HyperMesh：高效有限元求解器解析

前处理工作是有限元分析计算中的重要环节，前处理质量的好坏将直接影响计算结果的精度和计算的规模。目前市面上广泛使用的有限元软件ANSYS的前处理功能比较烦琐，如果在ANSYS中完成有限元分析计算的前处理工作将相当耗时费力，更不用说对于结构复杂的三维实体，HyperMesh软件就是针对这一难题应运而生的。

HyperMesh是一个高效的针对有限元主流求解器的有限元前后处理器，具有高效的网格划分功能，能够建立各种复杂模型的有限元模型，配有与多种有限元计算软件（求解器）的接口，为各种有限元求解器写出数据文件及读取不同求解器结果文件，并可实现不同有限元计算软件之间模型转换功能，大大减少了建模的重复工作，工程设计人员可以在一个极佳的交互式可视环境下对多种设计条件进行分析。一般来说应用HyperMesh来进行有限元前处理的流程如图1所示：

典型应用

问题描述

USB接口由于其简单易用，随插随用给用户带来了很多方便和快捷，正由于这样，很多用户在使用过程中不注意使用规范，插拔USB接口时用力方向不正确，造成USB接口硬件损坏，引起USB接口处接触不良等现象时有发生。在USB接口设计初期，考虑人为破坏的因素，如何提高USB接口处连接件的强度指标为设计者所关心。随着仿真技术的飞速发展，为产品在产前进行风险技术性评估，保证设计质量、提高产品设计水平提供了可靠而真实的保障。而有限元分析已经成为机械类产品仿真分析的关键手段。

几何清理与有限元模型的建立

HyperMesh中进行CAE前处理操作，第一步就是设置求解器模板和建立分析对象的几何模型。导入几何模型后，模型中可能会有间隙、重叠和缺损等，这些会妨碍高质量网格的自动划分，有些局部结构不是我们考虑的重点但影响整体网格划分质量，也可以做几何清理。HyperMesh包含一系列工具，用于整理和改进输入的几何模型。通过消除缺损和孔，以及压缩相邻曲面的边界等，从而提高网格划分的总体速度和质量。为了详细说明HyperMesh的有限元前处理技术，本文以某型USB接口静力学分析为例，在HyperMesh的ANSYS模板中对其进行前处理。

从模型图中可以看出，USB接口主要由USB保护罩，USB底板，连接器，USB母口转接头，带A型公口数据线（线延长段被简化）组成。导入USB实体模型后，HyperMesh会自动就不同的SOLID建立对应的Comp,方便用户对不同的部件进行几何清理和有限元划分。在建立有限元建模时就应该对几何模型进行适当的简化处理，删除一些对结构分析只产生局部较小影响的细节，如倒角、圆角、局部小孔等，删除这些较小的细节可以大大减小有限元分析的计算量和求解时间，而不会影响到分析结果的精度。由于模型对称，只对一半模型进行分析。

计算结果

目前Altair公司产品HyperView也能够兼容读取ANSYS11版本的结果文件，作者为了方便，这部分结果的读取在ANSYS中完成，由于USB接口计算模型对称，在结果读取前扩展了模型。从图3中可以看出，当带公口数据线发生了明显的位移变化。

USB接口连接器有一个舌头状的延伸端，上面有个凸起刚好卡住USB数据线上端卡环，其下表面也与数据线接头上端一表面接触，该部件主要起着稳定连接，防止由于震荡造成接头松动造成接触不良现象。在实际使用过程中，必须按下卡环才能拔出数据线接头，由于该部位最容易发生断裂，在分析中是我们重点考察的对象。利用HyperMesh软件使结构分析变得更为便捷，大大提高了结构优化效率。

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