如何将有限元分析结果转成几何文件

引言  

     在进行机械设计或仿真时，有时会需要基于仿真的变形结果进行下一步的仿真或者设计，比如：某结构会在不同的工况下有不同的结构形状，反应在内部也会有不同的流体腔，我们需要分析不同结构的腔体的流场特性，但是由于材料等非线性因素，无法确定不同工况下的腔体结构，这就首先需要进行有限元仿真，然后根据仿真结果获得几何结构及腔体，然后在几何结构的基础上再进行后续的流场仿真。

     下面的是带有多层褶皱的橡胶结构，里面是空腔，结构拉压或摇摆时会产生复杂的变形，因此需要先获得复杂变形结果，然后再将变形结果输出成几何。

图1.结构及网格

腔体压缩有限元仿真  

     由于图1的结构为橡胶材料，所以首先要获得橡胶材料的本构模型，然后单元类型设置为C3D8H。本次仿真采用M-R本构模型，C10，C01均从网上获得，其他材料属性可不设置。

图2.橡胶材料设置

2.1载荷步设置

      由于分析中设计非线性材料，所以需要打开几何大变形，然后初始增量设为0.01，最大为0.1。

图3.载荷步设置

2.2耦合约束

     本次仿真模拟结构的竖直压缩，需要分析约束上下端，因此首先在上下两端建立参考点，然后基于参考点建立耦合约束：

图4.耦合约束设置

2.3边界设置

       仿真中共需两处约束：一是固定底端，二是在上端添加位移约束(向下运动20mm)，约束分别加到参考点上，具体如下：

图5.边界设置

       设置完后提交仿真计算，计算结果动图如下，

      下面需要的是将仿真最后一步的结果提出，并转化成几何体，本篇文章将分别介绍两种方法。

abaqus导出几何文件
 

       首先创建一个新的模型，然后在Part处，右键选择导入，然后选择前面分析生成的odb文件，勾选Import deformed configuration，最后再选择最后一帧的结果作为输入(变形前后有点不明显，但是能看出长宽比有些不同)。

图6.变形结果文件的导入

        然后就是根据网格生成结构外表面：

      然后拾取网格的外表面，但是该变形结果存在多个曲面，拾取时面发生了翘曲等异常，无法生成正常的面。

图7.根据网格生成面

       若能够正常生成所有的外表面，则需要点击Shape中的From shell，选择生成的所有面，然后生成实体几何。

图8.根据面生成几何

       最后可以删除网格，导出几何文件：

图9.导出几何

      从上面可以看出通过abaqus本身处理复杂模型生成几何存在一定的困难，下面则基于变形结果的inp文件，通过Hypermesh生成几何文件。

Hypermesh导出几何文件
 

       同样，按图6导入一个变形的几何，然后建一个作业，然后点击Write Input，相当于生成一个关于网格的inp文件。

图10.导出变形后的网格inp文件

      然后将该inp文件导入到Hypermesh中：

     然后通过工具里的faces，选择所有的单元，点击find faces会生成一个临时的壳组件：这个过程实际上就是在所有的实体单元外面生成一层对应的壳单元。

图11.生成外表面壳单元

      再进入surface界面，选择通过网格生成面：框选所有上面生成的壳单元，然后点击creat(下面可以选择生成的精度：Surface Complexity)。

图12.生成几何表面

       将几何表面生成几何实体：

图13.生成几何实体

      最后将几何文件导出，形成所需文件，然后可以用三维建模软件正常打开：