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CAE/模拟仿真 |
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基于HyperWorks的高效NVH网格划分技术 |
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作者：郝涛 张磊 蓝军 李凤琴 |
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摘要：本文借助于HyperMesh模块和SimLab软件，在网格划分和网格质量调整过程中进行了探索和研究，有效结合HyperMesh模块强大的手动控制功能和SimLab软件高效的自动化功能，建立了高效网格划分流程。通过对NVH网格划分过程的介绍及最终划分效果的对比，展示了新流程的可行性，网格划分的高效性，网格质量的可控性。应用表明两个软件有效结合，能高效的完成高质量的网格划分，并能很好的保证仿真结果。
1 概述
将实际结构划分为有限个单元的过程叫做结构离散。有限元法分析的思想就是利用一个离散结构的近似力学模型来代替原有的复杂结构，离散后的结构仅在节点连接，通过节点施加载荷和约束，并且依靠节点进行力的传递。各种类型的有限元法，第一步都要将分析对象进行离散，因此离散的过程是有限元分析前处理中的一个重要步骤——网格划分。由于有限元计算模型的合理性在很大程度上由网格形式所决定，因此，网格的划分是有限元计算的基础，也是其中心工作之一，而且工作量大，耗时多。[1]
随着专业的深入及方向的细化，仿真领域越分越细、越做越专。分析类型的不同，使得它们的网格有着不同的特点及对网格有着不同的要求。其中，可靠性网格与NVH仿真网格就有明显的区别：
（1）从网格的尺寸上，动力总成NVH仿真为了控制网格节点数，要求网格尺寸尽可能的大，一般平均取10mm；可靠性网格要求影响应力集中的区域尺寸尽可能的小，局部尺寸有可能达到0.1mm左右。
（2）从结构的特征上，动力总成NVH网格中小孔、小圆角、倒角等特征可以忽略；可靠性网格要保留圆角、小孔等特征，尤其是应力集中的区域必须保留。
（3）NVH网格要求影响结构刚度的特征必须保留，如：加强肋、翻边等特征。这点和可靠性网格的要求是一致的。
总之，NVH仿真分析要求：控制网格节点数量，网格尽可能的大、尽可能的少、网格质量必须达标、特征保留的好。然而，网格越大，越容易丢失一些特征，网格质量越差。在先前流程中，只有通过反复的网格质量检查及手动修补，来调整网格的质量及特征的保留，这样会增大仿真工程师的劳动强度，且效率大幅度下降。为了提高网格划分效率，本文通过研究和探索，形成了新的网格划分流程。
2 高效NVH网格划分流程的建立
2.1 HyperMesh模块和SimLab软件特点介绍
HyperMesh模块手动控制功能强大；网格控制快捷键多；能灵活的调整网格单元；同时能够很好的控制网格质量。
相对HyperMesh而言，SimLab软件自动化程度高，特别是在网格质量自动调整与修补；能强制保留特征；设计变更时，导入控制策略快速实现网格划分；无须几何清理。
因此，为了要得到质量达标，特征保留的好，且划分所用时间少的网格，就需要有效结的合两个软件的优点，即在SimLab软件中快速实现网格划分，在HyperMesh中方便高效的控制网格质量。
2.2 高效网格划分流程
高效网格划分流程图如下图1所示：
图1 高效网格划分流程图
3 高效网格划分流程的应用
3.1 高效网格划分过程介绍
以某发动机油底壳为例，结合HyperMesh模块和SimLab软件，详细的介绍高效网格划分流程：
第1步：在SimLab软件中导入油底壳几何，如图2所示。
第2步：在SimLab软件中构建油底壳局部网格控制策略。
（1）参数化提取油底壳特征：包括螺栓孔，圆角，油底壳大平面及强制保留特征，能够快速提取几何特征，并参数化分布网格种子，以快速的控制局部网格尺寸、质量，如图3所示。
（2）强制保留油底壳上加强肋特征：能够不受尺寸的限制，强制保留特征的完整性；如图4、图5所示。
第3步：在SimLab软件中生成油底壳2D NVH网格。如图6、图7、图8。
（1）在先前的控制策略基础上生成2D结构网格，在结构网格本体上再生成2D NVH网格。
（2）清除自由边，补充缺少单元以实现2D封闭网格。
第4步：在SimLab软件中进行油底壳2D网格质量检查及网格调整，如图9所示。
（1）给定网格尺寸标准，一般NVH网格最小尺寸取1mm。
（2）计算不合格的单元并得到不合格单元所占百分比。
（3）清理不合格的单元，即删除不合格的单元并自动修补网格。
第5步：在HyperMesh中，油底壳2D网格质量检查及局部网格手动调整。
先检查不合格的单元，然后手动调整单元大小及质量，使单元质量达标，以更好的满足NVH网格要求，进一步提高网格质量，如图10所示。
第6步：在HyperMesh中生成3D网格；
在质量达标的2D网格基础上生成3D网格，如图11所示。
3.2 与传统网格划分流程的效果对比
对比效果如表1所示：表1 新、旧流程划分网格效果对比
 从对比结果来看，新流程较旧就流程效率提高1倍（旧流程用时6个小时，新流程用时3个小时），单元节点数也比旧流程减少1.7万个，同时网格质量也得到了保证，即计算结果也就有了保证。最总划分的网格效果如图12、图13所示。总之，新流程划分的网格能够很好的满足NVH网格的要求。
4 总结
高效网格划分流程的的优点：
（1）网格划分过程自动化程度高，操作简单，鼠标点击率低，劳动强度小，耗时少；
（2）网格易于调整，质量便于控制；
通过对HyperMesh模块和SimLab软件的有效结合，取长补短，建立了高效网格划分流程，避免了网格划分过程的盲目性和重复性，和传统网格划分流程相比较，该流程能高效、高质量的完成所需网格，并且能很好的保证仿真结果。
5参考文献
[1] 张胜兰 郑冬黎 郝琪 李楚琳主编 《基于HyperWorks的结构优化设计技术》 北京：机械工业出版社 2007
[2] Altair HyperWorks User’s Manual
[3] SimLab User’s Manual(end)
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(11/22/2013) |
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