HyperWorks OptiStruct：以有限元为基础的结构优化设计利器

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HyperWorks 提供OptiStruct 是以有限元为基础的结构优化设计工具。

有限元法的基本思想可概括为（先分后合）或（化整为零又积零为整），也就是说：“先将连续的求解域离散为有限个单元体，使其只在有限个指定的节点上相互连结；然后对每个单元体选择一个比较简单的函数，近似表达单元节点的平衡方程组：再把所有单元的方程集成为整个结构力学特性的整体代数方程组；最后引入边界条件求解代数方程组而获得数值解，如结构的应力分布和位移分布等。

HyperWorks 有限元分析的主要步骤：

导入文件——设置模版——几何清理——建立材料卡片——建立几何及单元集———划分单元——单元检查与优化——建立载荷集——施加载荷——建立载荷工况——设置计算参数——输出有限元文件————利用Optistruct/Analysis求解器球求解——HyperMesh或Hyper View 后处理。

（1）
前处理其任务是包括：

a 建立分析结构的几何模型。对于几何结构复杂的结构，可以直接读取CAD软件的相关格式。

b 根据分析对象和目的，确定有限元网格划分方案（但愿类型、单元的密度和数量）和装配方案（连接关系和位置），建立有限元分析的计算模型。

（2）计算是形成总刚度方程并通约束处理后求解大型联立线性方程组，最终得到节点位移的过程。

（3）后处理是对计算机输出的结果（包括各种应力、位移或振型等）进行必要的处理并按照一定的方式（如等应力线、变形图、振型图等）显示打印出来，以便对分析的对象的性能或设计的合理性进行分析。评估，从而做出相应的改进或优化。

注意：在HyperWorks中求解时可以根据分析的对象的要求选择不同的求解器，一般的分析问题可以用Analysis或Optistruct求解，优化问题则必须使用Optistruct求解器来完成，后处理可以直接用Hypermesh的后处理器功能，也可以选用Hyperiew。

HyperWorks有限元分析的主要内容

一、如何导入文件

HyperWorks的几何模型一般多从Pro/E、UG、CATIA等CAD软件中导入。

（1）
UG可导入*.prt文件，但UG需要先安装转换器接合

（2）
CATIA可导入CATIA V4的*.model 文件，导入CATIA V5文件时需要CATIA V5的许可（license）

（3）
Pro/E 可导入*.igs或*.iges文件

（4）
STEP 可导入*.stp文件

二、几何清理

在对导入的CAD模型进行有限元分析（FEA）时，要考虑有限元分析对几何模型的要求与CAD的不同，FEA只需要简化的几何模型，因此需要对模型部件的一些信息进行简化，以便于网格划分和分析，此外模型的一些几何信息在导入时可能会出错，如导入曲面数据时可能会存在缝隙、重叠、边界错位等缺陷，导致单元质量不高，求解精度差。就要通过几何清理消除错位和小孔，压缩相邻曲面之间的边界，改正模型在导出的错误，消除不必要的细节，产生一个简单的部件模型，以便网格划分和分析，确保网格间的正确连接，获得满意的网格样式和质量，从而提高整个网格划分的速度和质量，提高计算精度。

在Hypermesh中进行几何清理主要有以下几个方面的内容：

1.
导入CAD模型并修复其几何数据，即拓扑修复（Topology Repair）

2.
抽取中面（Mid-Surfaces）

3.
简化模型的几何细节（Defeaturing）

4.
改善几何模型的拓扑关系，以获得高质量的网格，即拓扑改进（Topology Refinement）

网格的划分方法：四面体网格的划分

Volume Tetra Mesher 和 Standard Tetra Mesher

五、六面体网格划分的基本方法：

Elem offset

SPIN

LINEAR SOLID

SOLID MESH