Hypermesh与abaqus联合仿真(1)：实战案例分享

有限元分析技术 作为一种常用的计算机模拟仿真技术，目前被广泛应用于机械制造行业。能够在设计时对设计对象进行结构刚度分析、强度分析以及场耦合分析，对于产品的性能参数进行评估和优化。对于产品的设计生产具有重大意思。除此以外，对于正在工作的大型设备，往往不便拆卸检修。可运用系统CAE分析技术 对设备运行状况进行评估，以便检修更换零件。本文基于某大型起重机大车运行机构的平衡台架，使用hypermesh 进行网格划分，然后使用abaqus 对车轮轮组进行CAE分析，评估设备运行状况。

一、问题背景

大型起重机主要用于港口、船舶制造业以及钢铁行业，设备的正常运行不仅关乎生产效益，更关乎现场生产人员的生命健康。而停机拆机检修时间周期太长，不利于生产。故使用系统CAE分析技术配合其他技术对设备进形安全与寿命评估便具有重大意义。本文现拟就某一大型起重机大车运行机构的平衡台为对象，使用系统CAE分析技术对其进行静力强度分析，讨论系统CAE分析技术在工程应用中的优越性

二、CAE系统分析过程

2.1导入几何模型，整理component

导入450t铸造起重机大车运行机构平衡台架IGS格式 的几何模型，由于HM命名只能使用字母、数字、下划线和中划线且不能以数字开头，所以导入的模型无法正确显示名称和com颜色。遂初步将整个模型按连接分为bigbox、smallbox、wheel三个component。

图1.IGS模型图

2.2几何清理

初步分析，在bigbox和smallbox中有薄壁结构，可以抽中面画壳单元，但考虑到整体模型以及几何清理难度，选择整体画六面体网格 。查看模型3D拓扑关系未发现问题，选择Geom>defeature>surf fillets清理对分析影响不大的倒角。

图2.模型3D拓扑图

图3.修复倒角命令面板

2.3切分模型

由于整体模型是对称模型，可以切分出整体的1/4划分网格，在网格划分完毕之后镜像复原整个模型。以bigmox 为例。选择Geom>solid edit>trim命令，选择不同的点、线、面对模型进行切分。为保证不同部位网格节点能够对应，以侧板为基础，将箱体内两块腹板的T形截面 边线为切割线对侧板切分，使得侧板上也存在同样的T形区域。箱体外侧的筋板同理对侧板进行切分。对于轴孔处，则是以侧板两边为基准对孔壁切分，如此各连接部分都有共同的平面几何元素，以此为基础后续划分2D网格。

图4.模型切分结果图

2.3网格划分

优先从复杂部位或是预测最大应力部位开始画二维网格，根据模型切分的结果，选择以腹板在侧板上切分出的T形区域为起点，先划分各部分连接区域。由于腹板厚度为24，故选取网格尺寸为24，使用mesh命令时同时使用鼠标控制节点数量，使得不同区域之间的节点对应。对于无法自动对应的节点，使用replease命令手动结合节点。

图5.相连区域2D网格

而后依次划分其他部位，使得每个部分都有一个面划分2D网格，为后续3D网格划分做准备。

图6.1/4模型2D网格

以已经划分完的二维网格为基础，在3D面板中使用drag命令设置拉伸距离、方向与拉伸网格层数完成各部分的3D网格划分。对于drag命令无法划分的部分，选择3D面板中的solid map命令 ，选择不同的2D网格和不同的引导线和扫掠线完成3D网格划分。创建一个新的component命名为bigbox3D，将划分完毕的3D网格放入bigbox3D中。

图7.1/4模型3D网格

1/4部分的网格划分完毕后，新建一个component，将bigbox3D中的网格copy到新的component中，然后使用Tools中的reflect命令将网格沿边线象Z方向镜像，再将网格move到bigbox3D中形成1/2网格模型。

图8.1/2模型3D网格

图9.整体模型1/2 3D网格

3D网格划分完毕后，跳转到mask选项卡，选择只显示2D网格，使用F2快捷键删除所有2D网格。然后使用Tools面板中的edges命令结合重复节点。然后保存为hm文件并导出一份inp文件进行CAE分析。