Hypermesh中模型简化的实用技巧（一）

大概有以下三种方法：

1. 将模型简化为质量块；

2. 将模型简化为质量点；

3. 将模型简化为分布力。

本文以Hypermesh+OptiStruct为例，分析三种简化方法对其静力和模态分析的影响。

首先，在三维建模软件中建立一个平板+块体的简单模型，如下图所示：

图1 平板块体简单模型

如上图所示，一个阶梯型零件通过螺栓固定在一个平板件上。下面将分析将模型划分为质量块、简化为质量点和转化为分布力三种方式对结构在重力作用下位移、应力和模态的影响。

1. 模型划分为质量块

在Hypermesh中导入几何模型，对其进行网格划分，如图2所示。

图2 质量块网格模型

在模型中，单元基本尺寸为5mm，平板在厚度方向划分3层网格，在螺栓孔附近做两层Washer，两个部件在螺栓孔（包括Washer部分）处用RBE2单元连接来模拟螺栓连接。

将平板离质量块较远端节点全约束，相当于悬臂梁。在Hypermesh中通过创建SPC实现，如图3所示。

图3 模型的边界约束条件SPC

对模型施加重力载荷，设置如图4所示：

图4 重力载荷设置

模态求解方法选择Lanczos方法，对应卡片为EIGRL，求解前20阶模态，设置N=20。如图5所示。

图5 模态分析方法设置

分析步设置如图6所示，共两个个分析步，包括重力静载作用的分析步和模态分析步。

图6 分析步设置

输出卡片为Global_output_request，输出H3D格式的位移和应力，其他卡片还有param，其中勾选EFFMASS(输出模态等效参与质量)，AUTOSPC选no(不约束自由节点)；在output卡片中设置不输出HTML和HM的文件，以减少结果文件数量和占用空间。

将模型提交计算，即可得到在重力作用下的静载结果和模态分析结果

2. 模型简化为质量点

这一步将模型中的质量块简化为质量点进行计算。首先，利用post界面下的summary功能，计算模型质量块的质量以及质心坐标，结果如图7所示。

图7 模型质量和质心

可以看到，质量块的质量为0.0193t，质心坐标如图7中x，y，z坐标所示。

在Geom面板下的node功能中，依据坐标创建质心节点，然后在1D面板下的masses功能中，选择刚刚创建的节点，质量为0.0193，单元类型为CONM2，点击创建，生成质量单元。

新建一个Component，命名为Mass_block，将质量单元移入该Component(也可以在生成质量单元之前创建，这样生成的质量单元自动归入当前的Component)。

在1D面板下的rbe3功能下，选择质心节点作为dependent node，将平板上螺栓孔单元(包括washer单元)从上到下的节点全部作为independent nodes，选择创建rbe3单元。同样创建一个名为rbe3的Component来放置rbe3单元。

结果如图8所示。

图8 质点模型

其余load collecter和load step以及输出设置与质量块模型相同，设置完成后将模型提交计算，即可得到在重力作用下的静载结果和模态分析结果。

3. 模型转化为分布力

这一步将模型中的质量块简化为分布力进行计算。我们已知质量块的总质量为0.0193t，分布力之和为0.0193x1000x9.86=190.3N。我们采取的方法是用RBE3单元(RBE3单元常用于施加载荷)抓取质量块与平板接触的所有节点，然后在RBE3单元的中心施加190.3N的载荷（也可在这些节点处施加分力，每个分力的大小等于合力除以节点数量）。

具体操作如下：

首先创建一个名为RBE3的Component，在1D面板下选择RBE3，将dependent选为calculate node，independent选择质量块与平板接触的所有节点，如图9所示。约束所有自由度，单元类型为RBE3，点击创建，生成RBE3单元。

图9 选择接触节点

然后创建一个名为force的load collector，card image选择none，点击analysis面板下的forces，node选择RBE3单元的中心节点，幅值为-190.3，因为沿Z轴垂直向下，所以取的是负值，方向选择Z轴，load type选择FORCE，点击创建，生成分布力载荷。如图10所示。