基于HyperWorks的高效NVH網(wǎng)格劃分技術(shù)

 摘要：本文借助于HyperMesh模塊和SimLab軟件，在網(wǎng)格劃分和網(wǎng)格質(zhì)量調(diào)整過程中進(jìn)行了探索和研究，有效結(jié)合HyperMesh模塊強(qiáng)大的手動(dòng)控制功能和SimLab軟件高效的自動(dòng)化功能，建立了高效網(wǎng)格劃分流程。通過對(duì)NVH網(wǎng)格劃分過程的介紹及最終劃分效果的對(duì)比，展示了新流程的可行性，網(wǎng)格劃分的高效性，網(wǎng)格質(zhì)量的可控性。應(yīng)用表明兩個(gè)軟件有效結(jié)合，能高效的完成高質(zhì)量的網(wǎng)格劃分，并能很好的保證仿真結(jié)果。

1 概述

將實(shí)際結(jié)構(gòu)劃分為有限個(gè)單元的過程叫做結(jié)構(gòu)離散。有限元法分析的思想就是利用一個(gè)離散結(jié)構(gòu)的近似力學(xué)模型來代替原有的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，離散后的結(jié)構(gòu)僅在節(jié)點(diǎn)連接，通過節(jié)點(diǎn)施加載荷和約束，并且依靠節(jié)點(diǎn)進(jìn)行力的傳遞。各種類型的有限元法，第一步都要將分析對(duì)象進(jìn)行離散，因此離散的過程是有限元分析前處理中的一個(gè)重要步驟——網(wǎng)格劃分。由于有限元計(jì)算模型的合理性在很大程度上由網(wǎng)格形式所決定，因此，網(wǎng)格的劃分是有限元計(jì)算的基礎(chǔ)，也是其中心工作之一，而且工作量大，耗時(shí)多。[1]

隨著專業(yè)的深入及方向的細(xì)化，仿真領(lǐng)域越分越細(xì)、越做越專。分析類型的不同，使得它們的網(wǎng)格有著不同的特點(diǎn)及對(duì)網(wǎng)格有著不同的要求。其中，可靠性網(wǎng)格與NVH仿真網(wǎng)格就有明顯的區(qū)別：

(1)從網(wǎng)格的尺寸上，動(dòng)力總成NVH仿真為了控制網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)，要求網(wǎng)格尺寸盡可能的大，一般平均取10mm;可靠性網(wǎng)格要求影響應(yīng)力集中的區(qū)域尺寸盡可能的小，局部尺寸有可能達(dá)到0.1mm左右。

(2)從結(jié)構(gòu)的特征上，動(dòng)力總成NVH網(wǎng)格中小孔、小圓角、倒角等特征可以忽略;可靠性網(wǎng)格要保留圓角、小孔等特征，尤其是應(yīng)力集中的區(qū)域必須保留。

(3)NVH網(wǎng)格要求影響結(jié)構(gòu)剛度的特征必須保留，如：加強(qiáng)肋、翻邊等特征。這點(diǎn)和可靠性網(wǎng)格的要求是一致的。

總之，NVH仿真分析要求：控制網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)量，網(wǎng)格盡可能的大、盡可能的少、網(wǎng)格質(zhì)量必須達(dá)標(biāo)、特征保留的好。然而，網(wǎng)格越大，越容易丟失一些特征，網(wǎng)格質(zhì)量越差。在先前流程中，只有通過反復(fù)的網(wǎng)格質(zhì)量檢查及手動(dòng)修補(bǔ)，來調(diào)整網(wǎng)格的質(zhì)量及特征的保留，這樣會(huì)增大仿真工程師的勞動(dòng)強(qiáng)度，且效率大幅度下降。為了提高網(wǎng)格劃分效率，本文通過研究和探索，形成了新的網(wǎng)格劃分流程。

2 高效NVH網(wǎng)格劃分流程的建立

2.1 HyperMesh模塊和SimLab軟件特點(diǎn)介紹

HyperMesh模塊手動(dòng)控制功能強(qiáng)大;網(wǎng)格控制快捷鍵多;能靈活的調(diào)整網(wǎng)格單元;同時(shí)能夠很好的控制網(wǎng)格質(zhì)量。

相對(duì)HyperMesh而言，SimLab軟件自動(dòng)化程度高，特別是在網(wǎng)格質(zhì)量自動(dòng)調(diào)整與修補(bǔ);能強(qiáng)制保留特征;設(shè)計(jì)變更時(shí)，導(dǎo)入控制策略快速實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格劃分;無須幾何清理。

因此，為了要得到質(zhì)量達(dá)標(biāo)，特征保留的好，且劃分所用時(shí)間少的網(wǎng)格，就需要有效結(jié)的合兩個(gè)軟件的優(yōu)點(diǎn)，即在SimLab軟件中快速實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格劃分，在HyperMesh中方便高效的控制網(wǎng)格質(zhì)量。

2.2 高效網(wǎng)格劃分流程

高效網(wǎng)格劃分流程圖如下圖1所示：

圖1 高效網(wǎng)格劃分流程圖

3 高效網(wǎng)格劃分流程的應(yīng)用

3.1 高效網(wǎng)格劃分過程介紹

以某發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼為例，結(jié)合HyperMesh模塊和SimLab軟件，詳細(xì)的介紹高效網(wǎng)格劃分流程：

第1步：在SimLab軟件中導(dǎo)入油底殼幾何，如圖2所示。

第2步：在SimLab軟件中構(gòu)建油底殼局部網(wǎng)格控制策略。

(1)參數(shù)化提取油底殼特征：包括螺栓孔，圓角，油底殼大平面及強(qiáng)制保留特征，能夠快速提取幾何特征，并參數(shù)化分布網(wǎng)格種子，以快速的控制局部網(wǎng)格尺寸、質(zhì)量，如圖3所示。

(2)強(qiáng)制保留油底殼上加強(qiáng)肋特征：能夠不受尺寸的限制，強(qiáng)制保留特征的完整性;如圖4、圖5所示。

第3步：在SimLab軟件中生成油底殼2D NVH網(wǎng)格。如圖6、圖7、圖8。

(1)在先前的控制策略基礎(chǔ)上生成2D結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，在結(jié)構(gòu)網(wǎng)格本體上再生成2D NVH網(wǎng)格。

(2)清除自由邊，補(bǔ)充缺少單元以實(shí)現(xiàn)2D封閉網(wǎng)格。

第4步：在SimLab軟件中進(jìn)行油底殼2D網(wǎng)格質(zhì)量檢查及網(wǎng)格調(diào)整，如圖9所示。

(1)給定網(wǎng)格尺寸標(biāo)準(zhǔn)，一般NVH網(wǎng)格最小尺寸取1mm。

(2)計(jì)算不合格的單元并得到不合格單元所占百分比。

(3)清理不合格的單元，即刪除不合格的單元并自動(dòng)修補(bǔ)網(wǎng)格。

第5步：在HyperMesh中，油底殼2D網(wǎng)格質(zhì)量檢查及局部網(wǎng)格手動(dòng)調(diào)整。

先檢查不合格的單元，然后手動(dòng)調(diào)整單元大小及質(zhì)量，使單元質(zhì)量達(dá)標(biāo)，以更好的滿足NVH網(wǎng)格要求，進(jìn)一步提高網(wǎng)格質(zhì)量，如圖10所示。

第6步：在HyperMesh中生成3D網(wǎng)格;

在質(zhì)量達(dá)標(biāo)的2D網(wǎng)格基礎(chǔ)上生成3D網(wǎng)格，如圖11所示。

3.2 與傳統(tǒng)網(wǎng)格劃分流程的效果對(duì)比

對(duì)比效果如表1所示：

表1 新、舊流程劃分網(wǎng)格效果對(duì)比

從對(duì)比結(jié)果來看，新流程較舊就流程效率提高1倍(舊流程用時(shí)6個(gè)小時(shí)，新流程用時(shí)3個(gè)小時(shí))，單元節(jié)點(diǎn)數(shù)也比舊流程減少1.7萬個(gè)，同時(shí)網(wǎng)格質(zhì)量也得到了保證，即計(jì)算結(jié)果也就有了保證。最總劃分的網(wǎng)格效果如圖12、圖13所示?？傊铝鞒虅澐值木W(wǎng)格能夠很好的滿足NVH網(wǎng)格的要求。

4 總結(jié)

高效網(wǎng)格劃分流程的的優(yōu)點(diǎn)：

(1)網(wǎng)格劃分過程自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單，鼠標(biāo)點(diǎn)擊率低，勞動(dòng)強(qiáng)度小，耗時(shí)少;

(2)網(wǎng)格易于調(diào)整，質(zhì)量便于控制;

通過對(duì)HyperMesh模塊和SimLab軟件的有效結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，建立了高效網(wǎng)格劃分流程，避免了網(wǎng)格劃分過程的盲目性和重復(fù)性，和傳統(tǒng)網(wǎng)格劃分流程相比較，該流程能高效、高質(zhì)量的完成所需網(wǎng)格，并且能很好的保證仿真結(jié)果。

5參考文獻(xiàn)

[1] 張勝蘭 鄭冬黎 郝琪 李楚琳主編 《基于HyperWorks的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)》 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2007

[2] Altair HyperWorks User’s Manual

[3] SimLab User’s Manual(end)