基于Midplane網格單元的Hypermesh與Moldflow軟件的數據交換

陳開源

（佛山職業技術學院 機電工程系，廣東 佛山 528137）

0 引言

目前，世界塑料成型CAE 軟件市場由Moldflow 軟件主導。利用CAE 技術可以在模具加工前，在計算機上對整個注塑成型過程進行模擬分析，準確預測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設計者能盡早發現問題，及時修改制件結構和模具設計，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統模具設計方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質量和降低成本等，都有著重大的技術經濟意義。

1 Moldflow 和Hypermesh 軟件介紹

作為優秀的一款塑料成型CAE 軟件，Moldflow 在注塑模擬分析方面有著強大的功能；然而要獲得準確的模擬分析結果，模型的前處理非常關鍵；而網格的劃分又是前處理中極為關鍵的一步，網格質量劃分的好壞直接影響到模流分析結果的優劣。

Moldflow 在網格處理方面有著一定的功能，在該軟體環境下，可以對模型進行網格的自動劃分，用各種方法編輯網格，合并接點，選擇不同的單元類型以優化網格質量，滿足了大部分用戶的需要。然而，Moldflow 不是專業的網格前處理軟件，在網格處理方面存在一些不足。當模型較為復雜，小特征眾多時，網格生成速度很慢，網格修改煩瑣，時間很長，影響了工作效率。

Hypermesh 軟件是一款世界領先的、功能強大的CAE 應用軟件。HyperMesh 具有強大的前后處理功能，它能讓CAE 分析工程師在高度交互及可視化的環境下進行仿真分析工作。與其他的有限元前后處理器比較，HyperMesh 的圖形用戶界面易于學習，特別是它支持直接輸入已有的三維CAD 幾何模型（UG、Pro/E、CATIA 等）已有的有限元模型，并且導入的效率和模型質量都很高，可以大大減少很多重復性的工作，使得CAE 分析工程師能夠投入更多的精力和時間到分析計算工作上去。

在處理幾何模型和有限元網格的效率和質量方面，HyperMesh 具有很好的速度，適應性和可定制性，并且模型規模沒有軟件限制。其他很多有限元前處理軟件對于一些復雜的，大規模的模型在讀取數據時候，需要很長時間，而且很多情況下并不能夠成功導入模型，這樣后續的CAE 分析工作就無法進行；而如果采用Hypermesh，其強大的幾何處理能力使得Hypermesh 可以很快的讀取那些結構非常復雜，規模非常大的模型數據，從而大大提高了CAE 分析工程師的工作效率，也使得很多應用其他前后處理軟件很難或者不能解決的問題變得迎刃而解。

2 Moldflow 與Hypermesh 的數據交換

目前，Moldflow 軟件支持midplane，fusion 和3D 三種網格類型，而后面兩種是在midplane 的基礎上發展起來的。但目前為止，Hypermesh 主要是用于midplane 網格的劃分。主要原因是hypermesh 軟件劃分fusion 網格沒有考慮到匹配率，所以，盡管使用hypermesh 劃分得到的fusion 網格質量很好，但不能輸出導入到moldflow中進行分析，因為網格匹配率實在是過低。

由于在moldflow 軟件中，3D 網格是在fusion 網格的基礎上生成的，而hypermesh 的fusion 網格劃分時沒有考慮到網格的匹配率問題，因此，moldflow 不支持hypermesh 的3D 網格。

根據前面分析，兩軟件的網格數據交換就只支持midplane 類型的網格了，但由于hypermesh 強大的中性面提取能力和高效的網格劃分質量，因此，使用hypermesh 來做midplane 的網格前處理，無疑會大大提高網格的劃分速度和質量，從而節省前處理時間并保證分析結果的準確性。

下面介紹如何使用hypermesh 來劃分midplane 網格，從而實現兩者的數據交換的。

（1）加載mpi 模塊。要使hypermesh 劃分的網格能使用在moldflow 中進行分析，首先，要在hypermesh 加載模型前加載mpi 模塊，如圖1 所示是加載面板。

圖1 加載MPI 模板Fig.1 MPI template loaded

（2）加載模型。加載mpi 模塊后，需要加載模型。Hypermesh 支持多種格式的產品模型，可以根據需要直接導入相關的幾何模型。模型導入后可以根據實際的需要來對模型作一些修改。比如：為了提高劃分網格的質量，可以刪除模型中的一些小特征，如圓角、小孔等特征。

（3）抽取中性面和劃分網格。處理好模型后，接下來就要使用hypermesh 的中性面提取功能提取出產品的中性面，如圖2 所示是中性面提取面板。Hypermesh 具有強大的中性面提取功能，可以迅速提取出高質量的產品模型中性面。

中性面提取完后，可以使用hypermesh 的2D 網格劃分功能劃分中性面的網格。圖3 所示分別是hypermesh 和moldflow 所得的相同產品的網格，但劃分網格過程中，hypermesh 更加迅速，而且，從圖中可知，hypermesh 所得的網格更加規整。因此，使用hypermesh 作moldflow 的網格前處理是一個非常適用的方法。

圖2 中性面提取面板Fig.2 Midplane mesh extraction panel

圖3 Hypermesh 和Moldflow 的網格Fig.3 Mesh of Hypermesh and Moldflow software

（4）提取中性面厚度。產品模型都具有一定的厚度，而模型的中性面代表一個產品的模型信息，因此，需要定義中性面的厚度，通過圖4 所示對話框可以自動抽取中性面的厚度，在抽取中性面厚度的同時可以定義模腔的數目，抽取算法，以及公差等參數。

圖4 自動抽取中性面的厚度Fig.4 Automatic extraction of the thickness of midplane mesh

（5）導出數據。接下來就可以導出midplane 的網格數據，導入moldflow 中使用，導出格式為.udm 格式，導出對話框如圖5 所示。導入moldflow 后，系統可識別出相關的網格數據，然后根據網格進行相應的模流分析計算。

從以上兩個軟件在相同條件下所作的有限元前處理的整個過程可以看出：

第一，Hypermesh 具有強大的數據接口功能，能直接接收和輸出各種格式的數據。

圖5 導出數據對話框Fig.5 Export data dialog

第二，Hypermesh 具有更強大的幾何清理功能。

第三，Hypermesh 具有更強大而便捷的網格編輯功能。

第四，在相同條件下，Hypermesh 劃分的網格更加完整有序。

第五，Hypermesh 在網格質量控制指標方面有更完整的數據，因此，所得的網格更加趨于合理。

因此，在進行注塑成型CAE 分析時，推薦使用Hypermesh 進行前處理，對Midplane 網格進行劃分和修改，再將所得的網格數據導入Moldflow 中進行CAE 分析，可以節省網格劃分和優化的時間，提高工作效率。

3 結束語

模型的有限元前處理一直是CAE 技術應用的關鍵環節，前處理占用整個CAE 過程約80%的時間，而且它直接影響到結果的準確性。Hypermesh 軟件作為一款優秀的CAE 前處理軟件，網格劃分功能強大。本文從有限元網格的優化出發，基于Midplane 網格單元，實現了Hypermesh 與Moldflow 軟件的數據交換，從而大大地提高了劃分Midplane 網格生成的速度和質量，為獲得準確的分析結論作保證。

[1]于開平. Hypermesh 從入門到精通[M]. 北京: 科學出版社，2005.

[2]李楚琳.Hyperworks 分析應用實例[M].北京: 機械工業出版社，2008.