基于HyperMesh的模态分析工具开发与应用

为了提高CAE分析效率，许多企业根据自身产品特点，在商用有限元软件的基础上通过二次开发及流程定制实现了仿真分析过程的自动化。通过定制的自动化流程，减少了重复工作，大大缩短了前处理的时间

，从而让工程师有更多的时间进行问题诊断和方案思考。如今根据需求对HyperMesh进行定制化的二次开发，将软件与企业产品开发流程深度匹配，已经成为CAE行业内的一种潮流

。

本文针对模态分析的过程，基于HyperMesh软件的二次开发平台，利用Tcl/Tk语言及相应模块重点设计了自由模态与约束模态分析的功能模块，以适应企业快速、准确的开发需求。

1 二次开发关键技术

1.1 Tcl语言简介

Tcl语言是一种用于控制和扩展应用程序的脚本语言，适用于包括Windows，Unix等各种平台

。Tcl语言的语法很简单，可以创建新的过程来扩展其功能。

Tcl语言具有快速开发、无需编译、功能强大且简单易学的特点，所以在脚本编程、软件二次开发等方面具有广泛的应用。

1.2 命令流获取

Hyper Mesh软件的操作实际上都是通过调用内置的API(Application Programming Interface)函数实现的，所有的操作命令都被记录在工作目录下的command.cmf文件中

。工程师可以访问command文件获取相应的命令流，并通过TCL语言对获取的命令进行整合重写，定制自己需要的脚本。

1.3 人机交互界面创建

Tk是Tcl语言用于开发图形用户界面GUI

我校将形态学的考核方式利用互动系统分为辨识图片和观察切片两个部分。首先我们将形态学各门课程的图片通过数码扫描系统或摄像机拍照的形式存入计算机，圈定范围、添加指示等处理，统一编号，输入图片库。考试主要考核的是学生对形态学细胞、组织或者结构的认识，要求学生写出它们的名称，同时学生在考试当中需要在指定的放大倍数下找到某些细胞或者结构并标识、拍照、上传。在建立体库的时候我们也会考虑难易系数，在考试系统以一定的比例体现出来。

(Graphical User Interface)应用程序的工具集，可以快速建立方便用户使用的自定义用户界面。用户也可以选择使用HyperMesh内置的HWTK GUI Toolkit实现相同的功能，且创建的界面与Hyper Mesh整体风格更为一致。

1.3 数据分析方法 采用相关分析、线性趋势分析[21]、逐步回归分析等[22]方法对油茶花期产量模型及关键气象影响因子进行分析。该研究以花期47项气象指标为自变量，以油茶单产数据为因变量，利用SPSS 15.0数据处理软件、C++语言、Excel2007等软件进行统计分析。

2 模态分析工具介绍

2.1 常规操作

在HyperMesh中对模态分析设置如下：

操作界面中部位置的标签页区域点击Load Collectors，在loadcolname输入模态集的名字，card image卡片选择EIGRL，点击create/edit进入模态频率及阶次定义界面，V1位置鼠标点击一下，输入0，V2位置鼠标点击一下，输入模态计算截止频率，ND位置鼠标点击一次，输入模态求解阶次，这样就完成了模态集的模态频率及阶次定义操作，整个过程对鼠标操作8次，对键盘操作4次，面板切换1次。

操作界面中部位置的标签页区域点击Load Collectors，在loadcolname输入约束集的名字，card image卡片选择NONE，点击create创建约束集，再点return返回界面。紧接着点击界面右侧的功能菜单Analysis，进一步点击constraints，选择需要约束的节点，点击create创建约束，最后点return返回界面，这样就完成了约束集定义的操作，整个过程需要对鼠标操作10次，对键盘操作1次，面板切换1次。

操作界面右侧点击功能菜单Analysis，点击loadsteps，在name位置输入分析步名字，tpye选择normal modes，然后SPC关联前面创建的约束集，METHOD(STRUCT)关联模态集，点击create，创建分析步，点击return返回界面。完成分析步的定义需要对鼠标操作8次，对键盘操作1次，面板切换1次。

(1)实现通过选取要约束位置的任意一点获取节点id号。

操作界面左侧位置的标签页面点击Export Solver Deck，选择Export Solver Deck，然后点击file将计算文件保存到相应的文件夹里，完成计算文件的导出过程需要对鼠标操作3次。

其次，要创建交流平台，实行资源共享。现在是信息技术普及的时代，壮民族地区的小学英语教师也要尝试多利用网络，建立开放和民主的继续教育网络体系。小学英语教师应建立自己的微信公众号或微博等，将自己的优秀教育成果与其他英语教师进行交流；同时还可以将自己教学中所遇到的问题呈现出来，供其他英语教师交流、合作和探讨。

由表5可知，回归模型的F值为1012.456，大于F0.01(2， 2)。因此，可认为在显著性水平为0.01的情况下，Y对X1和X2的线性关系显著，模型可通过显著性检验。将式(3)和式(4)带入式(5)中，即可得到关于Y与x1～x5之间的多元线性回归模型，如式(6)所示：

综上所述，完成整个模态分析求解过程需要对鼠标操作60次，对键盘操作6次，面板切换4次。

2.2 开发目的

由上文可知，通过常规操作实现模态分析功能操作步骤繁琐，面板切换繁琐，导致整个模态分析周期较长，误操作率高，对仿真结果容易造成错误的影响，所以鉴于此对HyperMesh进行模态分析工具的二次开发就显得非常有必要。

2.3 主要功能

操作界面右侧点击功能菜单Analysis，点击control cards，点击next找到PARAM，紧接着找到CHECKEL并勾选，并将CHECKEL_V1切换为NO，点击return返回界面，完成求解卡片的定义需要对鼠标操作26次，面板切换1次。

在骨折患者X线平片检查的过程中，各方一定要密切配合，结合临床实际，采取适当的防控措施，减少漏误诊现象的发生，提高X线平片诊断的正确性。

(3)实现模态集的名称、频率和阶次的创建与撤销。

对于约束的创建，首先是对模型数上是否存在约束集进行判断，紧接着对上一步获取的节点id号集合进行传递给约束部位的相应控件，自行勾选需要约束的部位进行节点约束施加，如果对于自己创建的约束不合适可以快速撤销了重新创建。约束集创建与撤销界面如图2所示。

4)从浮标站与周边站点的风速对比分析看,周边站点与浮标站同样存在一定的季节变化,国家站对较大阵风的灵敏度要远高于其它站点,同时也发现浮标站与新沙岛站存在相对较好的一致性。

(5)实现求解器的自由选择，如optistruct或radioss。

(2)实现基于获取的节点id号进行约束集的创建与撤销。

最后通过电脑程序菜单下，找到Optistruct 14.0求解器，单击打开后在Input file(s)输入导出的计算文件，点击run进行模态计算，完成求解器的求解需要对鼠标操作5次。

(6)实现求解卡片的创建与撤销。

对于约束模态分析，一般需要对连接部位的单元节点进行约束处理，手动操作繁琐并容易错选或者漏选节点约束，所以出于这个需求，通过*createmark nodes 及hm_getmark nodes 1等命令定制界面选择工具按钮操作可获取选取节点的id号，同时大大保证节点选择的准确性。工具按钮如图1所示。

3 模态分析工具二次开发过程介绍

通过commad文件中获取到模态计算过程的相关手动操作关键程序代码的关键字，然后根据模态计算流程的定制需求进行相应的代码改写，实现模态计算过程流程化。

3.1 约束部位节点选择界面

(7)实现计算文件的自动保存及模态计算。

3.2 约束集创建与撤销界面

(4)实现分析步的创建与撤销并自动添加约束集和模态集。

3.3 模态集创建与撤销界面

对于模态集的定义，需要选择卡片EIGRL，同时编辑卡片后需要手动激活输入框来定义最小频率V1、最大频率V2及模态阶次，对于误操作或者个人意愿不符可以快速进行撤销整个模态集的定义。所以出于这个需求，通过将这些输入框直接定义成一个界面操作可以大大提高效率，模态集创建与撤销界面如图3所示。

3.4 分析步创建与撤销界面

通过hm_entityinfo命令及if语句判断是否已经存在分析步，如果已经存在分析步通过tk_messageBox命令提示分析步已经存在。

五要加强省际协作和对外合作，大力支持企业“走出去”，努力使云南成为长江经济带实施“走出去”战略的先行区。

3.5 求解器选择、控制卡片创建及模态计算界面

通过Tk控件如hwtk::combobox选择框按钮来定义求解器的选择，如optistruct、radioss等求解器；利用Tk控件中的hwtk::savefileentry来实现计算文件的保存；在创建控制卡片前首先进行PARAM参数卡片的搜索判断其是否存在，如若不存在，创建控制卡片或删除；最后调用程序自带内核批处理计算文件进行模态计算。

何良诸心里悲哀，矿工和家属们，要求太低了。何良诸在人堆里，看见了驼子。驼子一气喝下两碗肉汤，又起身，歪歪趔趔地去舀汤，勺子刮得夸嚓夸嚓响，把碎骨头捞进碗。驼子见何良诸瞅他，阴阳怪气道：“我咋闻着生人味了。”

4 模态分析工具应用实例

选用某摩托车的手把管进行约束模态分析，需要对其进行约束创建、模态频率及阶次设定、分析步的创建、求解卡片的创建及计算文件保存并求解。运行模态分析工具，操作界面如图2。

刚刚过去的暑假里，哪个地方孩子多？眼科医院至少是一个备选答案。青少年视力健康，“是一个关系国家和民族未来的大问题，必须高度重视”。然而，世界卫生组织一项研究报告显示，目前我国近视患者达6亿，其中青少年近视率居世界第一。近年来，我国青少年近视率持续上升原因究竟何在？谁是“罪魁祸首”？（9月3日《解放日报》）

4.1 工具操作流程

模态分析工具的操作步骤依次为(a)点击模态分析工具快捷按钮；(b)选择约束部位任意一点；(c)创建约束集；(d)创建模态集；(e)创建分析步；(f)创建卡片及文件保存并点击模态计算。图3(a)-(f)是模态分析工具的软件操作步骤。

4.2 工具与常规方法效率对比

通过与常规操作比较的方式，以操作与耗时两个指标，验证模态分析工具的高效性。常规操作进行模态分析累计耗时约8分钟，完整所有的操作鼠标点击约60次，如表1所示。

由统计数据得出使用模态分析工具和常规操作相比，分析效率提升了约90%，效果显著。

5 结束语

实践表明，运用Tcl/Tk进行HyperMesh二次开发，将繁琐的模态分析的操作步骤进行封装，并以引导式的流程呈现给工程师

，降低了工作门槛，实现了模态分析的可视化操作，可以大幅提高分析效率，效果显著。本文以某款车型的副车架为例，阐述了HyperMesh二次开发在模态分析工具开发的应用，并着重介绍了约束部位节点选取并自动创建约束、模态集及约束集的创建与撤销、分析步的创建与撤销、求解器的选择和控制卡片的创建、模型求解模块以及相关的二次开发过程。基于HyperMesh软件平台下的二次开发可以很方便地将操作复杂的步骤化简，不仅减小分析人员的劳动强度，还保证了正确率，并且提高了分析效率及计算结果的一致性，有助于缩短开发周期和提升CAE分析质量。

[1]靳春梅，樊灵.CAE模拟分析在汽车数字化开发中的应用及展望[J].上海汽车,2008(12):14-20.

[2]孙静,黄雪飞,李慧萍,等.基于HyperWorks的流程自动化系统开发与应用[J].铁路计算机应用，2012,21(12):30-33.

[3]霍福祥,董嘉林,武斌.流程自动化提高发动机仿真建模效率[A].Altair 2007大中国区用户技术大会论文集[C].

[4]曹文刚,范超.基于HyperWorks的CAE流程自动化系统设计开发[J].工程图学学报,2011,32(1):16-21.

[5](美)John K.Ousterhout Ken Jones著.Tcl/Tk入门经典(第二版)[M].张元章,译.北京:清华大学出版社,2010:9-10.

[6]陆天宇,孔啸.基于TCL语言的CAE流程自动化系统设计[J].制造业自动化,2012(1):3-6.