基于HyperMesh的模態(tài)分析工具開發(fā)與應(yīng)用

為了提高CAE分析效率，許多企業(yè)根據(jù)自身產(chǎn)品特點(diǎn)，在商用有限元軟件的基礎(chǔ)上通過二次開發(fā)及流程定制實(shí)現(xiàn)了仿真分析過程的自動(dòng)化。通過定制的自動(dòng)化流程，減少了重復(fù)工作，大大縮短了前處理的時(shí)間

，從而讓工程師有更多的時(shí)間進(jìn)行問題診斷和方案思考。如今根據(jù)需求對HyperMesh進(jìn)行定制化的二次開發(fā)，將軟件與企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)流程深度匹配，已經(jīng)成為CAE行業(yè)內(nèi)的一種潮流

。

本文針對模態(tài)分析的過程，基于HyperMesh軟件的二次開發(fā)平臺(tái)，利用Tcl/Tk語言及相應(yīng)模塊重點(diǎn)設(shè)計(jì)了自由模態(tài)與約束模態(tài)分析的功能模塊，以適應(yīng)企業(yè)快速、準(zhǔn)確的開發(fā)需求。

1 二次開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 Tcl語言簡介

Tcl語言是一種用于控制和擴(kuò)展應(yīng)用程序的腳本語言，適用于包括Windows，Unix等各種平臺(tái)

。Tcl語言的語法很簡單，可以創(chuàng)建新的過程來擴(kuò)展其功能。

Tcl語言具有快速開發(fā)、無需編譯、功能強(qiáng)大且簡單易學(xué)的特點(diǎn)，所以在腳本編程、軟件二次開發(fā)等方面具有廣泛的應(yīng)用。

1.2 命令流獲取

Hyper Mesh軟件的操作實(shí)際上都是通過調(diào)用內(nèi)置的API(Application Programming Interface)函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，所有的操作命令都被記錄在工作目錄下的command.cmf文件中

。工程師可以訪問command文件獲取相應(yīng)的命令流，并通過TCL語言對獲取的命令進(jìn)行整合重寫，定制自己需要的腳本。

1.3 人機(jī)交互界面創(chuàng)建

Tk是Tcl語言用于開發(fā)圖形用戶界面GUI

我校將形態(tài)學(xué)的考核方式利用互動(dòng)系統(tǒng)分為辨識(shí)圖片和觀察切片兩個(gè)部分。首先我們將形態(tài)學(xué)各門課程的圖片通過數(shù)碼掃描系統(tǒng)或攝像機(jī)拍照的形式存入計(jì)算機(jī)，圈定范圍、添加指示等處理，統(tǒng)一編號(hào)，輸入圖片庫?？荚囍饕己说氖菍W(xué)生對形態(tài)學(xué)細(xì)胞、組織或者結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，要求學(xué)生寫出它們的名稱，同時(shí)學(xué)生在考試當(dāng)中需要在指定的放大倍數(shù)下找到某些細(xì)胞或者結(jié)構(gòu)并標(biāo)識(shí)、拍照、上傳。在建立體庫的時(shí)候我們也會(huì)考慮難易系數(shù)，在考試系統(tǒng)以一定的比例體現(xiàn)出來。

(Graphical User Interface)應(yīng)用程序的工具集，可以快速建立方便用戶使用的自定義用戶界面。用戶也可以選擇使用HyperMesh內(nèi)置的HWTK GUI Toolkit實(shí)現(xiàn)相同的功能，且創(chuàng)建的界面與Hyper Mesh整體風(fēng)格更為一致。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法 采用相關(guān)分析、線性趨勢分析[21]、逐步回歸分析等[22]方法對油茶花期產(chǎn)量模型及關(guān)鍵氣象影響因子進(jìn)行分析。該研究以花期47項(xiàng)氣象指標(biāo)為自變量，以油茶單產(chǎn)數(shù)據(jù)為因變量，利用SPSS 15.0數(shù)據(jù)處理軟件、C++語言、Excel2007等軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 模態(tài)分析工具介紹

2.1 常規(guī)操作

在HyperMesh中對模態(tài)分析設(shè)置如下：

操作界面中部位置的標(biāo)簽頁區(qū)域點(diǎn)擊Load Collectors，在loadcolname輸入模態(tài)集的名字，card image卡片選擇EIGRL，點(diǎn)擊create/edit進(jìn)入模態(tài)頻率及階次定義界面，V1位置鼠標(biāo)點(diǎn)擊一下，輸入0，V2位置鼠標(biāo)點(diǎn)擊一下，輸入模態(tài)計(jì)算截止頻率，ND位置鼠標(biāo)點(diǎn)擊一次，輸入模態(tài)求解階次，這樣就完成了模態(tài)集的模態(tài)頻率及階次定義操作，整個(gè)過程對鼠標(biāo)操作8次，對鍵盤操作4次，面板切換1次。

操作界面中部位置的標(biāo)簽頁區(qū)域點(diǎn)擊Load Collectors，在loadcolname輸入約束集的名字，card image卡片選擇NONE，點(diǎn)擊create創(chuàng)建約束集，再點(diǎn)return返回界面。緊接著點(diǎn)擊界面右側(cè)的功能菜單Analysis，進(jìn)一步點(diǎn)擊constraints，選擇需要約束的節(jié)點(diǎn)，點(diǎn)擊create創(chuàng)建約束，最后點(diǎn)return返回界面，這樣就完成了約束集定義的操作，整個(gè)過程需要對鼠標(biāo)操作10次，對鍵盤操作1次，面板切換1次。

操作界面右側(cè)點(diǎn)擊功能菜單Analysis，點(diǎn)擊loadsteps，在name位置輸入分析步名字，tpye選擇normal modes，然后SPC關(guān)聯(lián)前面創(chuàng)建的約束集，METHOD(STRUCT)關(guān)聯(lián)模態(tài)集，點(diǎn)擊create，創(chuàng)建分析步，點(diǎn)擊return返回界面。完成分析步的定義需要對鼠標(biāo)操作8次，對鍵盤操作1次，面板切換1次。

(1)實(shí)現(xiàn)通過選取要約束位置的任意一點(diǎn)獲取節(jié)點(diǎn)id號(hào)。

操作界面左側(cè)位置的標(biāo)簽頁面點(diǎn)擊Export Solver Deck，選擇Export Solver Deck，然后點(diǎn)擊file將計(jì)算文件保存到相應(yīng)的文件夾里，完成計(jì)算文件的導(dǎo)出過程需要對鼠標(biāo)操作3次。

其次，要?jiǎng)?chuàng)建交流平臺(tái)，實(shí)行資源共享?，F(xiàn)在是信息技術(shù)普及的時(shí)代，壯民族地區(qū)的小學(xué)英語教師也要嘗試多利用網(wǎng)絡(luò)，建立開放和民主的繼續(xù)教育網(wǎng)絡(luò)體系。小學(xué)英語教師應(yīng)建立自己的微信公眾號(hào)或微博等，將自己的優(yōu)秀教育成果與其他英語教師進(jìn)行交流；同時(shí)還可以將自己教學(xué)中所遇到的問題呈現(xiàn)出來，供其他英語教師交流、合作和探討。

由表5可知，回歸模型的F值為1012.456，大于F0.01(2， 2)。因此，可認(rèn)為在顯著性水平為0.01的情況下，Y對X1和X2的線性關(guān)系顯著，模型可通過顯著性檢驗(yàn)。將式(3)和式(4)帶入式(5)中，即可得到關(guān)于Y與x1～x5之間的多元線性回歸模型，如式(6)所示：

綜上所述，完成整個(gè)模態(tài)分析求解過程需要對鼠標(biāo)操作60次，對鍵盤操作6次，面板切換4次。

2.2 開發(fā)目的

由上文可知，通過常規(guī)操作實(shí)現(xiàn)模態(tài)分析功能操作步驟繁瑣，面板切換繁瑣，導(dǎo)致整個(gè)模態(tài)分析周期較長，誤操作率高，對仿真結(jié)果容易造成錯(cuò)誤的影響，所以鑒于此對HyperMesh進(jìn)行模態(tài)分析工具的二次開發(fā)就顯得非常有必要。

2.3 主要功能

操作界面右側(cè)點(diǎn)擊功能菜單Analysis，點(diǎn)擊control cards，點(diǎn)擊next找到PARAM，緊接著找到CHECKEL并勾選，并將CHECKEL_V1切換為NO，點(diǎn)擊return返回界面，完成求解卡片的定義需要對鼠標(biāo)操作26次，面板切換1次。

在骨折患者X線平片檢查的過程中，各方一定要密切配合，結(jié)合臨床實(shí)際，采取適當(dāng)?shù)姆揽卮胧?，減少漏誤診現(xiàn)象的發(fā)生，提高X線平片診斷的正確性。

(3)實(shí)現(xiàn)模態(tài)集的名稱、頻率和階次的創(chuàng)建與撤銷。

對于約束的創(chuàng)建，首先是對模型數(shù)上是否存在約束集進(jìn)行判斷，緊接著對上一步獲取的節(jié)點(diǎn)id號(hào)集合進(jìn)行傳遞給約束部位的相應(yīng)控件，自行勾選需要約束的部位進(jìn)行節(jié)點(diǎn)約束施加，如果對于自己創(chuàng)建的約束不合適可以快速撤銷了重新創(chuàng)建。約束集創(chuàng)建與撤銷界面如圖2所示。

4)從浮標(biāo)站與周邊站點(diǎn)的風(fēng)速對比分析看,周邊站點(diǎn)與浮標(biāo)站同樣存在一定的季節(jié)變化,國家站對較大陣風(fēng)的靈敏度要遠(yuǎn)高于其它站點(diǎn),同時(shí)也發(fā)現(xiàn)浮標(biāo)站與新沙島站存在相對較好的一致性。

(5)實(shí)現(xiàn)求解器的自由選擇，如optistruct或radioss。

(2)實(shí)現(xiàn)基于獲取的節(jié)點(diǎn)id號(hào)進(jìn)行約束集的創(chuàng)建與撤銷。

最后通過電腦程序菜單下，找到Optistruct 14.0求解器，單擊打開后在Input file(s)輸入導(dǎo)出的計(jì)算文件，點(diǎn)擊run進(jìn)行模態(tài)計(jì)算，完成求解器的求解需要對鼠標(biāo)操作5次。

(6)實(shí)現(xiàn)求解卡片的創(chuàng)建與撤銷。

對于約束模態(tài)分析，一般需要對連接部位的單元節(jié)點(diǎn)進(jìn)行約束處理，手動(dòng)操作繁瑣并容易錯(cuò)選或者漏選節(jié)點(diǎn)約束，所以出于這個(gè)需求，通過*createmark nodes 及hm_getmark nodes 1等命令定制界面選擇工具按鈕操作可獲取選取節(jié)點(diǎn)的id號(hào)，同時(shí)大大保證節(jié)點(diǎn)選擇的準(zhǔn)確性。工具按鈕如圖1所示。

3 模態(tài)分析工具二次開發(fā)過程介紹

通過commad文件中獲取到模態(tài)計(jì)算過程的相關(guān)手動(dòng)操作關(guān)鍵程序代碼的關(guān)鍵字，然后根據(jù)模態(tài)計(jì)算流程的定制需求進(jìn)行相應(yīng)的代碼改寫，實(shí)現(xiàn)模態(tài)計(jì)算過程流程化。

3.1 約束部位節(jié)點(diǎn)選擇界面

(7)實(shí)現(xiàn)計(jì)算文件的自動(dòng)保存及模態(tài)計(jì)算。

3.2 約束集創(chuàng)建與撤銷界面

(4)實(shí)現(xiàn)分析步的創(chuàng)建與撤銷并自動(dòng)添加約束集和模態(tài)集。

3.3 模態(tài)集創(chuàng)建與撤銷界面

對于模態(tài)集的定義，需要選擇卡片EIGRL，同時(shí)編輯卡片后需要手動(dòng)激活輸入框來定義最小頻率V1、最大頻率V2及模態(tài)階次，對于誤操作或者個(gè)人意愿不符可以快速進(jìn)行撤銷整個(gè)模態(tài)集的定義。所以出于這個(gè)需求，通過將這些輸入框直接定義成一個(gè)界面操作可以大大提高效率，模態(tài)集創(chuàng)建與撤銷界面如圖3所示。

3.4 分析步創(chuàng)建與撤銷界面

通過hm_entityinfo命令及if語句判斷是否已經(jīng)存在分析步，如果已經(jīng)存在分析步通過tk_messageBox命令提示分析步已經(jīng)存在。

五要加強(qiáng)省際協(xié)作和對外合作，大力支持企業(yè)“走出去”，努力使云南成為長江經(jīng)濟(jì)帶實(shí)施“走出去”戰(zhàn)略的先行區(qū)。

3.5 求解器選擇、控制卡片創(chuàng)建及模態(tài)計(jì)算界面

通過Tk控件如hwtk::combobox選擇框按鈕來定義求解器的選擇，如optistruct、radioss等求解器；利用Tk控件中的hwtk::savefileentry來實(shí)現(xiàn)計(jì)算文件的保存；在創(chuàng)建控制卡片前首先進(jìn)行PARAM參數(shù)卡片的搜索判斷其是否存在，如若不存在，創(chuàng)建控制卡片或刪除；最后調(diào)用程序自帶內(nèi)核批處理計(jì)算文件進(jìn)行模態(tài)計(jì)算。

何良諸心里悲哀，礦工和家屬們，要求太低了。何良諸在人堆里，看見了駝子。駝子一氣喝下兩碗肉湯，又起身，歪歪趔趔地去舀湯，勺子刮得夸嚓夸嚓響，把碎骨頭撈進(jìn)碗。駝子見何良諸瞅他，陰陽怪氣道：“我咋聞著生人味了?！?/p>

4 模態(tài)分析工具應(yīng)用實(shí)例

選用某摩托車的手把管進(jìn)行約束模態(tài)分析，需要對其進(jìn)行約束創(chuàng)建、模態(tài)頻率及階次設(shè)定、分析步的創(chuàng)建、求解卡片的創(chuàng)建及計(jì)算文件保存并求解。運(yùn)行模態(tài)分析工具，操作界面如圖2。

剛剛過去的暑假里，哪個(gè)地方孩子多？眼科醫(yī)院至少是一個(gè)備選答案。青少年視力健康，“是一個(gè)關(guān)系國家和民族未來的大問題，必須高度重視”。然而，世界衛(wèi)生組織一項(xiàng)研究報(bào)告顯示，目前我國近視患者達(dá)6億，其中青少年近視率居世界第一。近年來，我國青少年近視率持續(xù)上升原因究竟何在？誰是“罪魁禍?zhǔn)住?？?月3日《解放日報(bào)》）

4.1 工具操作流程

模態(tài)分析工具的操作步驟依次為(a)點(diǎn)擊模態(tài)分析工具快捷按鈕；(b)選擇約束部位任意一點(diǎn)；(c)創(chuàng)建約束集；(d)創(chuàng)建模態(tài)集；(e)創(chuàng)建分析步；(f)創(chuàng)建卡片及文件保存并點(diǎn)擊模態(tài)計(jì)算。圖3(a)-(f)是模態(tài)分析工具的軟件操作步驟。

4.2 工具與常規(guī)方法效率對比

通過與常規(guī)操作比較的方式，以操作與耗時(shí)兩個(gè)指標(biāo)，驗(yàn)證模態(tài)分析工具的高效性。常規(guī)操作進(jìn)行模態(tài)分析累計(jì)耗時(shí)約8分鐘，完整所有的操作鼠標(biāo)點(diǎn)擊約60次，如表1所示。

由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出使用模態(tài)分析工具和常規(guī)操作相比，分析效率提升了約90%，效果顯著。

5 結(jié)束語

實(shí)踐表明，運(yùn)用Tcl/Tk進(jìn)行HyperMesh二次開發(fā)，將繁瑣的模態(tài)分析的操作步驟進(jìn)行封裝，并以引導(dǎo)式的流程呈現(xiàn)給工程師

，降低了工作門檻，實(shí)現(xiàn)了模態(tài)分析的可視化操作，可以大幅提高分析效率，效果顯著。本文以某款車型的副車架為例，闡述了HyperMesh二次開發(fā)在模態(tài)分析工具開發(fā)的應(yīng)用，并著重介紹了約束部位節(jié)點(diǎn)選取并自動(dòng)創(chuàng)建約束、模態(tài)集及約束集的創(chuàng)建與撤銷、分析步的創(chuàng)建與撤銷、求解器的選擇和控制卡片的創(chuàng)建、模型求解模塊以及相關(guān)的二次開發(fā)過程?；贖yperMesh軟件平臺(tái)下的二次開發(fā)可以很方便地將操作復(fù)雜的步驟化簡，不僅減小分析人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還保證了正確率，并且提高了分析效率及計(jì)算結(jié)果的一致性，有助于縮短開發(fā)周期和提升CAE分析質(zhì)量。

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