本书主要通过实例介绍HyperWorks有限元分析及结构优化设计的过程和方法。 全书分上、中、下三篇。上篇主要介绍HyperMesh有限元前处理实例,包括几何清理、网格划分、网格质量检查、模型装配等内容;中篇主要介绍OpfiStruct有限元仿真分析实例,包括结构有限元基本分析、结构有限元高级分析、多体动力学仿真、非线性结构有限元分析等内容;下篇主要介绍OptiStruct结构优化设计实例,包括拓扑优化、形貌优化、形状优化、尺寸优化等内容。本书的配套教材是《基于HyperWorks的结构优化设计技术》。 本书的示例中涉及的模型文件,读者可通过如下链接 http://s.cmpedu.com/booksource/upload/2020/2/5/1583391335366.zip 下载。 本书为Altair中国公司认可的Hy~rWorks软件培训用书,可作为高等学校车辆工程及相关专业的有限元分析和优化设计教材,CAE入门人员的自学或培训教材,也可供汽车、航空航天、重装备、国防、消费品等行业的工程技术人员参考。
本书主要通过实例介绍HyperWorks有限元分析及结构优化设计的过程和方法。 全书分上、中、下三篇。上篇主要介绍HyperMesh有限元前处理实例,包括几何清理、网格划分、网格质量检查、模型装配等内容;中篇主要介绍OpfiStruct有限元仿真分析实例,包括结构有限元基本分析、结构有限元高级分析、多体动力学仿真、非线性结构有限元分析等内容;下篇主要介绍OptiStruct结构优化设计实例,包括拓扑优化、形貌优化、形状优化、尺寸优化等内容。本书的配套教材是《基于HyperWorks的结构优化设计技术》。 本书的示例中涉及的模型文件,读者可通过如下链接 http://s.cmpedu.com/booksource/upload/2020/2/5/1583391335366.zip 下载。 本书为Altair中国公司认可的Hy~rWorks软件培训用书,可作为高等学校车辆工程及相关专业的有限元分析和优化设计教材,CAE入门人员的自学或培训教材,也可供汽车、航空航天、重装备、国防、消费品等行业的工程技术人员参考。
序 HyperWorks分析应用实例序汽车被称为“改变世界的机器”。由于汽车工业具有很强的产业关联度,因而被视为一个国家经济发展水平的重要标志。近10年来,我国汽车工业快速而稳步发展,汽车产量年均增长15%,是同期世界汽车产量增长量的10倍。汽车工业正在成为拉动我国经济增长的发动机。汽车工业的繁荣,使汽车及其相关产业的人才需求量大幅度增长。与此相应地,汽车工业高等教育也得到了长足发展。据不完全统计,迄今全国开办汽车类专业的高等院校已达百余所。 从未来发展趋势看,打造我国自主品牌、开发核心技术是我国汽车工业的必然选择,但当前我国汽车工业还处在以技术引进、加工制造为主的阶段,这就要求在人才培养时既要具有前瞻性,又要与我国实际情况相结合。要在注意培养具有自主开发能力的研究型人才的同时,大力培养知识、能力、素质结构具有鲜明的“理论基础扎实,专业知识面广,实践能力强,综合素质高,有较强的科技运用、推广、转换能力”特点的应用型人才。这也意味着对我国高等教育的办学体制、机制、模式和人才培养理念等提出了全新的要求。 为了满足新形势下对汽车类高等工程技术人才培养的需求,在中国机械工业教育协会机械工程及自动化学科教学委员会车辆工程学科组的领导下,成立了教材编审委员会,组织制定了多个系列的普通高等教育规划教材。其中,为了解决高等教育应用型人才培养中教材短缺、滞后等问题,组织编写了“普通高等教育‘十一五’汽车类专业(方向)规划教材”。 本系列教材在学科体系上适应普通高等院校培养应用型人才的需求;在内容上注重介绍新技术和新工艺,强调实用性和工程概念,减少理论推导;在教学上强调加强实践环节。此外,本系列教材将力求做到: 1)全面性。目前本系列教材包括汽车设计与制造、汽车运用与维修、汽车服务工程、物流工程等专业方向,今后还将扩展其他专业领域,更全面地涵盖汽车类专业方向。 2)完整性。对于每一个专业方向的系列教材,今后还将继续根据行业变化对教学提出的要求填平补齐,使之更加完善。 3)优质性。在教材编审委员会的领导下,继续优化每一本教材的规划、编审、出版和修订过程,让教材的生产过程逐步实现优质和高效。 4)服务性。根据需要,为教材配备CAI课件和教学辅助教材,召开新教材讲习班,在相应网站开设研讨专栏等。 相信本系列教材的出版将对我国汽车类专业的高等教育产生积极的影响,为我国汽车行业应用型人才培养模式作出有益的探索。由于我国汽车工业还处于快速发展阶段,对人才不断提出新的要求,这也就决定了高等教育的人才培养模式和教材建设也处于不断变革之中。我们衷心希望更多的高等院校加入本系列教材建设的队伍中来,使教材体系更加完善,以更好地为高等教育培养汽车专业人才服务。 中国汽车工程学会常务理事 中国机械工业教育 协会车辆工程学科组副主任 林逸序言 计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)技术——作为产品设计的必备工具——在过去30年中在国内外企业得到了越来越多的应用。但是,目前市场上流行的仿真软件多种多样且功能具有高度的重复性,致使许多企业在CAE技术上的投资缺乏统一性,造成资源的浪费。 Altair HyperWorks是高度集成的工程平台,它在从产品设计到生产制造的所有方面提供先进的技术,以帮助企业提高产品性能和工作效率。自从引入HyperMesh——世界领先的独立于求解器的有限元网格划分和模型装配工具——以来,Altair HyperWorks软件包集成了越来越多的先进的工程工具。 HyperWorks不是仅仅将高端的应用程序简单地组合到一起,而是一个具备高度集成性的工程架构。HyperWorks的内核可以与所有主流的商业CAD系统和CAE求解器协同工作。HyperWorks在一个统一的工程环境中提供各种高端的产品设计解决方案,并为用户带来创新技术。 本书以其独特的着眼点,以丰富的实例帮助读者掌握一个集成化的工具,并使用这个工具去模拟各种各样的工程分析问题。这些问题包括传统的力学结构分析、振动模态分析、多体动力学分析,还包括具有难度的刚体和柔体的耦合分析、采用显式积分算法的动力学问题,此外还涵盖了国际上热点的结构优化设计领域。实例中使用的模型全部来自工程实际,将有效地帮助初学者实现理论与实践的结合。 2007年12月前言前言 目前,计算机辅助工程(CAE)已成为产品设计的必备工具,同时,也面临着巨大的挑战,主要表现在:①工程师创建高质量的CAE模型需要花费很大的工作量;②CAE模型规模的快速增长;③CAE技术仍然仅被用在产品设计后期对设计方案的校核,如果在这一阶段发现问题,设计者已经没有足够的自由空间对结构作全面的改进,所能做的仅仅是局部的调整并希望这种调整不会造成其他问题;④CAE环境缺乏统一性,浪费巨大的资源。 为了应对上述挑战,美国澳汰尔(Altair)公司为用户提供功能全面的CAE创新平台Altair HyperWorks。它为用户提供:一流的前后处理技术,大幅度提高CAE工程师的工作效率;杰出的概念设计工具,真正让企业实现CAE驱动创新设计;优秀的流程自动化和标准化开发环境,帮助提高CAE的工作效率和质量;高度开放而集成的CAE数据管理系统,在提高数据安全性和工作效率的同时,真正将专家知识纳入企业的知识体系。HyperWorks的内核可以与所有主流的商业CAD系统和CAE求解器协同工作,构建一个统一的工程环境。 HyperWorks是一个创新、开放的企业级CAE平台,它集成设计与分析所需各种工具,具有强大的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面,具有五大类解决方案,共18大模块,以满足CAE技术发展的未来趋势。 OptiStruct是HyperWorks内含的有限元分析和结构优化设计工具,提供拓扑优化、形貌优化、尺寸优化、形状优化以及自由尺寸和自由形状优化技术。通过在产品设计的各个阶段灵活运用各种结构优化技术,实现优化驱动的设计,OptiStruct成为创新产品设计的驱动者。 Altair HyperMesh作为杰出的有限元分析前后处理平台,拥有全面的CAD和CAE求解器接口、强大的几何清理和网格划分功能,能够高效地建立各种复杂模型的有限元和有限差分模型,其实体几何和实体网格划分功能建立了六面体和四面体网格划分功能的新标准。Morphing技术能够帮助用户更方便地实现CAE的参数化,从而提升优化设计的能力。此外,HyperMesh突破有限元分析和多体动力学分析的界限,成为一个真正意义上通用的前处理平台。 HyperWorks80是澳汰尔工程软件有限公司在2006年10月正式发布的最新版本。本书以HyperWorks80为基础,通过大量的工程实例介绍HyperWorks有限元分析及结构优化设计的过程和方法。全书分上篇、中篇和下篇。上篇介绍HyperMesh有限元前处理实例,包括几何清理、网格划分、网格质量检查、模型装配等内容;中篇介绍OptiStruct有限元仿真分析实例,包括结构有限元静力分析、热应力分析、模态分析、惯性释放分析、屈曲分析、结构频率响应分析、瞬态动力分析、非线性间隙分析、刚柔耦合的多体动力分析、非线性结构碰撞分析等内容;下篇介绍OptiStruct结构优化设计实例,包括用于概念设计阶段的拓扑优化、形貌优化,用于详细设计阶段的形状优化、尺寸优化等内容。 本书所涉及的相关基本概念和方法可参阅《基于HyperWork的结构优化设计》一书。 本书为Altair中国公司认可的HyperWorks软件培训用书,澳汰尔工程软件中国(上海)有限公司在软件的应用上给予我校的教学以极大的支持,并为编写本书提供丰富的资料。编者在此对澳汰尔工程软件中国(上海)有限公司给予的支持和帮助表示衷心的感谢! 在本书编写过程中,得到湖北汽车工业学院陶健民副院长、汽车系罗永革主任的大力支持,在此谨对他们的帮助表示敬意和感谢! 本书由湖北汽车工业学院李楚琳、张胜兰、冯樱、杨朝阳编写。全书由李楚琳负责统稿,由叶洎沅任主审。 由于时间仓促及作者水平所限,书中难免存在错误和不足之处,敬请专家和广大读者不吝指正,也欢迎读者来信共同探讨。联系方式:lichulin163@163com。 编者
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