基于HyperWorks的CAE自动化分析流程的关键技术研究

摘要

传统手工 CAE分析的弊端，主要表现为重复工作较多和经验性较强。一方面分析人员每次分析都需耗费大量时间来构建有限元模型，包含的重复工作较多；另一方面分析流程不一，各个分析人员对模型的简化和网格处理方式各异，使得最终得到的分析结果不同。如何提高CAE分析效率，缩短仿真分析周期，已经成为企业急需解决的问题。
　　HyperWorks是行业内最全面和优秀的CAE企业级解决方案，包含了HyperMesh、HyperView等软件，且提供了丰富的API接口、Tcl函数库和系统的帮助文档。国内外许多企业通过对HyperWorks二次开发，来定制符合自身产品特点和分析要求的CAE自动化分析流程。这些流程大部分是Process Manager方式，以树形结构存储，每个节点对应一个分析步骤，通过与用户交互完成分析，一定程度上提高了分析效率。然而它只是为CAE分析搭建了标准化和固化的分析流程，并没有从根源上解决CAE分析过程存在较多重复性工作的问题。
　　为了减少重复性工作，提高 CAE分析效率，构建真正的自动化分析流程，本文通过对HyperWorks的分析流程、内部数据、求解器模板、二次开发技术等进行研究，设计了支持多种分析类型和求解器的CAE自动化分析框架。在数据管理方面，研究了参数文件格式定义和几何区域标记方法，用于描述文件中参数名称与几何模型区域的对应关系，并使得在CAE分析过程中可以动态地获取分析对象。整个CAE分析流程被划分成若干个模块，尤其是网格质量控制、连接关系创建、约束载荷定义等关键功能开发，为自动化构建有限元模型提供了夯实基础。通过读取CAD模型和对应分析参数文件，自动组合各个模块，进行有限元模型构建、求解器调用与计算、求解结果显示与提取等完整的分析流程。
　　基于以上研究，本文利用HyperWorks的Tcl/Tk脚本命令和API接口函数，设计和开发了一种完整CAE自动化分析流程系统。通过读取CAD模型和对应分析参数文件，能够自动地依次进行有限元模型构建、求解器调用、结果提取等。相比 Process Manager方式，该分析流程自动化程度更高，极大地减少重复工作、缩短分析时间。最后以半舱托架模型的线性静力和模态分析为例，验证了该方法的可行性和实用性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1课题背景与意义

1.2国内外相关研究综述

1.3存在的主要问题

1.4本文主要研究内容

1.5全文结构安排

2 HyperMesh的CAE自动化分析基础

2.1引言

2.2内部编号管理

2.3求解器信息卡片

2.4 HyperMesh二次开发方式

2.5 CAE自动分析框架

2.6本章小结

3 模型分析参数定义及几何区域标记

3.1引言

3.2分析参数定义

3.3几何区域标记

3.4本章小结

4 CAE自动化分析系统的设计与开发

4.1引言

4.2有限元模型构建

4.3求解器调用与计算

4.4求解结果显示与提取

4.5本章小结

5 静力与模态的CAE自动化分析应用

5.1引言

5.2线性静力分析

5.3模态分析

5.4本章小结

6 全文总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录1：作者在攻读硕士期间发表的论文