基于HyperMesh的模態分析工具開發與應用

為了提高CAE分析效率，許多企業根據自身產品特點，在商用有限元軟件的基礎上通過二次開發及流程定制實現了仿真分析過程的自動化。通過定制的自動化流程，減少了重復工作，大大縮短了前處理的時間

，從而讓工程師有更多的時間進行問題診斷和方案思考。如今根據需求對HyperMesh進行定制化的二次開發，將軟件與企業產品開發流程深度匹配，已經成為CAE行業內的一種潮流

。

本文針對模態分析的過程，基于HyperMesh軟件的二次開發平臺，利用Tcl/Tk語言及相應模塊重點設計了自由模態與約束模態分析的功能模塊，以適應企業快速、準確的開發需求。

1 二次開發關鍵技術

1.1 Tcl語言簡介

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

。Tcl語言的語法很簡單，可以創建新的過程來擴展其功能。

Tcl語言具有快速開發、無需編譯、功能強大且簡單易學的特點，所以在腳本編程、軟件二次開發等方面具有廣泛的應用。

1.2 命令流獲取

Hyper Mesh軟件的操作實際上都是通過調用內置的API(Application Programming Interface)函數實現的，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文件獲取相應的命令流，并通過TCL語言對獲取的命令進行整合重寫，定制自己需要的腳本。

1.3 人機交互界面創建

Tk是Tcl語言用于開發圖形用戶界面GUI

我校將形態學的考核方式利用互動系統分為辨識圖片和觀察切片兩個部分。首先我們將形態學各門課程的圖片通過數碼掃描系統或攝像機拍照的形式存入計算機，圈定范圍、添加指示等處理，統一編號，輸入圖片庫。考試主要考核的是學生對形態學細胞、組織或者結構的認識，要求學生寫出它們的名稱，同時學生在考試當中需要在指定的放大倍數下找到某些細胞或者結構并標識、拍照、上傳。在建立體庫的時候我們也會考慮難易系數，在考試系統以一定的比例體現出來。

(Graphical User Interface)應用程序的工具集，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內置的HWTK GUI Toolkit實現相同的功能，且創建的界面與Hyper Mesh整體風格更為一致。

1.3 數據分析方法 采用相關分析、線性趨勢分析[21]、逐步回歸分析等[22]方法對油茶花期產量模型及關鍵氣象影響因子進行分析。該研究以花期47項氣象指標為自變量，以油茶單產數據為因變量，利用SPSS 15.0數據處理軟件、C++語言、Excel2007等軟件進行統計分析。

2 模態分析工具介紹

2.1 常規操作

在HyperMesh中對模態分析設置如下：

操作界面中部位置的標簽頁區域點擊Load Collectors，在loadcolname輸入模態集的名字，card image卡片選擇EIGRL，點擊create/edit進入模態頻率及階次定義界面，V1位置鼠標點擊一下，輸入0，V2位置鼠標點擊一下，輸入模態計算截止頻率，ND位置鼠標點擊一次，輸入模態求解階次，這樣就完成了模態集的模態頻率及階次定義操作，整個過程對鼠標操作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簽頁區域點擊Load Collectors，在loadcolname輸入約束集的名字，card image卡片選擇NONE，點擊create創建約束集，再點return返回界面。緊接著點擊界面右側的功能菜單Analysis，進一步點擊constraints，選擇需要約束的節點，點擊create創建約束，最后點return返回界面，這樣就完成了約束集定義的操作，整個過程需要對鼠標操作10次，對鍵盤操作1次，面板切換1次。

操作界面右側點擊功能菜單Analysis，點擊loadsteps，在name位置輸入分析步名字，tpye選擇normal modes，然后SPC關聯前面創建的約束集，METHOD(STRUCT)關聯模態集，點擊create，創建分析步，點擊return返回界面。完成分析步的定義需要對鼠標操作8次，對鍵盤操作1次，面板切換1次。

(1)實現通過選取要約束位置的任意一點獲取節點id號。

操作界面左側位置的標簽頁面點擊Export Solver Deck，選擇Export Solver Deck，然后點擊file將計算文件保存到相應的文件夾里，完成計算文件的導出過程需要對鼠標操作3次。

其次，要創建交流平臺，實行資源共享。現在是信息技術普及的時代，壯民族地區的小學英語教師也要嘗試多利用網絡，建立開放和民主的繼續教育網絡體系。小學英語教師應建立自己的微信公眾號或微博等，將自己的優秀教育成果與其他英語教師進行交流；同時還可以將自己教學中所遇到的問題呈現出來，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，可認為在顯著性水平為0.01的情況下，Y對X1和X2的線性關系顯著，模型可通過顯著性檢驗。將式(3)和式(4)帶入式(5)中，即可得到關于Y與x1～x5之間的多元線性回歸模型，如式(6)所示：

綜上所述，完成整個模態分析求解過程需要對鼠標操作60次，對鍵盤操作6次，面板切換4次。

2.2 開發目的

由上文可知，通過常規操作實現模態分析功能操作步驟繁瑣，面板切換繁瑣，導致整個模態分析周期較長，誤操作率高，對仿真結果容易造成錯誤的影響，所以鑒于此對HyperMesh進行模態分析工具的二次開發就顯得非常有必要。

2.3 主要功能

操作界面右側點擊功能菜單Analysis，點擊control cards，點擊next找到PARAM，緊接著找到CHECKEL并勾選，并將CHECKEL_V1切換為NO，點擊return返回界面，完成求解卡片的定義需要對鼠標操作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，結合臨床實際，采取適當的防控措施，減少漏誤診現象的發生，提高X線平片診斷的正確性。

(3)實現模態集的名稱、頻率和階次的創建與撤銷。

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

4)從浮標站與周邊站點的風速對比分析看,周邊站點與浮標站同樣存在一定的季節變化,國家站對較大陣風的靈敏度要遠高于其它站點,同時也發現浮標站與新沙島站存在相對較好的一致性。

(5)實現求解器的自由選擇，如optistruct或radioss。

(2)實現基于獲取的節點id號進行約束集的創建與撤銷。

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)輸入導出的計算文件，點擊run進行模態計算，完成求解器的求解需要對鼠標操作5次。

(6)實現求解卡片的創建與撤銷。

對于約束模態分析，一般需要對連接部位的單元節點進行約束處理，手動操作繁瑣并容易錯選或者漏選節點約束，所以出于這個需求，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點的id號，同時大大保證節點選擇的準確性。工具按鈕如圖1所示。

3 模態分析工具二次開發過程介紹

通過commad文件中獲取到模態計算過程的相關手動操作關鍵程序代碼的關鍵字，然后根據模態計算流程的定制需求進行相應的代碼改寫，實現模態計算過程流程化。

3.1 約束部位節點選擇界面

(7)實現計算文件的自動保存及模態計算。

3.2 約束集創建與撤銷界面

(4)實現分析步的創建與撤銷并自動添加約束集和模態集。

3.3 模態集創建與撤銷界面

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

3.4 分析步創建與撤銷界面

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

五要加強省際協作和對外合作，大力支持企業“走出去”，努力使云南成為長江經濟帶實施“走出去”戰略的先行區。

3.5 求解器選擇、控制卡片創建及模態計算界面

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來實現計算文件的保存；在創建控制卡片前首先進行PARAM參數卡片的搜索判斷其是否存在，如若不存在，創建控制卡片或刪除；最后調用程序自帶內核批處理計算文件進行模態計算。

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，把碎骨頭撈進碗。駝子見何良諸瞅他，陰陽怪氣道：“我咋聞著生人味了。”

4 模態分析工具應用實例

選用某摩托車的手把管進行約束模態分析，需要對其進行約束創建、模態頻率及階次設定、分析步的創建、求解卡片的創建及計算文件保存并求解。運行模態分析工具，操作界面如圖2。

剛剛過去的暑假里，哪個地方孩子多？眼科醫院至少是一個備選答案。青少年視力健康，“是一個關系國家和民族未來的大問題，必須高度重視”。然而，世界衛生組織一項研究報告顯示，目前我國近視患者達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上升原因究竟何在？誰是“罪魁禍首”？（9月3日《解放日報》）

4.1 工具操作流程

模態分析工具的操作步驟依次為(a)點擊模態分析工具快捷按鈕；(b)選擇約束部位任意一點；(c)創建約束集；(d)創建模態集；(e)創建分析步；(f)創建卡片及文件保存并點擊模態計算。圖3(a)-(f)是模態分析工具的軟件操作步驟。

4.2 工具與常規方法效率對比

通過與常規操作比較的方式，以操作與耗時兩個指標，驗證模態分析工具的高效性。常規操作進行模態分析累計耗時約8分鐘，完整所有的操作鼠標點擊約60次，如表1所示。

由統計數據得出使用模態分析工具和常規操作相比，分析效率提升了約90%，效果顯著。

5 結束語

實踐表明，運用Tcl/Tk進行HyperMesh二次開發，將繁瑣的模態分析的操作步驟進行封裝，并以引導式的流程呈現給工程師

，降低了工作門檻，實現了模態分析的可視化操作，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二次開發在模態分析工具開發的應用，并著重介紹了約束部位節點選取并自動創建約束、模態集及約束集的創建與撤銷、分析步的創建與撤銷、求解器的選擇和控制卡片的創建、模型求解模塊以及相關的二次開發過程。基于HyperMesh軟件平臺下的二次開發可以很方便地將操作復雜的步驟化簡，不僅減小分析人員的勞動強度，還保證了正確率，并且提高了分析效率及計算結果的一致性，有助于縮短開發周期和提升CAE分析質量。

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