HyperMesh 之网格划分

CAE软件在导入CAD几何模型的时候经常会遇到这样几种情况。

一、CAE软件导入几何数模时发生错误，无法导入。这种问题可能是由于版本的限制问题，例如HyperMesh5.0不能直接导入UG18的prt文件，但5.1就可以了。5.*不能直接导入pro/e的数据，但6.0就可以了。这种问题比较好解决，用CAD软件把这些几何用iges格式输出处理一下就可以了。

但这种问题也可能是几何数模中存在严重错误所致，这就需要修改模型了。

二、导入几何模型后发现有些曲面无法导入，这样模型就会缺少一些比较重要的面，或者曲面存在缝隙、重叠、错位等缺陷，对较复杂的模型这种问题是经常性的。边界错位经常引起网格扭曲，导致单元质量不高，求解精度差。

三、导入的模型很完整，没有错误。但是由于CAE分析和CAD设计的思想不同，会产生一些两难的问题。CAD设计主要是为生产服务的，模型中通常会包含某些细微特征，例如曲面和边的倒圆，小孔。进行分析时如果要准确模拟这些特征，需要用到很多小单元，导致求解时间过长。

上面第一种情况不是我想讨论的内容，第二种和第三种情况则比较复杂，因为在这两种情况下，一些在前处理方面号称自动化程度高的软件，如Ansys、Marc、Patran等都会很郁闷。就算网格能划分出来，质量怎么保证呢？毕竟我们对计算结果的精度和计算过程的费用是有要求的。那么怎么办？

一种办法是在做网格的时候忽略这些问题，比如说遇到缺少曲面，用户可以自己设法在CAE中做一个，毕竟简单的CAD工具还是有的。但也只能对简单的曲面。

另外一种办法就是几何清理，不幸的是，据我所知，目前只有两种软件可以做到，HyperMesh和I-deas，另外我注意到I-deas的帮助里提到她的几何清理功能使用了HyperMesh的专利。

关于HyperMesh的几何清理，基础内容请参考Hypermesh基础培训Day 1部分的第三章，培训材料的中文版我即将发布。很多东西还是要有经验才能理解的，大家慢慢摸索吧，有问题也可以到这里来问。

最后说一点题外话，我感觉很多朋友对几何清理并不太在乎，这是可以理解的，作为学生，做分析项目主要是对一些很简单的模型，一般软件的功能就足够了。但是真正做工程项目是不一样的，要保证计算的精度，还要考虑计算的耗费，几何清理是CAE前处理的重要部分，有了它，很多事情可以事半功倍。

在这一点上，国外和国内有很大的区别，国外对工程实际和理论的结合非常重视，国内则有一些脱节。还有这样一个现象，在国内用户群最大的软件，在国外市场份额很小，反之在国外用户最多的软件在国内没什么市场。原因当然很多，每个公司的市场做的业绩，企业领导的决定权、技术人员的观念...

网格划分可以说是CAE工作中最简单的工作，繁琐而且技术性不高，但是它却是CAE分析的基础。一个有丰富经验的划分网格高手在美

国的最低年薪是10万美元，国内就不要想了，8万人民币最多。但这个收入还是一般技术人员望尘莫及的，为什么？

你能在两个月内独立完成一个六缸发动机的六面体网格划分吗？如果你可以，你就是大牛了，不管是真的牛还是吹的牛。我连吹都不敢

吹，我用了近一个月才作了一个发动机箱盖的六面体网格，还简化了很多东西。实在是没面子。

言归正传，划分网格要明确的几个问题：

一、用什么类型的单元来划分网格？

这取决于你要做什么分析和模型的结构特点，对同样的分析，采用的求解器不同也会影响这个选择。想成为专家的人可以多看看各种软

件的单元类型介绍，初学者则不要漫无目的的到处留“情”，用到什么搞明白就可以了，Abaqus帮助手册是很好的东东。当然如果你是超级

牛人，还可以试试开发一种全新的单元。If not, forget it.

记住要选择的：

1.单元的维数；一维的线单元、二维的面单元、三维的体单元，如果是一维单元，还要根据功能不同选择bar、rigid等单元类型。

2.单元的形状；三角形还是四边形、四面体、五面体还是六面体

3.单元的阶数；4节点的四边形还是8（9）节点的四边形，8节点的六面体还是20节点的

4.其它的一些特征，比如Abaqus里有减缩积分单元、非协调元等等，每一种都有相应的适用范围。

二、网格的大小

这取决于模型的规模、计算机的能力（CPU、内存、硬盘、是否并行算法），还有对计算精度的要求。同时，经验丰富的技术人员还知道

网格的大小调整经常可以有效地提高计算精度同时降低计算耗费。

三、划分的方法

这个问题在这个论坛上大家已经讨论过很多实例了，不同的例子有很多种划分方式，比如说那个球体。有的朋友指出对复杂的模型，思

路是最重要的，工具是次要的，也有朋友认为工具相对来说更重要。仁者见仁，智者见智，大家互相学习吧。

对曲面网格HyperMesh有很多独有的划分方法，而且在划分网格时就能人工干预划分的质量，最后还有非常优秀的检查工具，应该是非常

值得推荐的（也是国际公认的）。对于实体，四面体就不多说了，有些朋友认为ansys的完全自动分网技术非常优秀，也有些朋友认为还是先

生成封闭的三角形面网格然后再自动化分体网格的方式更加能保证质量（因为中间多一个检查面网格质量的步骤）。

我想多强调一下六面体网格，因为越来越多的客户认识到六面体网格的精确性，一般的行规也是，能用六面体就不用四面体。问题出现

了，又有朋友认为软件划分六面体网格的自动化程度越高越好，但我不这么认为。毕竟机器不能代替人去思考，另外对复杂模型来说，完全

自动划分几乎是不可能的，算法不能实现且不说，即使划分出来质量也没办法提。

四、划分网格的一些原则：

1.计算精度和计算耗费的平衡原则。并不是节点越多越好，高密度的网格能带来计算精度的提高，但是采用适当的单元类型才是最重要

的，比如一块钢板，做不同的分析时可能会选择不同类型的单元，是壳单元还是体单元？如果用体单元，用线性的还是用二次单元，是全积

分还是减缩积分（Abaqus），在厚度方向上分布几层单元才合适？毕竟节点数量的增加带来的是计算量以平方增长。例如我计算过的一个钢

板弹簧，涉及接触问题，采用了六千多个六面体的减缩积分单元，如果用8节点单元，计算时间是45分钟，用20节点单元，计算时间是26个小

时，精度变化只有0.1%。

2.自动划分和人工干预的结合原则。并不是自动化程度越高越好。这个说法可能会引起歧义，我先解释一下。什么是自动化程度高？是

在复杂模型上自动生成乱七八糟的单元好呢，还是通过手工干预，合理地利用模型几何特征来实现自动划分好呢？显然是后者，因为计算机

不会知道哪个圆孔是需要特别关注因而需要细化网格的，它也不会知道哪个特征是可以忽略掉的。而通过人工指定就不一样了。

3.绝对不要认为一个模型划分完网格能计算通过就万事大吉了，问题肯定是存在的。CAE的目的是什么？是分析，结果是否合理，如何跟

客户解释？那么计算结果的合理性取决于什么呢，除了边界条件以外，网格的质量和合理性起着决定性的作用。

划分网格最重要的原则就是——态度。态度决定一切（米卢语），划分网格需要的耐心和细心都来源于认真的态度，我想无论是做人还

是做事都一定要认真。

Hypermesh最为一个优秀的网格划分工具，个人认为最突出的部分在于几何清理，这让网格划分变得简单易行。有句老话说的好啊，不怕不识货，就怕货比货，用过其他前处理软件的同仁对此应该深有体会。

这里简单对该软件做一个系统的简单的介绍：

1、软件主要模块

该软件主要由geometry、2D、3D、analysis、tool组成。后处理模块在此不做详细说明，由于大家用的求解器也五花八门，analysis面板的功能也不做详细说明。

2、通常的操作步骤（本文操作说明以8.0以上为准，与时俱进）

导入cad模型——>几何清理（包括对模型的分块）——>面网格——>检查质量——>修改网格——>生成体网格——>检查网格质量——>删掉无用的面网格——>导出数据文件

3、容易出问题的地方

个人认为网格划分过程中的问题都是可以避免的，因为这原本就没什么技术含量，有技术含量的只是软件，我们只需按照正规的步骤去操作，可以说每个人都能画出来。高手与新手的差距在于熟练度、对网格的理解、对网格质量的把握。

由于hypermesh软件自带的help说明很不错、非常不错、相当不错，所以我会在文章中引用一些来辅

助说明问题。（8.0和9.0的功能差不多，无实质性的改变，8.0的HELP文档比9.0做的好些，适合通看，9.0适合查询。所以推荐新手安装8.0，把2D和3D的例子做一遍上手更快）该文章是面对所以使用hypermesh软件的同仁的，所以看过英文help的不要觉得我啰嗦，虽然我们一直强调英语的重要性。“废话”说了一大堆，下面开始正文。

接口问题

1、 hypermesh转入ANSYS

如果你在导出数据的时候出现“ELEMENT ***** IS NOT DEFINED”的问题

用ET TYPE 建立单元类型，用component manager来赋给网格，而不是用element types。（参考HELP ：Setting Up a Model in ANSYS - HM-4410）

2、 hypermesh导入abaqus

可以从hypermesh正常导出，但是在导入abaqus的时候没有模型显示，在底下对话框中提示警告WARNING，告诉你line ****语法出错。

这类问题的出现是由于abaqus的关键字不支持任何形式的数字表达，所以一般这类问题有2种解决办法。A：在hypermesh里的model树里右键rename。B：用记事本打开INP文件，编辑——>转到——>输入WARNING中的行数——>找到问题关键字——>替换掉全文的错误关键字

3、 hypermesh导入nastran

用nastran文件做流体前处理，但是需要hypermesh画网格，没有四棱锥（金字塔单元）。

可以在user profiles里选择CFD的template，不用担心格式问题，CFD是专门针对流体网格的接口模式，默认的数据文件后缀名是nas，可以正常导入fluent等。

4、 hypermesh导入ls-dyna

至今为止，我还没遇到过接口问题，有问题的可以联系我进行补充。

5、 hypermesh导入其他user profiles中没有的软件

不要着急，hypermesh的接口是死的，但是人是活的。一般的求解器都支持nastran格式的网格文件，如果没有你要的格式，不妨一试。

网格问题

要明确rbe2,rbe3的区别，具体怎么用，得具体情况，具体分析。

约定：蜘蛛网状的联接中心的那个点叫做主节点(master node),.从节点叫做(slave node)。

/ O; N$ V5 H1 R9 f5 }/ xrbe2:即所谓刚性联接，主节点运动到哪，从节点跟到哪，从节点的位移与主节点始终保持一致，也就是一个主节点决定多个从节点。在计算的时候，程序只需要计算主节点的位移，其他节点的位移等于主节点的位移。

rbe3: 与rbe2相反，各个从节点是独立运动的，主节点的位移是从节点的位移的线性组合，也就是多个从节点决定一个主节点。在计算的时候，先算出所有从节点的位移，然后用线性组合得出主节点的位移。

7 t. e# e% ]5 ^& B! |" vrbe3通常用于把集中力/力矩分配到实际承载的区域的各个节点上，也就是slave node.各个slave node得到了分配的力之后，各自独立变形。实际上就是代替了手工把总力/总力矩分配到各个节点这个过程。

rbe2除了把集中力/力矩分配到从节点外，各个从节点不能独立变形，其变形必须与主节点保持一致，相当于用刚度无穷大的杆/梁把主节点和各个从节点联接起来。

——hg_boy

关于hypermesh的单位

跟大多数有限元软件一样，hm只认数值，不认单位的。

( t I! t. h; `单位只有使用者本人知道。

9 E* V& O0 V& n5 o- M你只要保证各个量所使用的单位的一致性就可以了。

在hypermesh里面怎么找重心

在保证你的模型有密度的前提下

) j# w/ O! F# p- y2 Z在POST下 SUMMARY中选一template的CTR-OF-GRAVITY或在tool——>mass

calc。

edges 和 faces 如何使用

find face可以用来检查体网格内部是否存在缝隙。使用find face, 可以抽出一个封闭面网格，如果模型内部存在缝隙，则在封闭面网格中存在面网格。

find edge主要用来检查面网格模型是否封闭，为生成体网格作准备。如果一个面网格模型不存在free edge和T connect. 就能判定这个网格是一个封闭的面网格。

——flyingwings

正常情况下find edge后只在边界部位生成edge，如果在其他地方生成了edge，说明该处有缝隙，网格不连续。Find face 同理。（可参考 HELP：To find the free edges in a group of elements）

有关网格质量的问题

1、纵横比

二维网格中纵横边的比值或最长边与最短边的比值。正四边形的纵横比为1，偏离正四边形越远数值越小，比值越接近1越理想。

9 r1 d' ]" M8 c+ E: g&( Q; ]- q; [" F2、歪扭角

/ D! _4 ^( z9 a* P代表偏离直角(90度)的程序。矩形的相交角为90度，所以歪扭角为0。偏离矩形越远歪扭角越大。三维网格(四面体、六面体楔形)的歪扭角采用各面的歪扭角的最小值。

9 p+ W8 g6 A0 N" t3 K/ Z7 l3锥度

表示偏离矩形形状的程度。矩形的锥度为1，偏离矩形形状越远(靠近三角形形状)锥度越小。三维实体网格(六面体、楔形)的锥度取各四边形面的锥度的最小值。

0 o+ z) u2 J; w# ?9 f+ M9 # G/ W2 X4、翘曲

( n- ! ?$ l. v1 k7 Z- h2 v评价偏离平面的程度。三点构成一个平面，在四边形单元上四个顶点未必总在一个平面上，评价偏离平面的程序指标为翘曲。在同一个平面上时翘曲为0，偏离平面越远翘曲数值越大。实体网格(六面体、楔形)的翘曲值取实体各四边形面的翘曲值得最小值。

0 q2 Z, F3 }, G' ] w: q% Q5、雅可比比率

在网格的各高斯 积分点计算雅可比行列式（一般和网格边的一阶导数相关），其中最小值和最大值的比就是雅可比比率。二维单元首先将单元投影到平面上（任意四边形三点构成的平面）然后计算雅可比行列式，实体单元直接计算雅可比行列式。四边形单元不是凸形时，将出现负值，分析也无法正常完成。简单形象点说，四边形任意两个节点 的矢量方向指向网格域外，则雅可比阀值为正，指向域内则为负。

6、扭曲

% u" A6 U. V4 . m) I实体网格的相对面相对扭转的程度。

7、 2 V/ Q+ J5 `0 N s5 K" S4 R坍塌

+ }$ }0 u! D6 J! F; z) Z3 S$ U自动划分网格时会产生四面体网格(Tetra Mesh)，此时可能会产生接近于板的高度很小的四面体，这样的四面体被称为塌陷四面体(Collapsed Tetra)。塌陷值用于评价四面体单元塌陷程度。

8、3 S- J8 v# S; ?/ I5 J线长度

& u F$ i& a; ?( m; n3 W8 N; T检查杆系网格线的长度。

9、9 B; X" X! @5 E. S7 Y! g* u+ k3 二维面网格两边交角.

检查面网格的两个边构成的角度。

——civil fans

如何快捷删除重合面

8.0 GEOM->SURFACE->FIND DUPLICATES

9.0 geom->defeature->duplicates

hypermesh如何布尔运算

Geom-solid edit-boolean

hypermesh 8.0 怎样显示节点坐标

键盘F4——>选上节点

关于几何修正的后的一些问题

例如你把两个曲面toggle在一起，就会发现原来的曲面不在是光滑的了，取而代之的是一些褶皱面。

出现褶皱是有的。不同的生成面的方式（spline、skin、drag、rule）在一些时候得出的面的视觉效果是不同的，如果褶皱不是很厉害，是不用管它的，就像有时候面的边界明明是闭合的（通过edge的颜色判断），但是看起来还是有缝。几何不是问题，关键是看生成的网格效果怎么样。

有关二次单元的问题

通过order change（2D或3D面板下都有）来转化阶次；2D面板下的automesh(或F12)默认的是first order，可以通过按钮调成second order。

有关网格质量的问题

以前老向写过一遍，JACOBI 下限 0.5~0.6 （越接近1越好）WARPAGE 上限30~40（越小越好）ASPECT

上限5~6 （可适当放宽 ）SKEW 上限 60~75 TETRAL COLLAPSE>=0.15

以上数据为一般值，可根据具体要求进行适当的调整。

关于面网格与体网格的连接问题

除了节点一一对应的特殊连接外，需要对连接处节点自由度进行限制。

在对个component间进行来回操作的时候，需要确定当前处于激活状态的是哪个component.可以在model树中右键“make current”或在信息提示栏左键进行选择。

关于提取中面的问题

软件提供一个midsurface(GEOM面板),不过很多时候用这个功能生成的中面都是残缺不全的，修要花更多的时间去修面。所以我们一般都是在表面画完网格，然后offset到中面上。