本書以基于HyperMesh軟件進行結構有限元建模的基本步驟為主線，著重介紹HyperMesh軟件進行有限元建模的方法，每章均包含了基本的概念、方法并配備相應的應用實例。

本書配備了大量具有代表性的應用實例，通過介紹軟件的使用操作和有限元建模過程，使讀者逐步掌握有限元建模的技巧和方法。

本書介紹了HyperMesh與主流CAE軟件聯合應用以解決靜力學、屈曲、模

態、非線性接觸、跌落碰撞、響應譜分析等工程問題的方法，使讀者能夠更全面地掌握軟件技能及有限元分析方法。

前 言

有限元法是隨著計算機技術的迅速發展而

發展起來的一種工程實用數值分析方法，現已成為航空、航天、機械、土木結構等領域的結構分析中必不可少的計算工具，同時也是分析連續力學問題的一種重要手段。結構有限元分析結果的精度取決于有限元分析模型

的質量，因此，聯合利用CAD與CAE軟件建立高置信度的有限元模型已成為結構分析人員必須具備的能力之一。

本書以工程實用為出發點，結合作者的軟件使用經驗及FEA處理問題的方法，講解軟件的使用操作及有限

元建模過程，幫助讀者掌握有限元建模的技巧和方法。

本書共8章，第1章介紹HyperMesh的主要菜單界面以及基于HyperMesh進行結構有限元建模的基本流程；第2章主要介紹基于有限元分析的幾何建模技術，包括

HyperMesh的幾何建模功能以及對其他CAD軟件模型的導入及清理；第3章闡述二維單元建模、三維四面體、六面體實體單元建模以及特殊單元建模技術；第4章重點介紹結構有限元模型的快速修改技術，包括二維單元網格

變形及三維單元網格變形技術；第5至第8章分別講解如何應用HyperMesh與CAE分析軟件ANSYS/LsDyna、Abaqus、Pamcrash、Nastran/RADIOSS進行靜力、模態、屈曲、響應譜、接觸非線性、跌落碰撞等分析的數據接口技

術，以及如何在進行各種分析時設置材料屬性、單元特性、載荷約束、求解分析控制選項等。

本書主要編寫工作由付亞蘭及大連交通大學謝素明教授共同完成，郝博、郭峰、韓濤、秦睿賢、楊宇生、鄭喜斌、鄧曉宇

、毛會生、袁露等參與了部分實例編寫工作。

本書在編寫過程中得到了大連交通大學交通運輸工程學院的大力支持，特別感謝兆文忠教授、陳秉智教授、萬朝燕教授、李曉峰副教授給予的幫助和指導。同時衷心感謝

中國水利水電出版社的編輯為本書的出版所付出的辛勤工作。

本書可作為機械、工程力學、土木、能源、航空航天、車輛等專業的研究生的有限元建模指導用書，亦可供相關領域從事產品設計、仿真的工程技術人員

學習參考。

由于寫作倉促和作者水平有限，書中缺點和錯誤在所難免，敬請讀者批評指正。如有疑問，可發郵件至cae_mesh@sina.com，歡迎來信共同探討。

作 者

2014年10月

前言

第1
章 基于HyperMesh的結構有限元建模 1
1.1 HyperMesh基礎知識 1
1.2 創建集合器 5
1.3 創建或導入幾何模型 5
1.4 有限元建模及模型質量檢查 5
1.5 有限元求解器的
數據傳遞接口 8
1.6 本章小結 9
第2章 基于有限元分析的幾何建模 10
2.1 HyperMesh幾何建模功能 10
2.1.1 特殊單元的幾何模型建模 10
2.1.2 二維單元的幾何模型
建模 12
2.1.3 三維單元的幾何模型建模 16
2.2 CAD模型導入及清理 17
2.2.1 CAD幾何模型的導入 17
2.2.2 幾何模型清理 17
2.3 建模實例 22
2.3.1 導入和修復
幾何模型 23
2.3.2 抽取模型中面 26
2.3.3 簡化幾何模型 27
2.3.4 優化拓撲結構 28
2.4 本章小結 32
第3章 建立有限元模型 33
3.1 二維單元建模
33
3.1.1 三角形及四邊形單元建模 33
3.1.2 二維單元質量檢查 38
3.1.3 二維單元建模實例 40
3.2 三維單元建模 46
3.2.1 四面體單元建模 47
3.2.2 六面體單元建模
48
3.2.3 三維單元質量檢查 54
3.2.4 四面體單元建模實例 54
3.2.5 六面體單元建模實例 62
3.3 特殊單元建模 78
3.3.1 特殊單元建模 79
3.3.2 特殊單元質量檢查 81
3.3.3 特殊單元建模實例 82
3.4 本章小結 86
第4章 結構有限元模型的快速修改 87
4.1 單元變形基礎知識 87
4.2 二維單元網格變形 90
4.3 三維單元網格變形
92
4.4 二維有限元網格變形實例一 94
4.4.1 創建域和控制柄 94
4.4.2 執行網格變形 98
4.5 二維有限元網格變形實例二 99
4.5.1 創建局部坐標系 100
4.5.2 創
建變形體 100
4.5.3 創建對稱 101
4.5.4 分割變形體進行模型變形 101
4.5.5 更新變形體邊界進行模型變形 103
4.6 三維有限元網格變形實例 105
4.6.1 創建域和控
制柄 105
4.6.2 分割外環域 106
4.6.3 增加圓管中部截面的外徑 107
4.6.4 偏移扶手內徑 108
4.7 本章小結 110
第5章 ANSYS/LsDyna數據接口技術及應用 111
5.1 靜力分析實例 111
5.1.1 輸入模型數據文件 112
5.1.2 定義載荷和約束 112
5.1.3 更新ANSYS單元類型 116
5.1.4 定義材料屬性 117
5.1.5 定義單元屬性 117
5.1.6 創建控制卡片 119
5.1.7 輸出模型文件 119
5.2 模態分析實例 119
5.2.1 輸入模型數據文件 120
5.2.2 定義材料屬性 120
5.2.3 定義單元屬性 121
5.2.4 定義約束 122
5.2.5 創建載荷步及控制卡片 123
5.2.6 輸出模型文件 124
5.3 接觸非線性分析實例 124
5.3.1 輸入模型數據文件 125
5.3.2 定義ANSYS三維接觸
125
5.3.3 創建模型約束及載荷 134
5.3.4 創建控制卡片 137
5.3.5 輸出模型文件 138
5.4 跌落分析實例 138
5.4.1 輸入模型數據文件 139
5.4.2 創建非線性
材料 139
5.4.3 定義體單元單元屬性 142
5.4.4 定義初始速度*INITIAL VELOCITY
GENERATION卡片 143
5.4.5 建立螺絲刀與剛性平板之間的接觸
*CONTACT_ SURFACE_TO_
SURFACE
143
5.4.6 定義*DEFORMABLE_TO_RIGID_
AUTOMATIC卡片 144
5.4.7 定義重力影響*LOAD_BODY_Y
卡片 145
5.4.8 定義平板邊界條件*BOUNDARY_
SPC_SET卡片 145
5.4.9 建立求解時
間卡片* CONTROL_
TERMINATION 146
5.4.10 建立質量縮放卡片*CONTROL_
TIMESTEP 146
5.4.11 建立節點輸出卡片*DATEBASE>
DATEBASE_OPTION 147
5.4.12 輸出模型文件 148
5.5 本章小結 148
第6章 Abaqus數據接口技術及應用 149
6.1 靜力分析實例 149
6.1.1 輸入模型數據文件 150
6.1.2 檢查和編輯模型內容 150
6.1.3 針對托架組
件創建和分配一個
*MATERIAL卡片 151
6.1.4 約束支架到托架上 152
6.1.5 定義邊界條件 154
6.1.6 定義載荷步 155
6.1.7 定義載荷步輸出請求并輸出文件 156
6.2 接觸非線性分析實例 157
6.2.1 輸入模型數據文件 157
6.2.2 定義實體單元接觸面 158
6.2.3 定義板殼單元接觸面 160
6.2.4 通過Set定義接觸面 161
6.2.5 定
義接觸面接觸參數 163
6.2.6 定義接觸對 164
6.3 本章小結 165
第7章 Pamcrash數據接口技術及應用 166
7.1 碰撞分析實例一 166
7.1.1 輸入模型文件數據
166
7.1.2 選擇Pam-Crash 2G配置文件 167
7.1.3 創建控制卡片 167
7.1.4 賦予單元類型 169
7.1.5 定義材料屬性及部件卡片 170
7.1.6 定義接觸 171
7.1.7 定義剛性墻
172
7.1.8 創建邊界條件 175
7.1.9 創建時間歷程 176
7.1.10 創建函數 176
7.1.11 創建sensor卡片 177
7.1.12 輸出模型文件 177
7.2 碰撞分析實例二 178
7.2.1 輸入模型文件數據 178
7.2.2 創建控制卡片 179
7.2.3 設置單元類型 183
7.2.4 定義材料屬性 184
7.2.5 定義接觸關系 185
7.2.6 定義加速度
186
7.2.7 建立邊界約束 187
7.2.8 輸出模型文件 187
7.3 本章小結 187
第8章 Nastran/RADIOSS數據接口技術及應用 188
8.1 靜強度分析實例 188
8.1.1 輸入模型文
件數據 189
8.1.2 創建材料集合器和組件 189
8.1.3 網格劃分 190
8.1.4 施加邊界條件 190
8.1.5 創建Nastran子工況 192
8.1.6 寫出Nastran輸入文件 193
8.2 線性
屈曲分析實例 193
8.2.1 輸入模型文件數據 194
8.2.2 創建載荷集合器 194
8.2.3 施加載荷邊界條件 195
8.2.4 創建載荷步 196
8.2.5 提交計算 197
8.2.6 查看后處理
結果 198
8.3 響應譜分析實例 198
8.3.1 輸入模型文件數據 199
8.3.2 創建EIGRL卡片 199
8.3.3 創建模型約束 199
8.3.4 使用TABLED1卡片定義輸入的
響應譜
200
8.3.5 定義DTI、SPECSEL卡片 202
8.3.6 定義RSPEC卡片 202
8.3.7 定義結構模態阻尼 203
8.3.8 定義PARAM卡片 204
8.3.9 定義輸出要求 204
8.3.10 定義響應
譜分析載荷步 204
8.3.11 提交計算 205
8.3.12 查看后處理結果 205
8.4 本章小結 206
附錄 207
參考文獻 223

1. 信息技術基礎實訓與習題指導（Windows7+Office2016） [主編 周金容 唐天國]
2. ANSYS Workbench在壓力容器分析中的應用與技術評論 [欒春遠 編著]
3. 計算機應用基礎教程（Windows 10+Office 2019） [主編 聶長浪 賀秋芳 李久仲]
4. 計算機應用基礎（Windows 7+Office 2016） [主編 王洪平 楊華]
5. 基于ANSYS的復合材料有限元分析和應用（第二版） [李占營 張承承 李成良 編著]
6. 大學計算機基礎教程（Windows 10+Office 2016） [主編 饒拱維 郭其標 房宜汕]
7. Altium Designer 20 電路設計案例教程 [主編 王靜 謝蓉]
8. 計算機應用基礎（Windows 10+Office 2016） [主編 陽曉霞 譚衛]
9. Python程序設計與應用 [主編 張廣淵]
10. Office 2010辦公自動化高級應用實例教程（第二版） [主編 謝海燕 吳紅梅 陳永梅]
11. Office高級應用項目式教程 [主編 李觀金 林龍健 王靜]
12. 計算機應用基礎（Windows 7+Office 2010）（第二版） [主 編 李建軍]
13. 計算機應用技能教程——全國計算機等級考試一級MS Office 2010 [主編 石鐵峰 王祖偉 宋家慧]
14. 計算機應用基礎教程（第三版）（Windows 7+Office 2010） [主編 聶長浪 賀秋芳 李久仲]
15. Office 2016辦公自動化案例教程 [主編 林灃 鐘明]
16. 辦公軟件高級應用 [主 編 闕清賢 黃詮]
17. 計算機應用基礎教程（Windows 7+Office 2010） [主 編 潘 迪 代子靜]
18. MSC Nastran動力分析指南（第二版） [李保國 黃曉銘 裴延軍 李偉 ]
19. 計算機應用基礎情景化教程（Windows 7+Office 2010）（第二版） [主編 王宏斌 張尼奇 王鋒]
20. 計算機一級MS Office全真模擬手冊（第二版） [主編 張建軍 李瑛 王鋒]
21. 計算機應用基礎（Windows 7+Office 2010） [主編 張曉琪 唐天國]
22. 計算機應用基礎實訓與習題指導（Windows 7+Office 2010） [主編 唐天國 曾慶勇]
23. Altium Designer 17電路設計案例教程 [主編 王靜]
24. ANSYS AQWA軟件入門與提高 [主編 高巍]
25. MSC Adams 多體動力學仿真基礎與實例解析（第二版） [湯滌軍 張躍 編著]
26. ANSYS APDL參數化有限元分析技術及其應用實例（第二版） [李占營 闞川 等編著]
27. 基于ANSYS的復合材料有限元分析和應用 [李占營 闞川 張承承 編著]
28. 計算機導論（基于Windows 7+Office 2010）（第二版） [主編 柳青]
29. 全國計算機等級考試一級MS Office教程及實訓指導 [主編 張心越 劉玉芳 邢怡]
30. ANSYS Icepak進階應用導航案例 [王永康　張義芳　編著]