对象。其颜色取决于所属的组件集合。线 由一个或多个线型组成，每一个线型被称为一个线段。每个线段的终点与下一线段的起点相连， 多个线段最终组成一个线实体。通常情况下，HyperMesh 自动选择合适的数量和类型的线段来 表达几何。在HyperMesh 中线可通过三种方式创建：直线（straight ）、椭圆线（elliptical ）、非 均匀有理样条曲线（NURBS ）。 HyperMesh 中提供多种创建特殊单元几何模型的方法，另外应用者也可以导入其他CAD 软件创建的几何模型文件。本节主要介绍特殊单元几何模型的创建和编辑方法，应用者可根据 待创建的几何特征及对模型细节的要求选择不同的几何创建及编辑方法。 （1）点的创建与编辑。 1）节点（Nodes ）的创建。 在HyperMesh 中创建节点主要通过Geom 主菜单页面下的nodes 面板、temp nodes 面板及 distance 面板来完成。nodes 面板提供丰富的功能按钮支持通过多种方式创建新节点。除了使 用菜单面板创建节点外，各面板选择对话框中的Duplicate/on screen 功能也可用于创建节点。 HyperMesh 中