有限元分析簡(jiǎn)介CAE前處理課件

1、CAE 軟件培訓(xùn)20141.有限元分析簡(jiǎn)介2.CAE前處理 2.1 hypermesh基本功能介紹 2.2 hypermesh幾何清理 2.3 網(wǎng)格劃分 2.4 添加邊界及約束條件 2.5 針對(duì)碰撞的關(guān)鍵字設(shè)置3.LS-DYNA求解器 3.1 求解器界面功能介紹 3.2 常見(jiàn)問(wèn)題解決方法4.CAE后處理（LS_PREPOST） 4.1 界面及功能介紹 4.2 計(jì)算正確性評(píng)估 4.3 數(shù)據(jù)提取及操作5.實(shí)際問(wèn)題解答 內(nèi)容簡(jiǎn)介第一天第二天有限元分析流程 1.有限元分析簡(jiǎn)介前處理：將幾何模型轉(zhuǎn)化為有限元模型的過(guò)程。通常前處理要占到整體時(shí)間的80%，同時(shí)前處理網(wǎng)格的質(zhì)量直接影響到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。 1

2、.有限元分析簡(jiǎn)介CAE分析中要保證單位制的統(tǒng)一2. CAE前處理2.1 hypermesh基本功能介紹2.1 hypermesh基本功能介紹2.1 hypermesh基本功能介紹Hypermesh快捷鍵2.1 hypermesh基本功能介紹hypermesh根據(jù)菜單功能分成7項(xiàng)：Geom: 幾何特征生成及編輯1D: 一維單元生成及編輯2D: 二維單元生成及編輯3D: 三維單元生成及編輯Analysis: 接觸和界條件定義及編輯Tool: 模型編輯及檢查功能Post: 后處理及編輯功能2.1 hypermesh基本功能介紹軟件界面 Goem面板常用操作1. quick edit : 集成了常用的

3、幾何清理工具 ，快捷鍵F112. autocleanup: 自動(dòng)清理功能，推薦劃分網(wǎng)格熟練后選擇性使用3. surfaces/surface edit: 創(chuàng)建平面/編輯平面功能，常用于修復(fù)破損的中性面 4. defeature: 去倒角命令，根據(jù)模型實(shí)際情況選擇性使用，一般不建議去倒角5. midsurface: 抽中面功能，可根據(jù)不同情況進(jìn)行處理，常用自動(dòng)抽中面6. lines/line edit: 創(chuàng)建線/編輯線功能7. nodes/node edit: 創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)/編輯節(jié)點(diǎn)功能2.1 hypermesh基本功能介紹軟件界面 1D面板常用操作1. edit element : 創(chuàng)建與編輯單元

4、 ，快捷鍵F62. replace: 替換節(jié)點(diǎn)，常用于手工合并共節(jié)點(diǎn)，快捷鍵F33. detach: 拆分功能，常用于分開(kāi)共節(jié)點(diǎn)的單元 4. connector: 用于批量創(chuàng)建焊點(diǎn)5. Hyperbeam: 用于常見(jiàn)和定義梁的截面屬性6. bars/rigids/rbe3: 用于常見(jiàn)桿、梁剛性體與柔性單元7. masses: 創(chuàng)建和修改質(zhì)量單元2.1 hypermesh基本功能介紹軟件界面 2D面板常用操作1. automesh: 自動(dòng)創(chuàng)建殼單元的方式，快捷鍵F122. qualityindex: 常用于網(wǎng)站質(zhì)量檢查及調(diào)整3. ruled: 通過(guò)現(xiàn)在邊界幾點(diǎn)后線段創(chuàng)建網(wǎng)格 4. spline:

5、 通過(guò)選擇節(jié)點(diǎn)并將所選節(jié)點(diǎn)連成均勻線段創(chuàng)建網(wǎng)格5. drag: 通過(guò)沿指定方向拉伸節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建網(wǎng)格6. line drag: 通過(guò)沿指定線拉伸節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建網(wǎng)格7. elem offset: 網(wǎng)格偏移2.2 hypermesh幾何清理幾何清理目的：簡(jiǎn)化幾何特征，改善幾何模型的拓?fù)潢P(guān)系，以獲取高質(zhì)量的網(wǎng)格。CAD模型需要精確的幾何表述，通常包含某些細(xì)微的特征，如小倒角、小孔等，而有限元分析時(shí)，如要準(zhǔn)確的模擬這些特征，需要用到很小的單元，導(dǎo)致求解成本急劇升高，通常將這些無(wú)關(guān)大局的特征簡(jiǎn)化處理，此外，在導(dǎo)入模型時(shí)，有些幾何信息會(huì)出現(xiàn)丟失，錯(cuò)位等現(xiàn)象，如不進(jìn)行幾何清理，將導(dǎo)致求解精度變差，因此改正導(dǎo)入模型時(shí)出現(xiàn)

6、的錯(cuò)位，消除不必要的結(jié)構(gòu)特征，對(duì)提高網(wǎng)格質(zhì)量及求解精度是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。幾何清理原則：部件中裝配的重要性特征相對(duì)于分析關(guān)鍵區(qū)域的位置特征的尺寸與網(wǎng)格平均尺寸關(guān)系2.2 hypermesh幾何清理可讀取多種CAD格式的文件2.2 hypermesh幾何清理獲取中性面方法一：直接通過(guò)midsurface功能提取中性面方法二：通過(guò)offset surface轉(zhuǎn)化中性面優(yōu)化拓?fù)潢P(guān)系（幾何清理）：就是優(yōu)化面與面之間的連接關(guān)系，修復(fù)錯(cuò)誤的幾何關(guān)系，還原幾何數(shù)據(jù)到零件的實(shí)際狀態(tài)，為后續(xù)網(wǎng)格劃分做鋪墊2.2 hypermesh幾何清理2.2 hypermesh幾何清理2.2 hypermesh幾何清理2.3

7、 hypermesh網(wǎng)格劃分由實(shí)際結(jié)構(gòu)生成有限元個(gè)單元，即結(jié)構(gòu)離散，離散的過(guò)程就叫網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格分為以下幾種：1D單元： 主要應(yīng)用rigid單元，可模擬螺栓連接等2D單元： 即殼單元，也是最常用的單元，有三角形和四邊形兩種，一般用于模擬薄壁類(lèi)零件3D單元：即實(shí)體單元，主要用于反映體積大，厚度大的零件1D2D3D2.3 hypermesh網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分，通常采用automesh功能：1.elems: 對(duì)已有網(wǎng)格進(jìn)行重新劃分（網(wǎng)格已存在）2.surfs: 對(duì)surface進(jìn)行網(wǎng)格劃分，即在幾何清理基礎(chǔ)之上2.3 hypermesh網(wǎng)格劃分通過(guò)改變節(jié)點(diǎn)密度和網(wǎng)格類(lèi)型調(diào)整網(wǎng)格質(zhì)量2.3 hyperm

8、esh網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分完成后，通過(guò)qualityindex進(jìn)行網(wǎng)格質(zhì)量檢查，可通過(guò)調(diào)整相關(guān)項(xiàng)目對(duì)劣質(zhì)網(wǎng)格進(jìn)行優(yōu)化修正通過(guò)check elements(F10),可對(duì)網(wǎng)格各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢查統(tǒng)計(jì)2.3 hypermesh網(wǎng)格劃分網(wǎng)格質(zhì)量控制技巧：網(wǎng)格質(zhì)量很大程度上取決于幾何清理的質(zhì)量，幾何清理過(guò)程中要兼顧實(shí)體特征和網(wǎng)格質(zhì)量對(duì)幾何特征進(jìn)行塊的劃分，相對(duì)規(guī)則的塊更有利于得到高質(zhì)量的網(wǎng)格，同時(shí)在網(wǎng)格生成過(guò)程中要對(duì)節(jié)點(diǎn)密度和網(wǎng)格類(lèi)型進(jìn)行靈活的調(diào)整2.4 添加邊界及約束條件網(wǎng)格完成后，要導(dǎo)入材料和厚度的相關(guān)信息，根據(jù)零件的材料和厚度對(duì)中性面網(wǎng)格定義，這樣模型中就能充分反映零件的真實(shí)狀態(tài)。要準(zhǔn)確的模擬碰撞的情況

9、，需要在CAE中反映出周邊數(shù)據(jù)的真實(shí)情況，這樣才能確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性梁?jiǎn)卧w積控制集曲線集接觸控制集施加載荷集材料集輸出元素集繪圖元素厚度集集合集向量集2.5 碰撞的關(guān)鍵字設(shè)置通過(guò)設(shè)置control card中的各項(xiàng)參數(shù)，可控制模型的輸出動(dòng)畫(huà)、能量變化、零件的應(yīng)力應(yīng)變等詳細(xì)參數(shù)，便于我們?cè)诤筇幚碇蟹治瞿Ｐ偷母髦笜?biāo)。DYNA應(yīng)用在多種行業(yè)和領(lǐng)域，針對(duì)碰撞方面有其特定的關(guān)鍵字設(shè)置。2.5 碰撞的關(guān)鍵字設(shè)置Memory: 計(jì)算時(shí)運(yùn)行內(nèi)存NCPU: 計(jì)算時(shí)運(yùn)行CUP數(shù)量精確度設(shè)置：設(shè)置單元階次通常都是使用1階單元，計(jì)算成本低，采用2階計(jì)算可提高精度，但要顯著提高計(jì)算成本能量設(shè)置：HGEN:沙漏能計(jì)

10、算選項(xiàng) 1不計(jì)算 2計(jì)算RWEN:延遲能量耗散選項(xiàng) 1計(jì)算剛性墻能量耗散 2計(jì)算SLNTEN:接觸滑移能耗散選項(xiàng) 1不計(jì)算滑移能 2計(jì)算RYLEN:阻尼能耗散選項(xiàng) 1不計(jì)算阻尼能 2計(jì)算接觸設(shè)置：SLSFAC : 滑動(dòng)接觸懲罰系數(shù)，默認(rèn)0.1，當(dāng)發(fā)現(xiàn)穿透量大時(shí)可調(diào)整RWPNAL: 剛性墻罰函數(shù)因子系數(shù)ISLCHK: 初始穿透檢查01不檢查2檢查SHLTHK: 厚度偏置設(shè)置0不考慮1考慮但剛體除外2都考慮PENOPT: 對(duì)稱(chēng)剛度檢查T(mén)HKCHG: 單面接觸中考慮殼單元厚度0不檢查1檢查ORIEN: 初始化過(guò)程中接觸面界面自動(dòng)在定位 1自動(dòng)ENMASS: 對(duì)銷(xiāo)蝕掉的節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量處理 0從計(jì)算中銷(xiāo)蝕節(jié)

11、點(diǎn)1保留沙漏控制設(shè)置：此選項(xiàng)可用于調(diào)節(jié)沙漏較大的問(wèn)題IHQ: 總體附加剛度或黏性阻尼方式選項(xiàng) 1 標(biāo)準(zhǔn)的DYNA模型QH: 沙漏能系數(shù)，超過(guò)0.15會(huì)導(dǎo)致計(jì)算不穩(wěn)定輸出控制設(shè)置：NPOPT: 輸出抑制選項(xiàng) 0不抑制 1抑制NEECHO: 抑制選項(xiàng)只要針對(duì)節(jié)點(diǎn)而言NREFUP: beam單元的參考節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)是否更新0不更新1更新IACCOP: 從時(shí)間歷程和節(jié)點(diǎn)速度得到平均加速度OPIFS: 輸出接觸文件時(shí)間間隔IPNINT: 輸出第一次循環(huán)所有單元的初始時(shí)間步長(zhǎng)IKEDIT/IFUSH并行控制設(shè)置：多CUP下并行處理應(yīng)用設(shè)置單元控制：WRPANG: 殼單元翹曲度 大于設(shè)定值會(huì)警告 ESORT: 自

12、動(dòng)挑選退化的網(wǎng)格保證求解穩(wěn)定 IRNXX: 單元法線更新選項(xiàng) 性0不挑選1挑選ISTUPD: 單元厚度改變選項(xiàng)0不變化1變化 THEORY: 殼單元使用理論BWC: 單元的翹曲剛度 MITER: 平面應(yīng)力塑性選項(xiàng)PEOJ: 單元翹曲度投影方法 計(jì)算終止控制卡片：ENDTIM: 強(qiáng)制終止計(jì)算時(shí)間 EDNCYC: 終止循環(huán)次數(shù)DTMIN: 最小時(shí)間步長(zhǎng)因子 ENDENG: 能量改變百分比ENDMAS: 質(zhì)量改變百分比時(shí)間步控制卡片：DTINIT: 初始時(shí)間步長(zhǎng) TSSFAC: 時(shí)間步長(zhǎng)縮放系數(shù) 計(jì)算不穩(wěn)定可減小ISDO: 計(jì)算4節(jié)點(diǎn)殼單元時(shí)間不長(zhǎng)方法 TSLIMT: 指定最小時(shí)間步長(zhǎng)DT2MS:

13、因質(zhì)量縮放計(jì)算用的時(shí)間步長(zhǎng) LCTM: 限制最大時(shí)間步長(zhǎng)的加載曲線ERODE: 當(dāng)計(jì)算時(shí)間步小于TSMIN的體單元自動(dòng)刪除MSIST: 限制第一步的質(zhì)量縮放并且根據(jù)之前的時(shí)間步確定質(zhì)量矢量 0否1是完全輸出控制卡片：DT: 輸出時(shí)間間隔 LCDT: 輸出時(shí)間間隔時(shí)間曲線NOBEAM: BEAM特性輸出控制單元子集的時(shí)間歷程數(shù)據(jù)輸出控制：DT: 輸出時(shí)間間隔LCDT: 指定輸出時(shí)間間隔曲線重啟動(dòng)數(shù)據(jù)輸出控制：DT: 輸出時(shí)間間隔中間過(guò)程數(shù)據(jù)輸出控制：DT: 輸出時(shí)間間隔輸出文本控制：DEFGEO: 輸出變形幾何信息 ELOUT: 輸出計(jì)算結(jié)果如應(yīng)力應(yīng)變等GLSTAT: 輸出模型整體能量信息 MA

14、TSUM: 輸出個(gè)體相關(guān)信息如動(dòng)能內(nèi)能等NODOUT: 輸出節(jié)點(diǎn)變形、速度、加速度等信息 RCFORC: 輸出界面力SECFORC: 輸出截面力 SLEOUT: 輸出滑移能SPCFORC: 輸出單點(diǎn)約束的發(fā)作用力 DEFORC: 輸出離散單元作用力信息數(shù)據(jù)輸出控制：NEIPH: 體單元額外的積分點(diǎn)歷史變化數(shù)計(jì)入2進(jìn)制數(shù)據(jù)庫(kù)中NEIPS: 殼單元額外的積分點(diǎn)歷史變化數(shù)計(jì)入2進(jìn)制數(shù)據(jù)庫(kù)中MAXINT: 殼單元積分點(diǎn)計(jì)入2進(jìn)制數(shù)據(jù)庫(kù)匯總STRFLAG: 設(shè)置1則輸出應(yīng)變張量 SIGFLG: 是否包含殼單元應(yīng)力張量EPSFLG: 是否包含殼單元有效塑性應(yīng)變 RLTFLG: 是否包含殼單元合成應(yīng)力ENG

15、FLG: 是否包含殼單元能量密度和厚度 CMPFLG: 輸出各向同性和各向異性材料應(yīng)力應(yīng)變IEVERP: 選擇1每一個(gè)狀態(tài)輸出一個(gè)顯示文件 BEAMIP: 輸出梁?jiǎn)卧e分點(diǎn)DCOMP: 對(duì)剛性墻的數(shù)據(jù)壓縮 SHGE: 輸出殼單元沙漏能密度STSSZ: 輸出殼單元時(shí)間步，質(zhì)量等 NINTSLD: 體單元積分點(diǎn)數(shù)量計(jì)入數(shù)據(jù)3. LS-DYNA求解器3.1 界面介紹啟動(dòng)DYNA分析重運(yùn)行最后一個(gè)重啟動(dòng)分析調(diào)用后處理軟件查看運(yùn)行最后一個(gè)的結(jié)果3.1 界面介紹1234運(yùn)算流程：1.調(diào)入需運(yùn)算的文件文件通常為.k或.dyn格式2.設(shè)置運(yùn)算應(yīng)用的CPU數(shù)量根據(jù)計(jì)算機(jī)硬件和文件大小設(shè)置3.設(shè)置運(yùn)算應(yīng)用的內(nèi)存默

16、認(rèn)為200000004.點(diǎn)擊即可運(yùn)算3.2 常見(jiàn)問(wèn)題解決運(yùn)算內(nèi)存不足增加內(nèi)存rigid零件中的節(jié)點(diǎn)或單元不可重復(fù)定義為rigid link等rigid元素DYNA運(yùn)算過(guò)程中問(wèn)題多種多樣，更多問(wèn)題及解決方案詳見(jiàn)附件4. CAE后處理（LS-PREPOST）4.1 界面及功能簡(jiǎn)介下拉菜單圖形窗口主菜單熱鍵按鈕命令解釋及執(zhí)行界面動(dòng)畫(huà)控制按鈕4.1 界面及功能簡(jiǎn)介主菜單頁(yè)面功能：page1: 后處理和基本操作page2: 前處理和后處理page3、4: 關(guān)鍵詞編輯格式page5、6：前處理創(chuàng)建DYNA數(shù)據(jù)page7：前處理網(wǎng)格劃分pageD：實(shí)體顯示常用后處理操作：Splane: 查看切面視圖Find

17、: 查找節(jié)點(diǎn)及單元等ASCII：ASCII信息讀取Color: 調(diào)整零件顏色及透明度Blank: 隱藏單元等Selpar: 顯示隱藏零件熱鍵按鈕4.2 計(jì)算結(jié)果正確性評(píng)估運(yùn)算完成后需后處理查看相關(guān)參數(shù)確定運(yùn)算結(jié)果是否有效1. 模型質(zhì)量增量小于5%2. 碰撞中總能量基本保持不變3. 其他能量曲線平順4. 滑移能不可為負(fù)值5. 內(nèi)能和動(dòng)能轉(zhuǎn)化基本相同6. 沙漏能小于總能量的10%4.3 數(shù)據(jù)提取及操作在后處理中通常要提取應(yīng)力、應(yīng)變、位移加速度等信息通過(guò)ASCII信息讀取的主要信息：glstat: 讀取能量信息，總能量、動(dòng)能、內(nèi)能、沙漏能等matsum：個(gè)體零件能量信息nodout: 節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)信息讀取的應(yīng)力、應(yīng)變信息：Fcomp菜單下：stress：可讀取零件的等效應(yīng)力，各方向各面的應(yīng)力和 塑性應(yīng)變Misc: 可讀取零件的