Hypermesh与Abaqus联合仿真流程

高性能有限元仿真流程优化与实践：Hypermesh与Abaqus联合应用


前言

高性能有限元仿真是工程设计和技术分析中不可或缺的工具，优势在于其能够精确预测设计性能，并通过三维模型仿真调节设计参数，减少物理原型的时间与成本。Hypermesh 与 Abaqus 作为行业内受到广泛推崇的有限元分析工具，各自在特定领域展现强大的性能。Hypermesh，作为一款功能强大的有限元前处理器，因其高效处理复杂装配模型的能力而受到青睐。Abaqus，作为老牌的有限元仿真软件，其在非线性求解能力方面的卓越表现，尤其是在复杂材料行为和非线性问题方面的处理，使其成为了众多行业的首选方案。




然而，Abaqus 自带的前处理器Abaqus CAE在面对复杂装配和特定场景时，可能存在处理门槛，这使得用户在未经详细研究和实践的情况下，可能难以充分利用Abaqus的强大功能。结合液压硬件优化与灵活的前处理器Hypermesh，可形成一套高效率、高质量的有限元仿真工作流程。本文将以一个承载分析的典型实例为例，演示利用Hypermesh与Abaqus进行有限元分析的全过程，并揭示运行流程中容易忽视的问题与可能导致的优化陷阱。

模型概述

本次案例的模型以一组复杂的物理结构为基础：三层平板结构并位于两实体之间，实体单元与壳单元通过专用连接技术进行绑定，且左侧三层壳单元组成一个固体力学的共用边界。材料性质为带纤维的正交各向异性材料，整体由纤维方向决定。这种模型的构建旨在评估特定条件下的力学性能。

工作流程详解


1. 模型导入与分组

启动Hypermesh，加载需要分析的模型文件，并将工作模板切换至Abaqus模式下。这一转换为后续的Abaqus_inp文件生成与外部求解器接口奠定了基础。

进行模型分组，有助于后续操作的系统化管理和步骤完整性确认。确保模型各部分清晰分类，利于结构化处理和管理不同类型的分析需求。

2. 单元类型确认

查看与设置单元类型，通过`card edit`命令，确认和调整已划分网格的单元类型与Abaqus所使用的格式匹配，以准确实现模型文件的器与解析。例如，将`tria3`与`tetra4`单元匹配至相当的Abaqus入参格式如`S3`与`C3D4`。

3. 材料属性定义

创建材料：在模型树中左击空白区域，选择 `create` > `material`，定义包括弹性模量、泊松比和剪切模量在内的所有必要参数，重点是为具有方向特性的材料量身定制属性。

4. 局部坐标系构造

系统创建：使用`systems`命令来构建局部坐标系，这个步骤对于确保材料属性正确应用至关重要。坐标系的精确设定对于输出结果的准确性有直接影响。

5. 属性与组件关联

创建属性与组件（`property`）相关联的对象，对于壳单元与实体的划分采用不同设置进行定义，确保材料行为在各区域的准确反映。

6. 绑定与连接

创建绑定集合（`set segment`）时，宣读明确的主面与从面关系，尤其是对于分层结构或复杂连接，需注意避免父子层的误连接，确保计算的精准性和稳定性。

7. 载荷步与边界条件设置

加载收集器与约束对象的创建，程序化地管理载荷与约束的施加。通过`load step`进行细致的步骤划分与履行设置需求。

8. 输出请求配置

输出请求（`output block`）的构建与参数调整，明确规定计算过程中及其后续分析所需的输出指标，确保结果的详度过与有效分析。

9. 导出Abaqus操索

生成Abaqus inp文件，依据Hypermesh配置的详细信息生成用于Abaqus求解器的输入文件。这一步骤需要确保所有配置在转换至inp格式时均得到精确保留。

10. 利用脚本批处理

创建`bat`脚本，自动生成并提交Abaqus计算任务，简化单文件提交流程的同时，易于扩展至多个文件的自动运行安排。

11. Hyperview后处理分析

计算完成后，导入Abaqus生产的结果ODB文件至Hypermesh的Hyperview界面，进行结果可视化与分析，提取关键指标以指导设计与优化。