Hypermesh使用总结

建模注意事项

  1. 为防止在划分3D网格时,产生角度过小的单元,在(1)断层与地壳内层状界面的接触部位,或(2)断层与断层交界部分,划分2D单元时尽量避免其单元内角过小。如此便要求在这些地方的几何形状要具备较高质量,避免产生弧形状的连接,如下图:


    红色断层呈弧形,与蓝色断层相交
  2. 确保两个面之间的单元层数>=2,如下图,界面之间的单元层数只有一层,这应该是要尽力避免的。

    下部黄色线与红色线之间仅有一层单元

  1. 划分完毕断层面,壳内界面,以及外部的包围面之后,应该检查自由边,T型边,重复单元等操作。下图是自由边和T型边的检查操作界面:


    点击free edges

    下图是重复单元的检查操作界面:


    点击右侧 duplicates
  1. 单元质量检查方面,可参考《Prectical Aspects of Finite element Simulation—A Study Guide》中提到的几个主要指标及其参考值。最理想的单元形状是:若为三角形,则选等边三角形;若为四边形,则选正方形。常用的参数有:
    (1)对三角形和四边形单元有效:Skew<45, 理想值为0
    Skew的涵义是:90-α,其中α是指如下值中的最小值:对三角形来说,从一个定点到对边中点的连线1与其他两边的中点连线2之间的夹角。对四边形而言,则是两个对边中点的连线与另外两个对边中点的连线的夹角。

    image.png

    (2)对三角形和四边形单元有效:Aspect<5
    该值主要是指单元边长的最大值/最小值。该值的理想值是1。
    (3)对四边形有效:Taper<0.5,理想值为0
    Taper含义:四边形内每一个三角形面积与平均三角形面积之差的绝对值之和,参考下图:
    Taper含义

    (4)对四边形有效:Warpage<10,理想值为0
    含义是四边形内公用对角线的两个三角形,他们法线之间的最大夹角。
    (5)最小长度:这个很重要的作用是发现那些畸形元素。在划分网格过程中,因为一些操作,常会产生一些肉眼很难发现的细小单元,使用最小长度可以发现这些元素,删除,同时修补删除后的单元。
    (6)最大角度和最小角度:一般建议三角形在20°-120°之间,四边形在45°-135°之间。
    (7)Jacobian,定义不清楚,但一般建议该值>0.7。三角形的雅克比恒等于1。
    (8)对3D四面体而言,本人主要采用了aspect<5,tec collapse>0.1和Vol skew<0.9 (书上建议<0.7)三项指标。

  2. 填补空腔:有时候在划分完3D网格之后,有些3D单元的质量很差,我们可以删除这些单元,随之在模型内部则产生了一个或几个孔隙,如何填补孔隙?做法是:先选中孔隙周围的单元,然后利用单元产生表面,最后选中封闭孔隙的这些单元表面(确保这些表面单元包围住整个孔隙),利用Tetra mesh的方法来创建新的三维单元。

  1. 计算初始应力的大模型:

    • 外围大模型底部的厚度,以及横向的宽度,没有固定数值,根据用户的感觉,不要太大,也不要太小。这些地方的杨氏模量E的设定,与尺寸大小成正相关:尺寸大了,E就大点;尺寸小了,E就小点,总体上要达到的效果是使得变形保持在用户所希望的范围内。
    • 最外层的锥形壳体,考虑的地心的角度,不考虑重力,但定义了弹性模量和密度等参数。
  2. 接触面的定义,善于利用选择的各种工具,用来将断层面两侧的3D单元划分到两个单独的容器中,然后再将两者进行detach,最后定义断层接触面。这些工具或方法有:利用断层面的feature单元,选区断层面外围接触的单元;重复利用反选邻近这些步骤来选区断层边缘地区的元素。

  3. 在定义完毕接触单元之后,由于软件自动选择的了break angle小于30度的单元表面为接触面,因此要将这些不在断层面上的gaslet单元删除。

  4. 这些gaslet元素并非为真正的单元,它是由单元和单元表面组成的,虽然Hypermesh统计了这些单元的数量,但是在inp文件中并没有给这些单元分配单元编号,所以这些单元是间接形成的。

  5. 在有断层交界的地方,定义断层1之后,如果断层2与断层1相交,则在detach断层2之后,因为有新的单元节点的生产,断层1中单元的表面代号就发生改变,因此软件无法知道这个单元的表面应该如何确定,inp文件中在该单元编号后就无单元面代号,这应该是要避免的。如果避免?

    • 一劳永逸的做法是,在定义断层面之前,将模型中的所有断层面都进行detach,这样一来在定义断层面的时候,就没有新的节点产生。
    • 重新定义先前被切过的断层面上的两个或一个表面. 可以通过表面review的方式,选中要修改的单元,重新定义表面。也可以通过find的方式选中邻近这些气垫元素的单元,来重新定义表面。
  6. 移动已经定义好的gaslet单元时,应采用复制的方式,将一个表面元素复制成一个容器,用来包含这些gaslet元素。直接在目录树中新建group的方式是不行的,因为性质不同。

  1. 节点,单元编号,默认是按照产生的时间先后顺序进行的。节点不连续,并不影响后期的工作,只要保证节点编号没有发生变化即可。这样在计算应力场的时候,目的模型可以根据编号寻找到相应的单元。
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