Hypermesh装配体模态分析-03

本周思考过后还是先出这篇装配体模态分析的教程，刚好延续前一篇的内容往下拓展，报错文档和瞬态分析过一阵子再总结一下

注：因为已经做到装配体相关仿真，本文档不再介绍如何进行单位制封闭、实体切分、网格绘制、网格质量检查等一系列基础操作，本文档介绍内容均为网格绘制完成后操作。请在一定熟悉程度上进行相关文档实操！！！

本文无模型提供，可简单理解成一个钣件和另一个钣件通过螺丝固定进行模态分析，这个适用于大多数的情况，同时本文会加入workbench中的分析实操步骤，需要一定案例练习后上手会更得心应手，当然是比较基础教学，没有过多练习经历也无伤大雅

1. 材料属性定义于性质赋予

1.1 Hypermesh中相关操作：

1.1.1 hypermesh上下两个固定件定义

将划分好、并经过check elems一系列的网格显示出来，为其添加相关属性，本文档以装配体为例，上下板件均为铝合金6061T-T6材质，根据相关文档资料，铝合金弹性模量为68.9 GPa，泊松比约为0.33，密度大小为2700kg/m³，因此在properties中和materials中进行相关定义，具体结果如下图1-1所示。

图1-1 properties与materials中相关数据与附属

注：虽然两个部件之间性质一致，但是因为hypermesh系统底层逻辑中会WARNING两个components共用一个property。因此为保障少出现相关WARNING，这边建议生成两个一样数值的material，不影响最后求解结果。

将properties与materials定义好后为网格附属相关性质，附属成功结果如下图1-2所示。

图1-2 components中相关附属成功图示

1.1.2 螺栓材料定义：

为定义螺栓材料性质，需要单独在properties中建立一个相关的属性，materials定义根据常见材料定义，选择PBEAM，在Beam Section中选择下面介绍的梁截面。

图1-3 螺栓材料定义

其次注意在component中新建一个层专门放置螺栓梁，不可与rbe2单元统一放，不然一定会报错

注：螺栓材料属性定义操作最好先阅读3. 螺栓连接后再进行相关操作，保证整体操作的连贯性。

1.2 Workbench中相关操作

相对于hypermesh，workbench中相关定义较为简单，主要在一开始工程材料中进行相关定义，选择铝合金材质后进行相关添加和数值更改即可。当出现书本样式即为添加成功，注意保持hypermesh与workbench两边数值一致。具体操作流程如下图所示。

图1-4 workbench中材料选择

当做完上述操作后，便可以双击模型到mechanical中进行模型材料定义，下图为操作流程。

图1-5 workbench种定义零件属性

2. 约束设置与分析步设置

2.1 Hypermesh中相关操作：

2.1.1 SPC约束

根据相关实况，我们简单对底板底部进行spc约束，分析步与单复杂实体设置一样，下面是相关操作：

从analysis中选择constraints后在load types中定义SPC类型：选择限制的自由度，例如X、Y、Z方向的位移或转动，打勾便是限制相关DOF，后面数值表示DOF值相应倍数。

随后选择节点/面等将SPC施加到选定的节点上点击create便生成成功。下图2-1为应用中需要点击的步骤。

图2-1 hypermesh中相关约束操作

补充：relative size主要用于定义接触单元或者其他相关单元尺寸相对于主单元尺寸的比例关系。它可以用来控制接触单元的大小与被接触单元大小之间的比例。这个参数的设定有助于优化有限元模型中单元尺寸的协调性，特别是在涉及接触分析等复杂情况时。

当定义完spc后，我们可以先进行分析方法设置，本文档主要面对装配体模态仿真，因此采用eigrl(兰索斯方式)进行求解相关操作。下图为软件中流程展示。

图2-2 hypermesh中分析步设定

2.2 Workbench中相关操作：

2.2.1 spc约束添加

Workbench中模态求解方式已内置定下，因此无需设置，但仍需设置阶数，下图为相关操作流程：

图2-4 workbench中设置阶数位置

Spc约束可以简单等同于固定支撑，约束下表面即可，下图为固定支撑添加位置，右键模态=》插入=》固定支撑即可。

图2-5 workbench中约束设置

3. 螺栓连接

3.1 Hypermesh中相关操作：

3.1.1 螺栓创建与设置

本文档所进行螺栓连接采用rbe2+梁单元连接，保证整体仿真的准确性和真实性。

因为要建立梁单元，所以我们首先要创建一个梁截面，点击左上角的页面Model->HyperBeam View之后，就可以进入编辑梁截面的页面，如下图演示

图3-1 hypermesh梁单元截面添加入口

在左上角空白处右键创建梁截面，里面有很多截面可以选择，一般选择圆截面，并在下方数值框中定义半径大小，本文档螺栓为5mm直径，故填0.0025m半径。

图3-2 hypermesh中设置梁操作

使用RBE2单元建模螺栓

首先创建一个component单元将rbe2单元归置在一个层中（注意前处理相关设置保证同一类归一个component中，本文档螺栓连接需要创建两个components请务必添加，梁界面创建则无需新建，因其处于另外界面设置）

接着点击右下角的工具栏，1D->Connector->bolt,进入下面的界面

图3-3 hypermesh中设置rbe2单元

简单介绍一下这个界面，上图里第1个框的功能是选择需要建立的螺栓模型的位置，第2个框的功能是选择需要建立的螺栓模型的类型。最右边几个参数一般是默认的，不用改动，如果有兴趣了解最右那几个参数的作用，可以参考Altair的官方文档。

首先现在components中创建一个新的component，保证不会与网格等单元重复（此处细节请注意）此后选择location，在其中一个板子上选择所有需要建模的螺栓孔即可，例如下图

图3-4 hypermesh中rbe2单元选择

两点需要注意的事项：

1.不需要两个板子上的螺栓孔一起选，因为软件会自动判断另一个板子的螺栓孔在哪。一起选反而会建模两次；

2.只需要选择螺栓孔上的一个Node即可，不需要选一圈Node。选一圈Node反而会重复建模多次。

第2个框里的type选择bolt(CBAR)，底下选择property3(PBEAM)，即定义成功。

注：此项操作请结合上述螺栓属性定义一同进行，以保证无错误出现！下图为完整的螺栓连接加成功的相关左侧树状栏相关情况

图3-5 hypermesh中完整的螺栓连接树状栏信息

3.2 workbench中相关操作：

在workbench中设定梁单元操作较为简单，总体来说就是选择上边和下边，并定义好螺栓半径即可。先在接触中右键，选择梁单元，进行半径定义后，在参考一栏中选择螺栓上边确定后，选择螺栓下部边，即可完成操作，如下图所示。

图3-6 workbench中梁单元参考边设置

图3-7 workbench中梁单元移动边设置

4. 接触设置

4.1 Hypermesh中相关操作：

当完成螺栓装配后，在前处理方面只剩下接触设置，在开始设置前，简单介绍一下相关类型。Optistruct中STICK接触（模拟两个表面之间没有相对滑动）、SLIDE接触（允许两个表面之间有相对滑动，适用于需要模拟摩擦和滑动的情况）、FREEZE接触（强制两个表面之间没有相对位移，即使在受到外力作用时也是如此）。具体如下图所示。

图4-1 hypermesh中接触类型

选择接触主面（Master surface）和从面（Slave surface）是接触分析中的一个关键步骤，以下是一些基本原则：

1.刚度原则：通常应选择刚度较大的面作为主面，刚度较小的面作为从面。这样可以减少计算量并提高求解的稳定性。

2.网格密度：如果两个接触面的刚度相似，应选择网格较粗的面作为主面，网格较细的面作为从面。

3.几何特征：凸面或平直面通常定义为主面，而凹面或曲面定义为从面。

4.材料特性：在异种材料接触的情况下，较软的材料面应定义为从面。

5.接触面的相对大小：较大的面通常定义为目标面，较小的面定义为接触面。

在实际操作中，可能需要根据具体的模型和分析需求对这些原则进行适当的调整。例如，如果两个接触面的刚度非常接近，可能需要考虑其他因素，如网格质量或接触面的几何特征，来决定哪个面作为主面。

在HyperMesh中，还可以通过设置接触对的属性来进一步细化模拟，例如

定义接触面的法向和切向、设置搜索距离、设置摩擦系数，设置穿透和间隙调整值，接触方式的选择N2S、S2S等，可支持的参数如图所示，通过切换不同的属性定义方式，下方的控件有所变化。详细界面如下图所示，图中都为简单英文，看不懂可以进行翻译。

图4-2 hypermesh中contact界面及完整信息

具体操作：

1.定义接触对：首先需要定义主接触面（Master）和从接触面（Slave）。这通常通过创建Entity Sets或者set segment来完成，选择相应的节点或单元集合。本文档采样set segment方式进行定义接触对。（不同面需要创建不同set segment），进入之后可以选择solid faces/elems中进行定义，这边推荐使用下图中的方式，同时请命名好相关接触面。

图4-3 hypermehs中接触面的设置流程

这里需要多提一下，就是选择实体单元表面后，创建的接触尖端并没有在同一个面。这个原因在于单元的法向错误，在经典界面下，可以通过2D>composites，矫正实体单元的法向。正常情况下2D单元大家可以很直观的通过调整单元法向来调整，实际上实体单元也是一样的。

2.设置接触类型或者定义接触属性：在OptiStruct中，接触类型可以在CONTACT卡片中定义，常见的接触类型包括：

STICK：模拟两个表面之间粘结在一起，没有相对滑动。

SLIDE：允许两个表面之间有相对滑动，适用于需要模拟摩擦和滑动的情况。

FREEZE：强制两个表面之间没有相对位移，即使在受到外力作用时也是如此。

使用PCONT卡片来定义接触属性，如摩擦系数、接触刚度等。接触属性的参数可能包括：MU：静摩擦系数。STIFF：接触面刚度。SRCHDIS：搜索距离，用于确定接触检查的范围。

注：因本文档基于板件框架，因此选择SLIDE即可。上述参数均可不定义。（此处参考网上资料）

3.设置接触对参数：在接触对的定义中，可能需要设置以下参数：

SSID和MSID：分别代表从自由度节点集 合（目标面）和主自由度节点集合（接触面）的标识号码。MORIENT：定义接触面的法向方向。ADJUST：用于调整从节点初始时与主节点的接触，使接触状态良好。CLEARANCE：直接定义主从节点之间的距离，可以给一个值或者不设定（设置过盈）。

DISCRET：定义接触的类型，如面-面接触、点-面接触。（因本文档基于板件框架，因此只需定义此项为面与面之间接触即可。上述参数均可不定义）

自动创建接触：

HyperMesh提供了自动创建接触的功能，Auto Contact工具，可以自动识别和创建接触对。用户可以在上面菜单栏中Tools中的Contact Browser右键在contact空白处中选择Auto Contact快速调出创建界面，第三步选择两个接触的零件，第四步选择接触类型后create即可。省去了1-3的重复步骤。下图为自动创建接触操作。

图4-5 hypermesh中自动创建接触

注：本文档不推荐使用此方法，不同工况下请进行手动定义！

4.2 workbench中相关操作：

workbench中接触设置较为简单，这里仍然进行一些简单科普。

Workbench中拥有五种接触类型。五种接触类型分别是Bonded（绑定），No Separation（不分离），Frictionless（无摩擦），Rough（粗糙）和Frictional（摩擦）

其中，Bonded为绑定约束，即不能有法向分离也不能有切向滑移。绑定约束可以理解为两个实体焊接在一块，认为是一体的；

No Separation为不分离约束，不允许有法向分离，但允许有少量的切向滑移；

Rough为粗糙接触，正好与不分离约束相反，该接触类型允许有法向分离，但不允许有切向滑移；

无摩擦约束Frictionless则既允许有法向分离同时也允许有切向滑移；

摩擦约束Frictional同样允许有法向分离与切向滑移，这种接触类型应用的较多，但需要设置摩擦系数。

具体操作只需在连接右键，创建连接组，在连接组种自动创建连接即可

图4-6 workbench中接触设置

5. 仿真求解

Hypermesh中相关操作：

因做到装配体仿真，本文档不做如何进行仿真文件导出，inp文件导出相关详细步骤撰写，按此前单个复杂实体流程进行操作即可。

workbench中相关操作：

当完成上述所有操作后，右击模态，选择求解，等待一阵时间便可得到相关仿真结果，如已阅读到本文档，应对模态仿真基础操作有所接触，因此不再叙述更多。

最后，当读到本文档末尾时，请参考b站等视频对此项操作熟悉，下面会提供一些较好的教程视频。希望不以完成完成目标进行文档阅读，对文档中补充内容请好好消化吸收，补充拓展自己知识面，并且熟练运用。

下面是参考视频：




第8课_ 接触设置和接触基础（CONTACT 卡片关键参数 、使用TYPE 设置接触属性、接触离散化）_哔哩哔哩_bilibili

Hypermesh自动创建接触_哔哩哔哩_bilibili

使用RBE2元素进行螺栓连接_哔哩哔哩_bilibili（此视频8：30分后）

ansys workbench 2022 梁单元模拟螺栓连接_哔哩哔哩_bilibili

参考文档：

HyperMesh-Optistruct接触的手动和自动创建与接触问题_ACT_OptiStruct_HyperMesh_材料_曲面-仿真秀干货文章

Hypermesh材料非线性分析二（几何接触非线性设置） - 知乎

Hypermesh小技巧[3] 《Hypermesh连接建模1：螺栓》 - 知乎