愛(ài)華網(wǎng)HyperWorks的基本介紹
在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，CAE技術(shù)日益得到廣泛的應(yīng)用，CAE技術(shù)也在不斷的成熟，其中CAE技術(shù)中有一個(gè)非常重要的組成部分—結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)發(fā)展成熟并成功的被用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，它不斷的改變著傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程。
Altair Optistruct 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
目前，世界上已有許多的商用結(jié)構(gòu)優(yōu)化求解器，其中，Altair Optistruct結(jié)構(gòu)優(yōu)化求解器以其成熟、全面的技術(shù)得到大家的認(rèn)可，已被廣泛的應(yīng)用于許多行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)踐中。
Optistruct提供拓?fù)鋬?yōu)化、形貌優(yōu)化、尺寸優(yōu)化。形狀優(yōu)化以及自由尺寸和自由形狀優(yōu)化技術(shù)。通過(guò)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)階段靈活運(yùn)用各種結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，Optistruct將成為創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)者。
HyperWorks軟件的功能介紹
HyperWorks 是一個(gè)創(chuàng)新、開(kāi)放的企業(yè)級(jí)CAE平臺(tái)，它集成設(shè)計(jì)與分析所需各種工具，具有強(qiáng)大的性能以及高度的開(kāi)放性、靈活性和友好的界面，具有五大類解決方案，共18大模塊，以滿足CAE設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的未來(lái)趨勢(shì)。
1.優(yōu)化設(shè)計(jì)和魯棒性研究
Optistruct是以有限元法為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工具，提供全面的拓?fù)?、形貌、形狀、尺寸等?yōu)化解決方案，并在全球首先引入制造工藝約束，取得了大量成功案例。
HyperStudy是功能強(qiáng)大且易用的多學(xué)科優(yōu)化的平臺(tái)，支持獨(dú)立于求解器模型參數(shù)化，可用于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）、優(yōu)化研究和可靠性研究。
CAE前后處理平臺(tái)有：
Hypermesh是杰出的有限元分析前、后處理平臺(tái)，擁有全面的CAD和CAE求解器接合、強(qiáng)大的幾何清理和網(wǎng)格劃分功能，能夠高效地建立模型的有限元和有限差分模型，其實(shí)體幾何和實(shí)體網(wǎng)格劃分功能已成為了六面體和四面體網(wǎng)格劃分功能的新標(biāo)準(zhǔn)。Morhing技術(shù)能夠幫助用戶更方便地實(shí)現(xiàn)CAE的參數(shù)化，從而提升優(yōu)化設(shè)計(jì)的能力。此外，HyperMesh突破有限元分析和多體動(dòng)力學(xué)分析的界限，成為一個(gè)真正意義上通用的前處平臺(tái)。
HyperView及其集成的HyperGraph模型是通用的CAE后處理環(huán)境，為CAE和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的專業(yè)處理提供支持。HyperView是FEA(有限元分析)和MBD(多體動(dòng)力學(xué))的仿真后處理平臺(tái)，擁有全面的求解器接口、杰出的圖形驅(qū)動(dòng)器和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理與可視化功能。
MotionView是多體動(dòng)力學(xué)仿真的前處理器平臺(tái)，擁有全面的MBD接口、豐富的車身模型庫(kù)并支持二次開(kāi)發(fā)。
HyperGraph是仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的后處理繪圖工具，擁有豐富的求解器和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)接口、數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)并支持后處理模塊定制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化。
HyperGraph 3D擁有3D繪圖工具，可實(shí)現(xiàn)對(duì)CAE仿真和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的三維繪圖。
2.先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)求解器技術(shù)
Optistruct/Analysis 是有限元分析求解器，具有快速而精確的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)從線性靜態(tài)到頻率響應(yīng)分析的求解功能。
MotionSolve是多體動(dòng)力學(xué)分析的求解器，具備剛體和柔體耦合分析求解方案，能與Optistruct/Analysis無(wú)縫集成。
Radioss系列工具Radioss技術(shù)在全球汽車行業(yè)的到廣泛的應(yīng)用，尤其是對(duì)安全技術(shù)、生物仿真技術(shù)和車輛安全評(píng)價(jià)技術(shù)，都使得其成為福特、沃爾沃和法拉利等著名汽車品牌廠商的標(biāo)準(zhǔn)工具之一。
HyperCrash中集成了原先Radioss產(chǎn)品中的M-Crash、M-Safety和M-Xchange 模塊。它專門為碰撞仿真設(shè)計(jì)了快速建模的工具，集成行業(yè)客戶及Radioss專家的專業(yè)知識(shí)，幫助提供高度質(zhì)量的碰撞仿真模型和特殊的安全環(huán)境，可以包含假人、障礙物、行人撞擊、安全帶和氣囊模型。
有限元法的基本思想與分析步驟
HyperWorks提供OptiStruct是以有限元為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工具。
有限元法的基本思想可概括為（先分后合）或（化整為零又積零為整），也就是說(shuō)：“先將連續(xù)的求解域離散為有限個(gè)單元體，使其只在有限個(gè)指定的節(jié)點(diǎn)上相互連結(jié)；然后對(duì)每個(gè)單元體選擇一個(gè)比較簡(jiǎn)單的函數(shù)，近似表達(dá)單元節(jié)點(diǎn)的平衡方程組：再把所有單元的方程集成為整個(gè)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的整體代數(shù)方程組；最后引入邊界條件求解代數(shù)方程組而獲得數(shù)值解，如結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布和位移分布等。
HyperWorks有限元分析的主要步驟：
導(dǎo)入文件——設(shè)置模版——幾何清理——建立材料卡片——建立幾何及單元集———?jiǎng)澐謫卧獑卧獧z查與優(yōu)化——建立載荷集——施加載荷——建立載荷工況——設(shè)置計(jì)算參數(shù)——輸出有限元文件————利用Optistruct/Analysis求解器球求解——HyperMesh或HyperView后處理。
（1）前處理其任務(wù)是包括：
a建立分析結(jié)構(gòu)的幾何模型。對(duì)于幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可以直接讀取CAD軟件的相關(guān)格式。
b根據(jù)分析對(duì)象和目的，確定有限元網(wǎng)格劃分方案（但愿類型、單元的密度和數(shù)量）和裝配方案（連接關(guān)系和位置），建立有限元分析的計(jì)算模型。
（2）計(jì)算：是形成總剛度方程并通約束處理后求解大型聯(lián)立線性方程組，最終得到節(jié)點(diǎn)位移的過(guò)程。
（3）后處理：是對(duì)計(jì)算機(jī)輸出的結(jié)果（包括各種應(yīng)力、位移或振型等）進(jìn)行必要的處理并按照一定的方式（如等應(yīng)力線、變形圖、振型圖等）顯示打印出來(lái)，以便對(duì)分析的對(duì)象的性能或設(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行分析。評(píng)估，從而做出相應(yīng)的改進(jìn)或優(yōu)化。
注意：在HyperWorks中求解時(shí)可以根據(jù)分析的對(duì)象的要求選擇不同的求解器，一般的分析問(wèn)題可以用Analysis或Optistruct求解，優(yōu)化問(wèn)題則必須使用Optistruct求解器來(lái)完成，后處理可以直接用Hypermesh的后處理器功能，也可以選用Hyperiew。
HyperWorks有限元分析的主要內(nèi)容
一、如何導(dǎo)入文件
HyperWorks的幾何模型一般多從Pro/E、UG、CATIA等CAD軟件中導(dǎo)入。
（1）UG可導(dǎo)入*.prt文件，但UG需要先安裝轉(zhuǎn)換器接合。
（2）CATIA可導(dǎo)入CATIA V4的*.model 文件，導(dǎo)入CATIAV5文件時(shí)需要CATIA V5的許可（license）。
（3）Pro/E 可導(dǎo)入*.igs或*.iges文件。
（4）STEP 可導(dǎo)入*.stp文件。
二、幾何清理
在對(duì)導(dǎo)入的CAD模型進(jìn)行有限元分析（FEA）時(shí)，要考慮有限元分析對(duì)幾何模型的要求與CAD的不同，F(xiàn)EA只需要簡(jiǎn)化的幾何模型，因此需要對(duì)模型部件的一些信息進(jìn)行簡(jiǎn)化，以便于網(wǎng)格劃分和分析，此外模型的一些幾何信息在導(dǎo)入時(shí)可能會(huì)出錯(cuò)，如導(dǎo)入曲面數(shù)據(jù)時(shí)可能會(huì)存在縫隙、重疊、邊界錯(cuò)位等缺陷，導(dǎo)致單元質(zhì)量不高，求解精度差。就要通過(guò)幾何清理消除錯(cuò)位和小孔，壓縮相鄰曲面之間的邊界，改正模型在導(dǎo)出的錯(cuò)誤，消除不必要的細(xì)節(jié)，產(chǎn)生一個(gè)簡(jiǎn)單的部件模型，以便網(wǎng)格劃分和分析，確保網(wǎng)格間的正確連接，獲得滿意的網(wǎng)格樣式和質(zhì)量，從而提高整個(gè)網(wǎng)格劃分的速度和質(zhì)量，提高計(jì)算精度。
在Hypermesh中進(jìn)行幾何清理主要有以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：
（1）導(dǎo)入CAD模型并修復(fù)其幾何數(shù)據(jù)，即拓?fù)湫迯?fù)（Topology Repair）。
（2）抽取中面（Mid-Surfaces）。
（3）簡(jiǎn)化模型的幾何細(xì)節(jié)（Defeaturing）。
（4）改善幾何模型的拓?fù)潢P(guān)系，以獲得高質(zhì)量的網(wǎng)格，即拓?fù)涓倪M(jìn)（Topology Refinement）。
三、網(wǎng)格的劃分方法
四面體網(wǎng)格的劃分：
Volume Tetra Mesher和Standard Tetra Mesher
五、六面體網(wǎng)格劃分的基本方法：
Elem offset
SPIN
LINEAR SOLID
SOLID MESH
DRAG
LINE DRAG
PROJECT TOOL---PROJECT
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