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运用HyperMesh软件对拉杆进行有限元分析1.1问题的描述拉杆结构如图1-1所示，其中各个参数为：D1=5mm、D2=15mm，长度L0=50mm、L1=60mm、L2=110mm，圆角半径R=mm，拉力P=4500N。求载荷下的应力和变形。图1-1拉杆结构图1.2有限元分析单元单元采用三维实体单元。边界条件为在拉杆的纵向对称中心平面上施加轴向对称约束。1.3模型创建过程1.3.1CAD模型的创建拉杆的CAD模型使用ProE软件进行创建，如图1-2所示，将其输出为IGES格式文件即可。1图1-2拉杆三维模型1.3.2CAE模型的创建CAE模型的创建工程为：将三维CAD创建的模型保存为lagan.igs文件。（1）启动HyperWorks中的hypermesh：选择optistuct模版，进入hypermesh程序窗口。主界面如图1-3所示。（2）程序运行后，在下拉菜单“File”的下拉菜单中选择“Import”，在标签区选择导入类型为“ImportGoemetry”，同时在标签区点击“selectfiles”对应的图形按钮，选择“lagan01.igs”文件，点击“import”按钮，将几何模型导入进来，导入及导入后的界面如图1-4所示。2图1-3hypermesh程序主页面图1-4导入的几何模型（4）几何模型的编辑。根据模型的特点，在划分网格时可取1/8，然后进行镜像操作，画出全部网格。因此，首先对其进行几何切分。1）曲面形体实体化。点击页面菜单“Geom”，在对应面板处点击“Solid”按钮，选择“surfs”，点击“all”则所有表面被选择，点击“creat”，然后点击“return”，如图1-5~图1-7所示。图1-5Geom页面菜单及其对应的面板图1-6solids按钮命令对应的弹出子面板3图1-7实体化操作界面2）临时节点的创建。点击页面菜单“Geom”，在对应面板中点击“nodes”按钮，在弹出的子面板中选择“online”，选择如图1-8所示的五根线，点击“creat”，然后return，这样就创建了临时节点。3）节点编号显示。点击页面菜单“tool”，在对应的面板中点击“number”，在弹出的子面板中勾选“display”，点击“nodes”，在弹出的列表中选择“all”，点击“on”按钮，将节点编号显示出来，然后return，“Tool”页面菜单对应的面板如图1-9所示，显示节点编号的界面如图1-10所示。图1-8临时节点创建操作界面4图1-9“Tool”页面菜单及其对应的面板图1-10节点编号显示操作界面图1-11实体第一次切割操作界面4）几何模型切割。点击页面菜单“Goem”，在其对应的面板中点击“solidedit”按钮，在弹出的子面板中选择“trimwithplane/surf”选项，点击“withplane”下的“solids”，在弹出的选项里选择“all”，点击下面的“N1”，然后依次选择如图1-10所示13,14,15,2号节点，点击“trim”完成实体第一次切割，分成如图1-11所示的左右两个部分。5继续在上述界面操作，选择“trimwithplane/surf”选项，点击“withplane”下的“solids”，在弹出的选项里选择“all”，点击下面的“N1”，然后依次选择7、8、13、15号节点，点击“trim”完成第二次切割。该操作主要完成利用模型的前后对称面对实体进行第二次分割，分为四个部分如图1-12所示。图1-12实体第二次切割操作界面继续在上图所示界面中操作，选择“trimwithplane/surf”选项，点击“withplane”下的“solids”，在弹出的选项里选择“all”，点击下面的“N1”，然后依次选择14、11、8、14号节点，点击“trim”，完成实体第三次切割，该操作主要完成利用模型的上下对称面对实体进行第三次分割，经过第二次和第三次分割后的模型为如图1-13所示的8个部分。图1-13实体第三次切割操作界面继续在图1-13所示界面中选择“trimwithplane/surf”选项，点击“withplane”下的“solids”，6在弹出的选项里选择“all”，点击下面的“N1”，然后选择7、8、9、5号节点，点击“trim”，完成实体第四次切割；单击“return”按钮，退出“solidedit”命令。该操作主要完成对下部模型弧形段实体沿垂直轴线方向在弧形段中点处进行切割，分割成如图1-14所示的12个组成部分。图1-14实体第四次切割操作界面5）临时节点的清除。点击页面菜单“Goem”，在其对应的面板中点击“tempnodes”按钮，在弹出的子面板中点击“clearall”按钮，点击“return”，清除所有的临时节点。6）多于实体的隐藏。将多余的部分隐藏，按下快捷键F5，进入“Mask”面板，选择“mask”选项，点击向下三角，选择“solids”，在图形区选择多余的部分，点击“mask”按钮，点击“return”按钮，将实体多余部分隐藏，只保留图1-15所示模型的的1/8。图1-15实体隐藏操作界面（5）材料属性及单元属性的创建。选择下拉菜单“materials”，选择“create”，在弹出的材7料定义对话面板中单击“matname=”，并输入“steel”，设置下面的颜色，选择红色。点击“cardimage=”，选择“MAT1”，点击“create/edit”按钮，进入材料属性定义面板，输入材料参数，如图1-16和图1-17所示。图1-16材料创建操作界面选择下拉菜单“Properties”，选择“create”，在弹出的对话面板中单击“propname=”并输入“1”，设置下面的“color”按钮，选择蓝色。点击“cardimage=”选择“PSOLID”，点击“material=”，选择“steel”，输入图1-18所示的参数，然后点击“create”，完成单元属性的定义。图1-17材料属性定义操作界面（6）划分网格。为了得到质量较好的有限元分析模型，采用对几何模型进行分段划分网格，拉杆中间界面为正六边形部分为一段，六边形和圆截面过度部分为一段，圆角部分可以分为两段，最后拉杆的最外部分为一段。1）二维临时组的创建。点击工具栏中的“components”工具按钮，选择“create”，在面板中单击“compname=”，并输入“2D-1”点击“color”按钮，选择黄色。点击“property=”按钮，选择“1”，点击“create”按钮，然后return，如图1-19所示。2）临时节点的创建。点击页面菜单“Geom”，在其对应的面板中点击“nodes”按钮，在弹出的子面板中选择“online”，选择如图1-20所示的线段，“numberofnodes=”输入“3”，点击“create”按钮，然后点击“return”按钮。8图1-18单元属性创建操作界面图1-19临时2D-1组创建操作界面图1-20临时节点创建操作界面3）节点编号显示。点击页面菜单“Tool”，在其对应的面板中点击“numbers”按钮，在弹出的子面板中勾选“display”，点击“nodes”，在弹出的列表中选择“all”，点击“on”按钮，点击“return”，将节点编号显示出来，如图1-21所示。9图1-21临时节点显示编号操作界面4）细轴的再切割。点击页面菜单“Goem”，在其对应的面板中点击“solidedit”按钮，在弹出的子面板中选择“trimwithplane/surf”选项，点击“withplane”下的“solids”，在弹出的选项里选择“displayed”，点击下面的“N1”，然后依次选择如图1-22所示19、21、24、19号节点，点击“trim”按钮，完成圆弧处局部切割。重复上述操作，依次选择16、18、27、16号节点，点击“trim”按钮，完成过渡处的局部切割，点击“return”。图1-22细轴局部切割操作界面5）细轴二维辅助单元的创建。点击状态栏中“setcurrentcomponent”，在弹出的子面板中选择刚刚创建的“2D-1”组，将其设为当前组。点击页面菜单“2D”，在其对应的面板中点击“automesh”按钮，在弹出的子面板中设置“elemsize=0.5”，如图1-23所示，在图形区选择细杆的一端面，点击“mesh”按钮，进入如图1-24所示界面，调整上面所有边的数字，使网格较为规则。点击“return”，再次点击10“return”按钮，完成后的网格如图1-25所示。图1-23细轴端部二维网格划分操作界面6）二维辅助单元的投影复制。点击页面菜单“Tool”，在其对应的面板中点击“project”按钮，在弹出的子面板中再选择“toplane”选项，点击向下三角，选择“elems”，选择刚画的“2D”网格，再点击“elems”按钮，在弹出的菜单中选择“duplicate”以及“originalcomponent”；点击“toplane”下面的N1，依次选择如图1-26所示的16、18、27、16号节点，点击“alongvector”下的N1，依次选择27号节点和与之对应的端部网格的最下角节点，点击“project”按钮，然后点击“return”按钮，这样就将细轴端部的网格投影到16、18、27号节点所在的平面上，投影后的结果如图1-27所示。图1-24二维mesh设置子操作界面11图1-25生成的细轴端部二维辅助网格7）3D组的创建。点击工具栏中的“components”工具按钮，选择“create”，在面板中单击“compname=”，并输入“3D-1”点击“color”按钮，选择蓝色。点击“property=”按钮，选择“1”，点击“create”按钮，然后return，如图1-28所示。8）细轴三维网格的划分。点击页面菜单“3D”，在其对应的面板中点击“linedrag”按钮，在弹出的子面板中再选择“dragelems”，点击“elems”，选择细轴左端部的二维网格，“linelist”选择细轴下部的边界线，如图1-29所示，“ondrag”输入框内输入20，点击“drag”，然后点击“return”按钮，创建后的网格如图1-30所示。图1-26二维网格投影操作界面12图1-27投影后的二维网格图1-283D组创建操作界面9）过渡部分网格的划分。点击页面菜单“3D”，在其对应的面板中点击“solidmap”按钮，在弹出的子面板中再选择“general”选项，“sourcegeom”选择“surf”选择由16、18、27号节点所在的平面，“destgeom”选择“surf”，选择由19、21、24号节点所在的扇形面，“alonggeom”选择“lines”依次选择连接连个面的四条线，如图1-31所示，点击“elemstodrag”，点击“elems”在图形区选择投影在16、18、27号节点所在平面上的所有2D单元，设置“elemsize=0.5”，然后点击“mesh”，然后点击“return”，这样就完成了过渡部分的3D网格，如图1-32所示。图1-29linedrag操作界面13图1-30linedrag生成的实体单元10）圆角部分的网格划分。为刚才创建的3D网格的末端平面创建一个临时的2D网格，用来辅助生成后面的实体单元。点击页面菜单“Tools”在其对应的面板中点击“faces”按钮，在弹出的子面板中点击“elements”，选择上一步创建的最右端一层实体单元，如图1-33所示，点击“findfaces”按钮，生成临时的2D网格，点击“return”按钮。点击页面菜单“3D”，在其对应的面板中点击“solidmap”按钮，在弹出的子面板中再选择“general”选项，“sourcegeom”选择“surf”选择由19、21、24号节点所在的平面，“destgeom”选择“surf”，选择圆弧的扇形面，“alonggeom”选择“lines”依次选择连接连个面的三条线如图1-31所示，点击“elemst