【正文】 6).HyperMesh為座椅骨架結(jié)構(gòu)的靜態(tài)強(qiáng)度分析提供了良好的基礎(chǔ)，借助于它們對(duì)座椅骨架結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究具有非常重要的工程價(jià)值。通過(guò)分析，掌握了客車(chē)座椅骨架結(jié)構(gòu)的特性，對(duì)座椅骨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得出自己設(shè)計(jì)的客車(chē)座椅骨架結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)要求的結(jié)論。在進(jìn)行板殼連接時(shí)采用了幾種連接模型，包括通過(guò)Bars單元和Cbeam桿單元模擬螺栓連接，利用Welds單元模擬焊接，并著重討論和研究了Cbeam桿單元的創(chuàng)建過(guò)程和局部坐標(biāo)系問(wèn)題。3).運(yùn)用HyperMesh建立了基于板殼單元的客車(chē)座椅骨架結(jié)構(gòu)有限元模型，縮短了前處理的工作時(shí)間，提高了有限元分析的效率。第五章 結(jié)論1).通過(guò)閱讀資料、實(shí)例操作以及對(duì)客車(chē)座椅CAD模型的創(chuàng)建，對(duì)強(qiáng)大的CAD/CAE/CAM一體化軟件CATIA特點(diǎn)和GSD及機(jī)械設(shè)計(jì)模塊等功能進(jìn)行了介紹，由于行業(yè)內(nèi)對(duì)CATIA的熟悉程度及受于篇幅限制，沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹。提倡網(wǎng)格質(zhì)量檢查隨著網(wǎng)格劃分同時(shí)進(jìn)行，尤其對(duì)復(fù)雜構(gòu)件應(yīng)避免網(wǎng)格全部劃分完成后的一次性檢查，這會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)大量失效網(wǎng)格而造成單元質(zhì)量改進(jìn)工作的巨大困難，甚至?xí)?dǎo)致質(zhì)量改進(jìn)工作無(wú)法進(jìn)行。由于單元的網(wǎng)格質(zhì)量直接關(guān)系到有限元模型分析計(jì)算結(jié)果的精度和收斂性，質(zhì)量較差的網(wǎng)格甚至無(wú)法通過(guò)網(wǎng)格質(zhì)量檢查，使計(jì)算無(wú)法進(jìn)行。而通常情況下，自動(dòng)或半自動(dòng)方法劃分的網(wǎng)格模型還不能立即用于分析。從保證計(jì)算的精度和節(jié)約計(jì)算的耗費(fèi)等方面考慮，幾何清理是CAE前處理的重要部分，做好了這一步，后續(xù)的工作才可以事半功倍。在這兩種情況下，就算網(wǎng)格能劃分出來(lái)，質(zhì)量又怎么能夠保證呢？一種辦法是在做網(wǎng)格的時(shí)候忽略這些問(wèn)題，比如說(shuō)遇到缺少曲面，用戶(hù)可以自己設(shè)法在CAE中做一個(gè)，但也只能對(duì)簡(jiǎn)單的曲面。CAD設(shè)計(jì)主要是為生產(chǎn)服務(wù)的，模型中通常會(huì)包含某些細(xì)微特征，例如曲面和邊的倒圓，小孔。導(dǎo)入的模型很完整，沒(méi)有錯(cuò)誤。越是復(fù)雜的模型，這種問(wèn)題越是經(jīng)常發(fā)生。還有的是因?yàn)槲募旧韱?wèn)題，無(wú)法導(dǎo)入。在利用HyperMesh進(jìn)行CAE分析的前處理過(guò)程當(dāng)中，容易以下問(wèn)題：CAE軟件導(dǎo)入幾何數(shù)模時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤，無(wú)法導(dǎo)入。千萬(wàn)不能小看這些步驟，做好了不覺(jué)得怎么樣，如果萬(wàn)一做不好的話(huà)，將會(huì)花費(fèi)數(shù)倍的時(shí)間進(jìn)行彌補(bǔ)，造成很多不必要的麻煩。將兩種加載情況所得結(jié)果列表，如表42所示。查看結(jié)果為：，均滿(mǎn)足要求，不小于100mm；同時(shí)，其下部施力中心點(diǎn)的位移大小分別為：，也均滿(mǎn)足要求，不小于50mm。查看結(jié)果為：，均滿(mǎn)足要求，不大于400mm。另從HyperMesh中，查看這四個(gè)點(diǎn)的位移，發(fā)現(xiàn)其均不大于400mm。分析結(jié)果等輸出文件保存與輸入文件相同的文件夾中。5).點(diǎn)擊OptiStruct，調(diào)用OptiStruct求解器進(jìn)行分析。3).設(shè)置Run OptiStruct：Analysis。圖417 Control Card面板1).啟動(dòng)HyperMesh ,歡迎界面過(guò)后彈出一個(gè)對(duì)話(huà)框User Profiles，此時(shí)選擇OptiStruct，點(diǎn)擊OK，關(guān)閉對(duì)話(huà)框。它指定OptiStruct將結(jié)果輸出到HyperMesh二進(jìn)制結(jié)果文件（.res）中，該結(jié)果可以在HyperMesh中進(jìn)行后處理。3).指定Number_Of_Format的值為2，信息卡片中出現(xiàn)第二個(gè)Format行。信息卡片中Format行被設(shè)置為H3D。 Card1).在Analysis頁(yè)面中，選中Control Card面板，如圖417所示。需要強(qiáng)調(diào)的第二點(diǎn)是：由于是兩個(gè)載荷步，所以在定義第二個(gè)載荷步的時(shí)候可能會(huì)漏選了約束載荷集Constraints，而這個(gè)錯(cuò)誤在求解前檢查中是檢查不出來(lái)的，如此計(jì)算的結(jié)果則是“差之毫厘，繆以千里”。圖416 創(chuàng)建的力完成以上步驟后，需要定義載荷步（SubCase）。同理，在另一座椅骨架上750mm處施加一相同的力。這是因?yàn)樵囼?yàn)方案中，要求在750mm處施加的力為1333N，而要施加在骨架上。在座椅靠背骨架上創(chuàng)建力的時(shí)候，需要用到一個(gè)快捷鍵F4，操作如下：進(jìn)入Distance面板，選擇two nodes子面板，確認(rèn)N1處于被激活的狀態(tài)，在最低處點(diǎn)擊一點(diǎn)，然后選擇合適的視圖，此時(shí)確認(rèn)N2處于激活狀態(tài)，在靠背骨架上選擇一點(diǎn)，這時(shí)在右側(cè)區(qū)域顯示出兩點(diǎn)之間的距離以及這兩點(diǎn)在x、y、z方向上的距離。3).根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，定義兩個(gè)載荷步（SubCase）。根據(jù)試驗(yàn)方案，和上一步的討論，要?jiǎng)?chuàng)建如下邊界條件：1).幾處與座椅外的其他部件連接部位的約束（Spc）。4).其他邊界條件數(shù)據(jù)，如從主自由度、連接自由度等用于分析的邊界條件。2).載荷條件數(shù)據(jù)。本例中，通過(guò)在Bars面板中設(shè)置矢量選項(xiàng)為YAxis，就定義了沿著總體坐標(biāo)系的Y軸方向即為單元坐標(biāo)系的Y軸。因此橫截面位于單元坐標(biāo)系的YZ平面上。為什么要定義梁截面的局部y軸的矢量方向呢？圖414 采用一維單元RBE2和Cbeam單元模擬螺栓圖415 采用一維單元RBE2和Cbeam單元模擬螺栓這是因?yàn)樵贠ptistruct中，Cbeam單元中有一個(gè)局部坐標(biāo)系，它是單元定義的一部分。這些部位則采用一維Welds單元模擬焊接部位。圖410 座椅右側(cè)與客車(chē)車(chē)身橫梁間接觸因?yàn)楸菊n題研究的是座椅自身的靜態(tài)強(qiáng)度問(wèn)題，不考慮與其相連的其他部件的情況，故可以如下處理這些連接問(wèn)題：凡與其他部件相連部件的螺栓連接，均采用固定端約束，即假設(shè)其連接處強(qiáng)度足夠，如圖411所示；而自身部件之間的螺栓連接，如圖412所示，采用一維單元RBE2和Cbeam單元模擬螺栓，如圖4115所示，將兩部件相連接。底座與支撐底座的一塊板件之間采用的是螺栓連接，如圖410所示。7).、材料為Q235的Pshell信息卡片，并將信息卡片信息賦予客車(chē)座椅模型的兩骨架部分，方法同上。6).、材料為Q235的Pshell信息卡片，并將信息卡片信息賦予客車(chē)座椅模型的底座部分。在這種單位之下，楊氏彈性模量的單位是MPa，+05，RHO為密度，其單位應(yīng)該為T(mén)/mm3，即為109g/ mm3,因此，如圖49所示。3).點(diǎn)擊工具欄的Colletctors按鈕，選擇Create子面板，選擇materials，在name處輸入Q235，點(diǎn)擊card image=，選擇MAT1，點(diǎn)擊右邊的create/edit，進(jìn)入編輯頁(yè)面，輸入相關(guān)材料屬性參數(shù)，Q235材料屬性參數(shù)如表41所示：表41 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235材料特性材料屈服極限(MPa)強(qiáng)度極限(MPa)楊氏彈性模量(GPa)泊松比密度(g/cm3)Q235≥235≥375~500200圖49 MAT1材料屬性定義內(nèi)容4).在這里需要著重注意的就是在HyperMesh中單位的問(wèn)題。下面就是利用Optistruct作為本課題客車(chē)座椅靜強(qiáng)度CAE分析的求解器來(lái)進(jìn)行相關(guān)信息卡片的設(shè)置：1).在HyperMesh中打開(kāi)上面完成的客車(chē)座椅骨架模型文件。如在HyperWorks的Optistruct求解器中，二維單元需要定義屬性卡片Pshell，該卡片中設(shè)置了二維單元的ID號(hào)、所用的材料ID號(hào)、厚度等信息。模板包含求解器數(shù)據(jù)格式，HyperMesh利用它為各求解器創(chuàng)建輸入文件。、材料、屬性等進(jìn)行有限元分析，首先需要應(yīng)用有限元前處理器創(chuàng)建有限元模型，并根據(jù)分析計(jì)算的要求選擇合適的求解器進(jìn)行有限元求解計(jì)算。6).查看網(wǎng)格質(zhì)量。該面板可以根據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)光順單元。同理可以利用Swap Edges命令對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行改進(jìn)。4).利用Quality Index子面板中的編輯工具——Place Node和Swap Edges可以通過(guò)交互地更改節(jié)點(diǎn)和交換兩個(gè)相鄰單元的公共邊界來(lái)改進(jìn)單元的質(zhì)量。3).在此期間，根據(jù)對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量的要求，可以對(duì)標(biāo)準(zhǔn)文件進(jìn)行查看和編輯。文件質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)被自動(dòng)加載，在圖形區(qū)域中單元將會(huì)根據(jù)其QI值通過(guò)顏色碼顯示。在Quality Index面板中，可以設(shè)置質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)，并按這些標(biāo)準(zhǔn)用一個(gè)值——組合質(zhì)量指標(biāo)值（Como. QI）評(píng)價(jià)網(wǎng)格劃分的質(zhì)量；可以設(shè)置單元質(zhì)量檢查的輸出結(jié)果：同時(shí)面板提供了編輯和優(yōu)化節(jié)點(diǎn)及邊界位置的功能，通過(guò)減少組合質(zhì)量指標(biāo)QI值的大小改進(jìn)網(wǎng)格的質(zhì)量。(QI)對(duì)單元質(zhì)量的評(píng)價(jià)與優(yōu)化在HyperMesh中的Check Elems面板中，可以根據(jù)用戶(hù)定義的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢查網(wǎng)格質(zhì)量，但Check Elems并不能對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行全面的評(píng)價(jià)。 圖47 手工編輯網(wǎng)格操作如圖47中，左側(cè)為不理想的單元，通過(guò)手工將其改善。在Check Elems中，可以設(shè)置相應(yīng)參數(shù)對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行檢查，從而從某一方面評(píng)價(jià)網(wǎng)格質(zhì)量。圖46 部分失敗網(wǎng)格（白色高亮顯示網(wǎng)格）通過(guò)檢查Jacobian，顯示27個(gè)失敗單元，如圖46所示。7).Skew（扭曲角）。由于三角形單元內(nèi)只有一個(gè)積分點(diǎn)，衡量單元背離理想形狀的程度。6). Jacobian（雅可比）。5).Maximum Angle、Min Angle。4).Length。對(duì)于附著于表面上的單元，弦差為單元各邊中點(diǎn)與該點(diǎn)在對(duì)應(yīng)面上的投影點(diǎn)的距離值。翹曲度定義為：依次沿對(duì)角線將四邊形分成兩個(gè)三角形，這兩個(gè)三角形所在面構(gòu)成夾角的最大值即為翹曲角。檢查四邊形單元的翹曲，即單元偏離平面的量。檢查單元最長(zhǎng)邊與最短邊之比，通常應(yīng)小于5：1。該功能可以自動(dòng)地改進(jìn)網(wǎng)格質(zhì)量，免去修正大量網(wǎng)格的繁瑣手工操作。在單元各項(xiàng)質(zhì)量檢查中，HyperMesh提供了按照用戶(hù)給定值檢查網(wǎng)格質(zhì)量的工具——Check Elems，該功能可以檢查單元的質(zhì)量和這些單元的幾何質(zhì)量，包括一維單元的自由端，二維單元的最大最小內(nèi)角及Jacobian值。網(wǎng)格質(zhì)量檢查包括：?jiǎn)卧B續(xù)性檢查、單元的法線方向檢查、重復(fù)單元檢查以及單元各項(xiàng)質(zhì)量檢查等內(nèi)容。而實(shí)際劃分網(wǎng)格不可能都達(dá)到理想狀態(tài)，可能會(huì)變形。圖44 網(wǎng)格劃分中的Density子面板圖45 網(wǎng)格劃分結(jié)果（局部圖）網(wǎng)格質(zhì)量是指網(wǎng)格形狀和尺寸的合理性。9).點(diǎn)擊Return，接受所劃分的網(wǎng)格。8).點(diǎn)擊Mesh進(jìn)入網(wǎng)格劃分模塊。檢查標(biāo)題欄并確認(rèn)當(dāng)前的部件集為Middle Surface。5).設(shè)置Mesh Type：為Mixed。3).選擇SurfsDisplayed，如圖44所示。具體步驟如下：1).在2D頁(yè)面上點(diǎn)擊Automesh，進(jìn)入Automesh面板。考慮到座椅模型不是太大，也為了計(jì)算精度考慮。 針對(duì)客車(chē)座椅骨架模型來(lái)說(shuō)，其各個(gè)板件的厚度都不是太大，因此可以選擇殼單元來(lái)進(jìn)行劃分。CAE的目的是分析，結(jié)果是否合理非常重要。而通過(guò)人工指定就不一樣了。并不是自動(dòng)化程度越高越好。并不是節(jié)點(diǎn)越多越好，高密度的網(wǎng)格能帶來(lái)計(jì)算精度的提高，但是采用適當(dāng)?shù)膯卧?lèi)型才是最重要的，畢竟節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加帶來(lái)的是計(jì)算量以平方增長(zhǎng)。對(duì)曲面網(wǎng)格HyperMesh有很多獨(dú)有的劃分方法，而且在劃分網(wǎng)格時(shí)就能人工干預(yù)劃分的質(zhì)量，還有非常優(yōu)秀的檢查工具。同時(shí)，需要注意的是網(wǎng)格的大小調(diào)整經(jīng)?？梢杂行У靥岣哂?jì)算精度同時(shí)降低計(jì)算耗費(fèi)。2).網(wǎng)格的大小。三角形還是四邊形、四面體、五面體還是六面體.單元的階數(shù)。一維的線單元、二維的面單元、三維的體單元，如果是一維單元，還要根據(jù)功能不同選擇bar、rigid等單元類(lèi)型。這取決于要做什么分析和模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)同樣的分析，采用的求解器不同也會(huì)影響這個(gè)選擇。高質(zhì)量大小合適的網(wǎng)格不僅可以保證計(jì)算的精度，而且可以節(jié)約計(jì)算的耗費(fèi)，節(jié)省大量的時(shí)間和精力。HyperWorks中的HyperMesh模塊在網(wǎng)格劃分方面具有極為強(qiáng)大的功能，提供了大量網(wǎng)格劃分工具。各種類(lèi)型的有限元法，第一步都要對(duì)分析的對(duì)象進(jìn)行離散，因此離散的過(guò)程是有限元分析前處理中的一個(gè)重要步驟——網(wǎng)格劃分。將實(shí)際結(jié)構(gòu)劃分為有限個(gè)單元的過(guò)程叫做結(jié)構(gòu)離散。點(diǎn)擊右邊的Delete，刪除所有重復(fù)曲面，如圖43所示。經(jīng)查看，本模型導(dǎo)入到HyperMesh中在某處區(qū)域出現(xiàn)重復(fù)曲面，要將其找出并刪除。在拓?fù)滹@示模式下，由于曲面邊界的顏色顯示是由其與周?chē)孢吔绲倪B接來(lái)確定的，所以拓?fù)漕伾梢詭椭袛嗫赡艹霈F(xiàn)的缺陷?！巴?fù)洹保═opology）是指相鄰曲面之間的連接關(guān)系。即零件厚度用數(shù)值表示，而不用幾何表示，對(duì)零件的中面進(jìn)行網(wǎng)格單元?jiǎng)澐?。圖4