很多使用者平時很少會用到梁單元,更不用說任意形狀的複雜梁截面了。其實再奇葩的截面本質上也就是一個平面形狀而已,我們可以像當年上小學數學課一樣研究一個平面幾何形狀,那樣學起來會感覺輕鬆一些,本講會介紹如何使用HyperBeam創建截面。
HyperBeam提供了多種定義梁截面的方法。既然是一個面,自然有很多種獲取它的方式,比如:
使用HyperMesh或者求解器的標準截面(standard section)
從外部導入一個幾何面或者通過一圈封閉曲線創建一個面(solid section)
將2D單元轉化成梁截面(solid section)
用一個平面從一個實體上截取一個切面作為梁截面(solid section)
將一個曲面投影到一個平面上(solid section)
通過若干條折線和每條折線的厚度確定截面的形狀(shell section)
跳過截面形狀的定義,直接給定截面參數(general section)

1
使用HyperMesh或者求解器的標準截面。
可選的標準截面類型因求解器而異,比如OptiStruct範本下支援的標準截面如下:

在HyperBeam中創建一個OptiStruct的L型標準梁截面步驟如下:
Step1
從模型流覽器>HyperBeam進入

Step2
在新打開的HyperBeam視窗流覽器位置,點擊滑鼠右鍵Create>Standard Section>OptiStruct>L

Step3
自動創建的梁截面如下:

Step4
在左下角更改截面參數後圖形區就會更新截面形狀,至此定義完成。

點擊功能表列File>Exit退出HyperBeam介面,查看Beam Section Collector下可知已創建L形截面。

2
從外部導入一個幾何面或者通過一圈封閉曲線創建一個面。
Step1
創建一個曲面並導入HyperMesh。
對HyperBeam來說面從哪裡來都是一樣的,比如AutoCAD、Creo、UG、CATIA等CAD軟體,這裡使用的曲面在澳汰爾公司的工業設計軟體Evolve(現在的新名字叫solidThinking Studio)裡創建。

Step2
進入HyperBeam面板並設置如下:

👉 Cross section plane: 默認是所選面所在平面(可以選擇投影到其它平面);
👉 Section Base node:截面坐標系的原點位置;
👉 Orientation vector:截面坐標系的第一軸方向。
Step3
點擊Create後就可以看到創建的截面和相應的參數。

上圖中左下角的表格是定義五角星的各個頂點座標(可編輯)。
3
將2D單元轉化成梁截面。
該方法和方法2是幾乎一樣的,略去解釋。

4
用一個平面從一個實體上截取一個。
Step1
先把實體從外部導入HyperMesh,下圖的古怪實體也是從Evolve中創建的。
Step2
在HyperBeam面板截取實體的一個截面並按照如下設置創建為梁截面。

Step3
得到截面如下:

如果選擇一個更傾斜的平面去截取,結果可以是這樣:


5
將一個曲面投影到一個平面上(該方法很少用得到)。
Step1
先把曲面導入HyperMesh,還是Evolve創建的。

Step2
在HyperBeam中設置如下,包括投影平面和截面坐標軸的原點和第一軸等。

Step3
投影後得到的截面如下:

6
通過若干條折線和每條折線的厚度確定截面的形狀。
典型的應用場景包括汽車的A柱/B柱用梁單元等效建模。這裡需要說明一點,作為定義一個梁單元用的折線可以有T型連接,但是不能斷成不相連的兩截。也可以直接從外部導入曲線或者從曲面/實體從截取線,先通過一個例子瞭解大致的過程:
Step1
繪製或導入一條曲線,或者從曲面/實體上截一條,結果都是一樣的。

Step2
在HyperBeam面板設置好參數並創建截面。

HyperBeam視圖下的資訊如下:

Step3
創建beam單元。

這裡務必注意offset的方向(x軸指向是單元的節點順序決定的,y軸是截面坐標系的第一軸,z軸由右手定則確定並且要和截面第二軸的方面吻合),另外,offset數值是HyperBeam中的值的相反數。

Step4
打開梁單元的3D顯示。

結果和曲線的位置完全重合。


此外,shell section還提供了很多額外的功能。

截面曲線可以從csv檔導入,創建好的截面資訊也可以保存為csv並進行編輯。
Shell section的具體操作方法請參考如下視頻:
7
Generic section.
該類截面只有數值無截面圖形,直接輸入截面的參數進行定義,只在某些特殊場合(比如優化)會用到。
各參數的物理意義說明如下(相關公式可打開HyperMesh幫助查看):

(點擊查看大圖)
