hypermesh教程

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第一章 HyperMesh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。

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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:是对平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 作用 加SHIFT F1 选择颜色 F2 删除 删点 F3 替代 找边界 F4 测量 移动 F5 隐藏 查找 F6 编辑单元 切割单元 F7 靠齐 投影 F8 编辑点 F9 线的编辑 编辑面 F10 检查质量 调法线 F11 comp设置 移动 F12 自动MESH 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

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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。 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。

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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。

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．Tools

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。

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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。 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。

1．disp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

选项 template file component systcol loadcol element size

解释 选择与分析软件的接口模板 选择当前的编辑层 选择当前编辑的坐标系 选择当前编辑的荷载层 定义建模时的单元尺寸 5

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3．Option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。

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。

1．by 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。

2．displayed：当前显示的所有单元。 3．all：模型中的所有单元。

4．reverse：在所有显示的单元中反选。

5．by collector；选择某一层中的所有单元。 6．on plane:选择某一平面内的所有单元。 7．retrieve:调出存储的单元。 8．save：存储选择好的单元。 9．by id:通过单元的ID号选择。

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10．by assems: 选择一个assembly中的单元。 11．by group: 选择接触类型的单元。 12．duplicate: 复制所选择的单元。

13．by config：通过单元类型选择单元。 14．by set: 选择某一set包含的单元。 15．by surface: 选择某一面上的单元。

16．by adjacent: 选择制定单元周围的单元。 17．by attached: 选择与指定单元相连的单元。 18． by face: 选择与指定单元为同一面的单元。在option命令中modeling的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。

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第二章mesh步骤

第一节 壳体mesh

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。

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

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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

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，

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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。

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edge，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2D－rename，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shift＋F10，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）

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图2-1-9

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(2D-edit element)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，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。

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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 free 1-d’s rigid loop dependency

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解 释 检查是否存在自由的边 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

2D 检查的具体解释

名称 warpage aspect skew quads min angle quads maxangle length jacobian trias min angle trias maxangle save failed duplicates connectivity

解释 单元的翘曲度 单元的长宽比 单元的最大角与最小角的比 四边形的最小角 四边形的最大角 单元的边长 单元的方正性 三角形的最小角 三角形的最大角 存贮坏单元 重复的单元 连接的单元

3D 检查的具体解释

名称 warpage jacobian tet collapse 解释 单元的翘曲度 单元的方正性 四面体单元坍塌指数

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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。First\\1.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。

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

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不连续的两个几何表面（红色实线）

左键点击 右键点击

连续的两个几何表面（绿色实线）

左键点击 右键点击

同一个几何表面（蓝色虚线）

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。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。

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图2-2-3 图 2-2-4

1 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。

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。

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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。

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

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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

图2-2-12

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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（2－3－1）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2－3－2）。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2－3－3）

图2-3-1 图2-3-2 图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）。

图2-3-4 图2-3-5 图 2-3-6

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图2-3-7 图2-3-8 图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。

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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

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。 5．automesh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。

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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，FE－surf。

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。

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geom——defeature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

图2-4-3

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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

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。

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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geom——midsurface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。

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

图2-4-9

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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。下面我们就具体介绍一下这些命令的使用方法：

1．首先介绍最常用的一项trim with surf

如图2-4-11这个模型，很明显是一个左右对称的模型，如果在中央分界处有一条分界线，我们mesh起来就非常方便了。所以现在要做的就是把这个模型从中间切割开。打开geom ——Surface edit命令，选择第三项trim with surf。Surfs处选择这个模型所有的面，先在模型上建立三个点，注意要保证模型的中截面上有一个点。这时定义方向，我们可以用三点定义方向，这时我们三点确定的面就是截面。不过有时这样不能保证准确，我们也可以定义一个坐标方向，因为CAD制图在绝大多数情况下也是按照坐标方向定义的。如图2-4-12，这个模型就是按照X方向对称的。所以我们就打开方向点前面的下拉菜单，选择坐标X方向，base点选择模型中间的点，点击trim，模型就被切割为对称的两部分了。如图2-4-13

图2-4-11

图2-4-12 图2-4-13

2．Trim with nodes

这个命令十分简单，如果模型表面需要按照特殊的要求被分隔，我们可以使用这个命令，在Surface edit命令中选择第一项Trim with nodes，如图2-4-14。只要我们在模型的边界线上选两个点，软件就会自动找到这两个点中间的面，并且按照这两个点为界限将找到的这个面分割为两部分。但是切割的方式是延最短的直线方式切割的，如果要有弧形的切割要有，就需要将trim surfs with参数定义为multiple nodes这样切割线就是一条弧线。

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图2-4-14 3．offset

这个offset命令和前面我们提到的offset命令有相同的功能，只不过这个命令的操作对象是几何模型，前边提到的命令操作对象是FEA模型。这个命令的主要用途也是生成中面。前面我们说过，用middle surface命令生成中面有时会产生破面。现在我们又多了一个选择。我们可以把几何模型的表面offset到中面的位置，而后再进行mesh。

如果要生成中面，最好新建一个层，用来存储中面的几何体，在Surface edit命令中选择最后一项offset，在surfs处选择模型一侧的表面，通常选择一个面然后用by face就可以将其他的都选中。选中后，我们要检查一下表面的法线方向，这个命令中只能延法线正方向offset，点击show normal。

这里有两种法线显示方式：color display normals和vector display normals。即用颜色显示和用箭头显示，我们可以任意选择。用颜色显示时，红色表示向外，蓝色表示向内。

我们当然需要向内offset表面，所以如果方向相反的话就点击reverse normal将法线反过来就可以了。

这时duplicate所选中的单元，在duplicate时选择current comp这样复制出的几何面就存储在新建的层中了。如图2-4-15

输入要offset的数值，点击offset。模型的表面就到中面的位置了。

图2-4-15

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第四节 Washer的做法

首先看一下这个模型，这是一个左右对称的模型，我们需要用surface edit命令将模型切割为两部分。

这个模型比较特殊的地方是模型正面比较大的两个的圆孔需要做washer。所谓

washer就是垫圈。因为这两个圆孔是螺栓的连接孔，我们知道在螺栓连接的周围通常会有很大的应力集中，所以这个孔周围的mesh需要比较高的质量，不能有三角形。所以在有限元分析中这种螺栓孔周围有一种固定的网格划分方法，是由一圈完全相同的方形单元组成，称之为washer。Washer是建模工作中一个比较重要的部分，希望大家认真学习。

现在我们来具体讲解washer的做法，首先在线上建点，点数一般为5个或3个。用F4命令建立两个点的中点或三个点的圆心，总之要找到螺栓孔的圆心。(如图2-4-1)

第二步用translate命令将任意一个点duplicate后延半径方向移动一段距离，这个距离通常为mesh尺寸的一半。(如图2-4-2，2-4-3)

图2-4-1 图 2-4-2

图2-4-3

接下来使用2D—spin命令：

? 选择我们刚才translate的两个点。

? 方向点选择孔周围的点来定义旋转的平面，base点选择孔的圆心， ? 角度360°(特殊情况用180°)

? 下面的选项中建议选择：mesh, w/o surf (如图2-4-4，2-4-5)

图 2-4-4

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图2-4-5

最后automesh washer周围的面，用F3命令将这些单元连接在一起，remesh周围的单元(如图2-4-4)。旁边的小孔没有必要做washer留出一个方孔即可。

图2-4-4 最后，总结和拓展一下washer做法，做washer的命令看似简单其实内藏玄机，如何能够让washer与周围的单元尽量好的结合在一起，在实践中你会发现这其实是一个十分值得讨论的问题。

如图2-4-4，washer周围基本没有三角形，单元的质量也很好，现在把我们的经验拿出来供大家讨论，其实只要把握住三点，washer就可以与周围的单元比较好的连接。

首先就是washer的边长，为什么我们在translate时要选择mesh尺寸的一半，就是这个原因。虽然没有找出理论的依据，但是根据大量的实践经验发现，用这样的尺寸能够达到连接的尺寸要求。其次是washer单元的个数，一般的螺栓孔washer周围都会是6个或8个单元也会有比较大的孔但多数会是偶数。至于具体是几个，一个小窍门就是选择mesh, w/o surf，由电脑计算出单元的个数，我们再稍加调整即可。最后是washer的方向，有时我们会发现washer周围的单元发生扭曲，或有很多三角形，这时我们可以试着转动washer。首先将模型缩小整体观察一下automesh网格的线路，如果远处单元穿过孔的圆心就旋转washer至单元与其他单元对齐，如果是节点的线穿过螺栓孔，就将washer的节点与其对齐。总之要使mesh的纹路能够平直的延伸通过washer，如果是单元对节点，绝大多数情况会出现三角形和比较差的单元的。我们应该尽力避免。

Washer周围的mesh是一个比较难处理的地方，即使是一个熟练的工程师也没有把握很快很好的处理，也需要反复的remesh，调整直至得到满意的效果。我们的经验也仅供参考，还要结合模型具体分析。相信大家可以通过一定量的练习是可以掌握其中的要领的。

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第五节 复杂曲面的建模

这一节介绍一些复杂曲面的建模方法，在扳金件中通常会有一些特殊的形状，如一些为了提高刚度设置的凹槽，bead等，这些特征是十分重要的，它们对模型的计算结果有很重要的影响，并且在建模中是一个难点。这节主要介绍这样特征的做法。首先看图

（2-5-1）图中其他的特征如我们之前的方法建模，我们主要介绍模型中的bead的做法。

图2-5-1 对于这种模型我们可以用midsurface来生成中面， 但是生成的中面会产生破面如图2-5-2，于是我们换用offset的方法来生成中面，这次的效果不错。

图2-5-2 图2-5-3 按照我们以前讲的方法先做好其他的表面（如图2-5-3），模型中bead的部分网格十分差需要重新整理（图2-5-4），去掉一些小特征将网格整理一下（图2-5-5）。但是这样的mesh也并不是很好，三角形过于集中，我们需要进一步整理。虽然三角形在这样的特征中是可以存在的，但是我们也要尽可能的将其减少。这时我们就可以稍稍忽略geometry，不一定每一条几何特征线都有单元来描述，但是一定要抓住主要的几何特征形势，在这种思想下我们就可以比较顺利的作出既符合几何特征，又有比较高质量的模型。否则即使我们消除了三角形，单元质量也比较难合格。所以在这种特征的建模工作中，应该将更多的时间和心思花在mesh的规划上，而不是在调节质量的工作上。如何判断对几何的取舍很难有一个固定的标准，需要经验的积累，最初在做建模的时候可能需要多试几次才能找到比较好的建模，总的原则是四边形单元不要跨越很明显的特征，否则warpage会非常的差，很难调整最后的办法只能是割成两个三角形。最好是在建模时就通过网格的规划将这些潜在的困难消化掉。

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图2-5-4 图2-5-5

调整后的网格如图2-5-6，虽然已经与原几何图形有了一些出入，但是在总体的模型特征上还是符合几何的特征，因此在后面的质量调整上也会比较轻松。

图2-5-6 图2-5-7

用F10检查质量只有一个warpage单元不合格，另外有一些单元Jacobian不合格。对于Jacobian最好是用单元编辑中的clean up来处理比较方便。Warpage用translate命令处理有比较好的效果。通过clean up的调整Jacobian和最大角不合格的单元已经消除，只剩下一个warpage不合格的单元，如图2-5-7。我们要用translate命令来调整。

点击tool——translate命令。选择要调整的节点，用N1、N2、N3三点来定义要调整的方向。HypermMesh中的定义方向都是可以由三点来定义的并且遵循右手定则，即食指中指等四指延1、2、3三点方向旋转握拳，拇指伸出方向为法线正方向。如图2-5-8

图2-5-8

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输入调整幅度，不要太大0.1即可，点击translate+/-如果方向不能确定就先移动一下节点检查这个单元的warpage是变大还是变小，如果变大再向反方向移动即可。

这里有一个小窍门，我们在前面提到过，面板中打开的命令上可以叠加一个快捷键打开的命令，因此我们最好从面板中打开translate命令而用快捷键F10打开质量检查的命令，这样可以及时观察质量调整状况，做一些调整后如果单元仍然不合格，就可以退出质量检查命令继续调整，而不必重新选择要调整的节点和定义方向。

调整warpage时如果角度比较大最好单元几个节点都调整，而不要只调一个节点，因为这样会使与其相连的单元质量变坏。并且我们认为如果一个单元的warpage大于30度就最好不要调整了，因为调整好这个单元势必会引起其他的单元变坏而且有可能已经偏离了geometry，如果这样的单元很多，就要考虑改变网格规划，如果只有一个，将其割为两个三角形即可。

在检查模型时我们发现了另外一个问题，模型凹下的斜坡的地方有些不太符合

geometry，需要修改一下。如图2-5-9，这个斜坡处本来有一些弧度，但是我们因为做的是两层单元，所以这个弧度特征被忽略了，这对分析的结果可能会有一定影响，所以需要修改，我们把它变成3层单元。

图2-5-9

方法很简单，只要remesh这些单元，再把点投影到几何的中面上去就可以了。 选中这些单元用automesh命令remesh把两边的节点数增加到3。如图2-5-10

图2-5-10

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用单元编辑的命令稍微整理一下不太好的单元，同时还能去掉一些三角形。如图2-5-11

图2-5-11 用tool——project命令将单元上的节点分别投影到几何面上去。

打开porject命令选择第三项to surface，选择一些需要投影的点，再surf处选择这些点对应的表面，如图2-5-12，2-5-13。注意，这个命令的surf一次只能选择一个表面，所以选择点的时候不用选的太多，只选择一个表面对应的范围内的点就够了。延投影的方向可以自定义方向，不过这里我们只需要延几何面的法线方向就可以了。点击project命令。

图2-5-12

图2-5-13

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投影好后再用clean up 和translate命令来调整单元质量。这个模型就修改好了，现在斜坡部分的mesh就比修改之前好多了。如图2-5-14

图2-5-14

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第三章 特殊形状的建模

在这一章中我们会提高建模的难度，主要是一些由塑料浇铸的带有肋板的模型，这些模型与我们前面介绍的模型有些不同，单独用automesh命令不能很好的生成单元，我们在这一章中会介绍多种生成单元的命令。

第一节 带有肋板的模型的处理

图3-1-1

这个模型看似复杂实际很简单，因为它的肋板十分有规律，并且是对称的模型，我们只需要做一半就够了。现在我们仔细观察一下这个模型，对这个建模过程做一个整体规划。

这种模型我们一般有两种做法，一种是先做下面的主面，再用drag命令生成单元；另一种是先生成肋板的单元，再用ruled命令生成底面的单元。对于这个模型，我们可以先做好表面上的肋板，因为这些肋板都是同样的高度，我们可以找到特征线后drag，然后生成底面，模型四周的面比较复杂不太可能用这种方法，所以我们还是用automesh命令，offset到中面后再与肋板相接。

首先我们做好四周的面，比较小的导角忽略掉，我们可以mesh模型另一面的face，那里没有肋板，生成的单元比较整齐，至于肋板我们可以将相应的点用project命令投影到肋板的中面再生成肋板。模型拐角地方的突起是比较重要的特征，不可以忽略。

图3-1-2 图3-1-3

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图3-1-4

这是大家第一次接触project这个命令，我们做一个简单的介绍，这个命令在tool面板中，键盘快捷健是shift＋F7。进入命令，我们看到左侧有四个分选项，第1个是投影到平面，第二个是投影到垂直面，第三个是投影到surface面上，第四个是投影到线上。我们现在要用到的是第一个选项，选择所要投影的点，选择投影的目标平面和投影时所遵循的方向。（如图：3-1-3，3-1-4）这个目标平面是我们之前已经准备好的肋板的中面，在这个中面上建一些点，这些点即可以用来定义投影的目标面。投影好后记得要将肋板穿过的单元切开，这一点十分重要，否则的话就会有edge。如图（3-1-5）

而后用2D－ruled命令生成肋板单元，ruled命令要求我们分两组选择生成单元的点。点击命令面板中黄色区域可以选择“by list”或者“by path”如果要选择的点非常多，推荐使用by path，电脑会自动选择给定两点之间的所有节点，十分方便。如图（3-1-6）这样，肋板就完成了，因为肋板有拔模角度，所以我们要对肋板的单元分成不同的厚度赋予不同的图层。如图（3-1-7）

图3-1-6

图3-1-5 图3-1-7

而后，我们开始作模型底部的肋板，通过观察我们发现这些肋板都是同样的高度，而且都没有弧度，所以我们可以用drag，spline 等命令来生成肋板，生成肋板后再用rule命令生成底面。下面我们介绍如何生成肋板：

通过观察发现肋板有一些导角，这些导角当然是忽略不做的（如图3-1-8）。但是这些导角的确给我们生成肋板单元增添了不少麻烦，我们可以用Geom→defeature命令来消除导角，这个命令我们会在后面做详细的介绍，但是这也是一个比较费时的工作，其实我们没有必要用一个完整的CAD模型来生成单元，有几个点就足够了。

首先，F8命令在肋板交汇处建立3个点，用F4命令生成中点，这样肋板交汇的点就有了。下面要知道肋板的高度，因为我们需要用肋板来生成底面，所以肋板的高度要考虑到底面offset的厚度。在底面的一面建几个点，project命令投影到另一面上，这里用project命令的第三项：to surface,选中在底面上建的点，用选择菜单duplicate复制所选

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的点， 方向选择surface normal（如图3-1-9）。再用F4命令建立中点。这样，我们需要的底面的中面就有了，将我们刚才建立的肋板交汇的中点复制并投影到三点确定的中面上，在肋板的另一个交汇处做一个交汇点。这样准备工作就做好了。（图3-1-10）

图3-1-8 图3-1-10

图3-1-9 肋板的高度是17mm，有两个单元足够了在两点间建立一个中点。使用drag命令生成肋板，选择肋板高度方向的三个点，方向选择两个交汇点，其余选项见图3-1-11。

图3-1-11

图3-1-12就是用drag命令生成的肋板，其余肋板大体都是如此做法，将肋板上的点投影在一起。需要注意的是，在投影肋板时要沿着肋板的方向投影。尤其在肋板有一定夹角的情况下，一定要注意投影方向，（见图3-1-13）因为如果不定义投影方向，软件默认为目标面的法线方向。对中间的圆形肋板，可以先作出中线再drag出肋板。做中线的命令为Geom→line 选择两条线，建立中线（见图3-1-14）

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图3-1-12 图3-1-13

图3-1-14

最后用rule命令生成底部的单元，调整mesh，中间的圆孔部分因为厚度不同所以分出了不同的图层。肋板的末端需要调整以符合geometry。（如图3-1-15）

图3-1-15

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第二节 比较复杂肋板的模型

上一节我们讲了有肋板的模型的建模方法。总体来说这样的模型比较复杂，建模上花费的时间比较多，在今后的工作中会有很多模型有更复杂的特征，还需要大家想办法解决。

上一节我们讲的模型肋板比较有规律，形状也很简单，这一节我们讲解一个模型，这个模型有比较复杂的肋板，这些肋板是用来与其他件做连接用的，我们俗称叫doghouse，做这些肋板比较麻烦，基本的思路还是单独做doghouse，然后再把他们和主体连接起来。

让我们先看看这个模型，如图3-2-1，这个模型没有大量的肋板，而且主体部分特征比较复杂，所以我们先生成主体，offset到中面后在生成肋板。最后再把单元不好的地方重新remesh一下。基本的思路就是这样。

图3-2-1 最初的工作仍然是清理几何模型，将一些小特征线忽略掉，消除掉一些导角，个人的mesh习惯不同，有些人比较习惯生成中面进行mesh，有些人习惯mesh后offset到中面。这些都是可以的，根据个人习惯，我在这里先mesh表面再offset到中面。

将模型offset后比较小的导角忽略掉，如图3-2-2，3-2-3，去掉小的特征线。

图 3-2-2 图3-2-3 Mesh模型的表面，因为我们是要后生成肋板，因此选择首先mesh没有肋板的那一侧的表面，这样mesh出的单元不会产生因为小特征而保留的细小的单元。

生成单元后对这些单元稍做调整，主要是删除掉一些细小的单元，先不必考虑mesh的质量，三角形等因素，因为我们后面还要在上面加上肋板，我们再与肋板连接后再对不

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好的单元进行优化。这时我们只要保证没有过于细小的单元，可以顺利的offset到中面就可以了。

调整好单元后检查edge，将单元offset到中面。如图3-2-4

图3-2-4 接下来就是做doghouse的肋板。让我们来观察一下，如图3-2-5有些特征是不能被忽略的，doghouse的底座下部的厚度突然变小了。顶部的连接物都是需要描述出来的。

图3-2-5 我们做这个的步骤是：首先mesh底座的表面，把厚度变小的分界线投影到外表面，将单元分层，一起offset到中面。做好上面的连接物，与doghouse底座连接在一起。最后把整个doghouse与主体连在一起。

先建立一个新层，层的名字为“模型名＋下划线＋rib＋下划线＋厚度”如果这个厚度上下不一致，取平均值就可以了。如果上下相差太多，最好分开厚度层。一般我们取厚度层精确到小数点后一位就可以了。

首先mesh好底座的表面，遇到因为肋板分开的点，用F3命令，选择at middle选项，将肋板两侧的点合并在一起。

用project命令将分界线投影到表面，选择第三项to surf。在操作对象的下拉菜单处选择line，如图3-2-6。选择分界处的线，duplicate这些线，目标面选择相应的底座的外表面，方向选择面的法线方向。这样，底座的外表面就有厚度的分界线了。

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图3-2-6

接着选择表面mesh的点，用project命令的第四个选项to line投影到这些线上。新建一个层，命名为比较小的厚度，将这些单元organize到新层中。这个命令在

2D——organize中快捷健是shift+F11。只要选择好需要转移的层，选择好目标层，点击move就可以了。

现在该开始做顶部的连接物部分了，我们先做了一些中面，里面的两个小肋板可以直接在中面上进行mesh，外边的两个稍大的肋板因为要留出中间肋板的节点，就只能mesh肋板的内表面，再投影到中面上去。如图3-2-7

图3-2-7 图3-2-8 我们还取了底座顶部的中面，刚才我并没有mesh这个顶面，因为即使mesh后也还要做大的改动，所以我会做好上面的肋板后和底座的立面用rule命令生成这个定面。现在我们要做的是将肋板的底边的点，和底座上的点都投影到这个中面上去。

这个连接物的肋板都是对称的，我们只需要做一对就可以，剩下的可以reflect生成。生成两边的肋板后用rule命令生成中间的肋板，如图3-2-8。

用F3命令将这些肋板的节点合并到一起。注意这里就不能用at middle选项了，最后再整理一下肋板的mesh，因为这时mesh已经不用再offset了，所以我们可以顺便调整一下单元质量。

而后，我们就可以完成底座定面的mesh，这时不能再用automesh了，主要用rule命令，甚至可以用F6命令直接生成单元。

在这里，为了达到单元质量的要求，我们可以稍稍牺牲geometry。因为小肋板与底座侧面的间隙太小了，我们不可能用一个单元在那里，只好将两个节点合并在一起。牺牲geometry也是被迫的选择了。如图3-2-9

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图3-2-9

顶部的mesh做好后，我们就要把doghouse与主面连接在一起了。第一步要做的就是投影，将doghouse底边的点投影到主面上，再用F3命令将主面上的点合并到doghouse上。但是也有例外，就是在主面拐角处因为要保留弧度的特征，就需要将主面上的点投影到肋板所在的平面上，再将肋板上的点合并到主面上。总之，如果你想保留哪里的特征，就先将哪里的点投影到对方的面上。

需要注意的是，这里投影时需要指定方向。否则肋板就会出现不正常的偏差。

用单元编辑命令调整主面和肋板上的单元，保证每个节点都连接好。之后我们还要对主面上的单元remesh，或做一些调整，使单元质量提高，减少三角形。如图3-2-10。

Doghouse上还有几个比较大的肋板用来支撑doghouse。因为这个肋板形状比较简单，我们就抓取中面，将主面上的点投影到肋板中面的平面上，再用rule命令，或spline命令生成肋板就可以了。如图3-2-11

这样一个doghouse就做完了，按照这个方法，将其他的doghouse也做出来。

图3-2-10 图3-2-11

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Doghouse做好了，其他的小肋板就容易多了，有很多办法都可以生成。我来简单介绍一种。

首先生成肋板的中面，将附近的点投影到平面上，用生成线的命令（geom——line）生成中线，这个命令我们在上一节讲过，这里就不多做介绍了。用rule命令点对线生成单元。最后把生成单元做一下调整，使之整齐。这个肋板就做好了。如图3-2-12

图3-2-12

肋板做好后把附近的主面上的单元用automesh或smooth命令做一下优化，让他们更整齐一些。如图3-2-13

图3-2-13

所有肋板都做好后，检查模型，看还有没有需要修改的地方，有没有肋板忘记做了。检查edge，检查单元质量。这个模型就完成了。

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第四章 固体单元建模

前面我们讲的建模都是2D单元的壳体建模，这种模型相对简单，从这章开始我们要讲解的都是基于3D单元的固体单元的建模，这种模型的计算精度较高，但是建模比较复杂也比较困难，我们会从最简单的模型开始讲解，后面的几节中我们会逐渐的加大难度，固体建模的命令并不多，但是思路十分重要，希望读者朋友在阅读时着重体会建模的规划思路。而这些思路也是一些基本的考虑方法，在今后的工作中还是要针对不同的模型具体问题具体分析，不必墨守陈规，这样才能达到好的效果。

第一节 认识固体单元

要做固体单元建模，首先要认识固体单元如图4-1-1，固体单元分为以下三种：六面体hex，五面体penta，四面体tetra。 其中hex和penta的单元积分方式相同，我们所讲的固体单元建模基本是指这两种单元，当然有时为了能够描述模型特征也会少量使用tetra，还有一种建模方式是全部使用tetra单元，我们称为三角形固体建模。

Hex Penta Tetra

图4-1-1

下面我们介绍一下固体单元的生成方法，最简单的生成固体单元命令可以用F6－creat命令，这里面可以生成4种固体单元，其中一种是pyramid，顾名思义是金字塔型的单元，但是这种单元不被一些分析软件接受，所以不能用。

另外一种单元是用2D单元来生成固体单元，即几何学上面生成体的原理。这类生成固体单元的命令有主要有drag、line drag、linear solid、solid map等命令，此外spin，offset等命令也可以生成固体，只是不常用。这些命令使用我们会在稍后的章节种进行介绍。

固体单元的单元质量要求相对较低，对于hex和penta单元的建模只考察warpage和jacobian两个参数，warpage的基本要求是20，jacobian的要求是0.55，并且对于一些行装复杂的模型还可以稍稍降低要求，也是可以接受的。Tetra单元的建模要考察最小角和tet collapse两个参数，最小角的标准是10，tet collapse的标准是0.15。如图4-1-2

图4-1-2

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所谓tet collapse是三角形的坍塌，即单元一个点投影到相对的面的长度与边长的比值。如图4-1-3

tet collapse 较好的单元 tet collapse 较差的单元

图4-1-3 虽然固体建模的质量要求比较底也是因为有时模型复杂所致，这不能成为放松建模质量的借口，毕竟质量越高的模型得到的分析结果越精确。因此在比较简单的模型或比较容易调整单元质量的地方我们还是应该尽力使模型的质量更好。细节体现一个工程师及一个公司的素质，对完美的追求是我们有限元分析工程师的宿愿，我们相信人性中对美好的寻求是人类进步的源动力，也是成功的基本素质，不是么？

第二节 简单的固体单元建模

首先让我们看一个简单的模型建模，如图4-2-1，这是一个tube 并且上面没有其他特征，我们首先做好tube的截面，再用line drag命令就可以生成有限元模型了。

图4-2-1 图4-2-2 首先建立一个新层，叫shell或temp之类的都可以这个层用来存储截面的辅助壳体单元。做好后这个层是需要被删除的。管子的截面是一个规则的圆形，我们可以先做整个圆的四分之一，之后用reflect命令复制，如图4-2-1的截面我们称之为标准截面，在较差的单元质量和三角形中我们选择了避免三角形而牺牲一些单元质量。做好模型的截面，生成一个叫solid的层，在这个层中我们存储固体单元。

如图4-2-3tube的第一部分是直线的所以我们可以选择用drag命令或者line drag命令，两者的效果是完全一样的。这里我选择用drag命令，将当前层选择刚才建立的solid层。首先在geometry的轴线上建立几个点以便定义方向。然后打开3D面板中的drag命令，选择第二个子选项“drag element” 在element中选择截面中的单元，方向选择轴线两端的点。距离选择N2-N1，在on drag中输入我们希望生成的固体单元层数，这段距离为

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45mm，我们的单元尺寸为6mm，我们输入9。点击“drag＋”就可以了。（如图4-2-4、4-2-5）

图4-2-3 图4-2-4 图4-2-5 下面我们继续生成拐角处的单元，在拐角的弧形特征生成固体单元就必须要用line drag命令了。前面我们讲过，要生成固体单元需要辅助的壳体单元，那么壳体单元从何而来呢，我们当然可以从新做一个截面，或者复制刚才的截面单元到需要的地方，不过这样太麻烦了，我们可以取face。Face固体单元表面的一层壳体单元，是针对固体单元的类似edge一样检查模型连续性的工具，但是它还有一个功能就是提供壳体截面。我们进入Tool－face命令。选择刚才生成的固体单元，点击find face。这样就有了继续生成固体单元的壳体单元了。

进入3D－line drag命令，选择face的壳体单元，如果难以选择，就先在disp中关掉solid层，但是在生成固体单元时最好显示固体单元层，这样在生成新的固体单元后可以直接观察到单元情况，如果生成的单元层数不满意点击reject还可以调整参数重新生成，而如果不打开固体单元则不能reject了，只能删除新生成的单元后再做调整，这样就比较麻烦了。

Line drag命令与drag命令很相似，选择要drag的单元再选择参考的线，输入要生成的单元层数，点击drag命令即可（如图4-2-6）。做好的固体单元如图4-2-7

选择参考线

图4-2-6 图4-2-7

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