簡介:


語言：英語
網址：http://www.hypersizer.com/products.html#pro
類別：復合材料分析與結構優化
十多年來，HyperSizer憑借快速分析和復合材料優化這些功能優勢在多項重要航空航天項目中取得了令人矚目的減重效果。從最初開發於NASA，它現在已有了長足進步，並成為當今世界范圍內的著名商用產品。
　　
HyperSizer不是計算機輔助設計（CAD），也不是有限元分析（FEA）。
　　
HyperSizer是一種與眾不同的產品，隨後將會介紹：它由三個獨立的產品組成，相互之間可共享，並基於同一個綜合的內部數據庫。它以一個用戶友好界面開始，非常容易應用，並且功能強大。
　　
HyperSizer Pro包括HyperSizer Basic的所有功能，除此之外，增加了與有限元分析軟件（FEA）的系統級分析耦合和自動有限元模型重構。對結構細節設計的完整結果予以保留並形成報告。
　　
HyperSizer Pro包括HyperSizer Basic的所有功能，除此之外，增加了與有限元分析軟件（FEA）的系統級分析耦合和自動有限元模型重構。對結構細節設計的完整結果予以保留並形成報告。進行先進統計優化，並找出制造工藝性好的多個強健的優化解決辦法。插入你自己的分析軟件以對HyperSizer的分析方法進行補充，並能將所有的分析結果合並後以圖形的方式在界面中顯示。
　　
節省時間、減少重量，並以HTML文檔格式自動記錄你所用過的方法、分析和設計。
　　
HyperSizer……讓設計更輕松！
　　
有限元模型
　　
從HyperSizer Basic和Material Manager產品中應用板、梁和層壓板分析後，HyperSizer Pro對整個系統如飛機框架、火箭發動機、船舶外殼和火車車體等提供完整精細的分析。對所有潛在結構失效模式的安全預度（MS）也會以報告的形式進行完整地匯總。
　　
與HyperSizer Basic采用手動輸入載荷相比，HyperSizer Pro則采用有限元分析（FEA）計算的內部載荷。從而允許完整的設計、分析和制造過程的自動化。
施加載荷
　　
HyperSizer Basic采用的一般FBD加載方法仍需要申請Pro後處理過程。Basic的FBD圖形用戶界面（GUI）允許在每個板/梁邊緣施加常規載荷，強迫變形或邊界約束。在Pro中，是采用有限元方法（FEM）處理邊界條件、並將外部載荷施加到內部載荷結果中。HyperSizer Pro從有限元分析（FEA）得到這些內載，用它們來確定板和梁尺寸，並生成一般熱彈剛度項，傳回有限元模型（FEM）進行計算內載路線的又一次迭代。
設計結構組件
　　
HyperSizer 過程是使用可制造的多塊板、梁結構組件而不是有限元來進行分析和優化。通常，許多有限元是用來對結構組件模型化，這樣會產生“拉-載荷“問題。按元素最大載荷進行設計可能太保守，並導致設計超重。當模型板的載荷從中跨到邊緣或從一邊到另一邊變化非常大時，這一問題尤為突出。與可能作用於板一角處的峰值載荷相比，板屈曲變形更依賴於一個整體壓縮載荷。
統計出來的'用於設計'的載荷
HyperSizer應用統計學方法來確定近似的用於設計（design to）的載荷。HyperSizer用戶可以選擇“K”標准偏差系數來定義強度分析時的用於設計（design to）的載荷。“K”標准偏差值越高，捕獲峰值載荷的信心限制也越高（越保守）。
由於不穩定性，HyperSizer采用了一種不同的統計學方法。這一方法的關鍵在於統計確定構件在壓縮屈曲范圍內的面積比例，並在該面積基礎上計入壓縮的值。
簡單地說，有限元分析計算的內載對結構組件的每種網格密度都是進行統計處理的。基於用戶選擇的有限元分析（FEA）統計出的σ加載方法、機械限制、破壞載荷因子以及熱損傷和增益因子，可以獲得每種加載條件下每個結構組件的設計用載荷。
　　
最後一個值得考慮的關於加載的論點是概念上的初步粗網格有限元模型沒有足夠的元素來精確模擬板的跨度。舉例說明，這會發生在沿框緣都有油壓的飛機機身面板，或者保持油路壓力的推進系統燃燒室面板。對於這些部位的應用，HyperSizer能夠分析計算出這些側面壓力的影響並從粗有限元模型中用有限元分析（FEA）載荷對它們進行補充。
　　
有限元模型（FEM）更新
　　
一旦優化的板、梁形狀、尺寸、材料和鋪層被確定，有限元模型（FEM）就會被更新。板在有限元模型（FEM）中用殼單元（2-D表面）表示。由於有非常精確的等效板剛度公式，因此可以用粗網格2-D有限元模型模擬任何常規的3-D截面。這通過包含縱向、橫向、面內剪切、膜、彎曲、膜-彎曲耦合、扭轉和彎-扭耦合剛度項以及熱系數來完成。
　　
HyperSizer在關心與有限元分析（FEA）的耦合，如讀取計算的單元力、寫入生成的剛度項，包括難度最大的就是要對每種特定求解器如何應用各種特性去計算它們的熱彈單元剛度、處理殼材料坐標系和梁單元坐標系的復雜性進行考慮。
　　
有限元分析（FEA）求解器和有限元模型（FEM）建模的綜合
　　
HyperSizer支持MSC/NASTRAN、I-DEAS、FEMAP，與PATRAN、ANSYS等有計劃。已為這些軟件包提供了自動耦合，包括一般熱彈剛度項和熱系數、計算的單元/節點力和結果顯示的數據傳輸。
　　
底部中間圖顯示了用戶用來定位有限元模型（FEM）梁中性軸的3種選項。在這個例子中，梁被偏移到柱面內側，並通過HyperSizer建模顯示功能自動生成梁截面形狀數據。
　　
HyperSizer能以整體或按構件、組、裝配或整個項目對模型進行更新。
　　
系統級設計優化 　　
　　速度
　　象整個飛行器系統這樣很大的有限元模型也可以被優化。一個上百萬自由度的模型可以輕而易舉地進行處理。　　
這些運行時間不包括有限元分析求解時間。這些時間是用來讀取有限元分析內載、執行最小優化和更新有限元模型。這顯示了HyperSizer對大型數據的快速處理能力。
　　
高級優化
　　
HyperSizer Basic采用許多結構綜合分析方法如強度、可靠性、剛度、變形和頻率進行優化。Basic也可以連接在結構組件截面中的多個變量，如上下面板的材料、鋪層。
　　
HyperSizer Pro也可以連接相鄰結構組件截面任何數量的尺寸。例如，飛機機身框截面上板加筋的間距。用戶也可以連接相鄰各面的材料和鋪層。
應用 HyperSizer的先進統計優化功能，通過改變、延伸和精煉變量范圍及變量排列數量來自動減去更多重量。利用此功能，HyperSizer將對可用的解決方案樣本中的設計變量執行統計分析，並快速重新運行優化。相對於那些不用此功能得到的解決方案，這一新技術顯示出會有額外的平均12%的減重。
　　項目數據管理
　　相關數據庫
　　
所有數據被保管在一個真正相關的對多用戶設計團隊提供使用權限的數據庫管理系統中。一個單用戶或多用戶。
　　
團隊能夠向下圖所示那樣進入同一個數據庫。提供了管理員、用戶和客人這些不同的安全級別。可以給單個用戶或組分配口令。
數據庫提供了材料數據的充分綜合，包括材料過濾器和搜索功能。許多項目可以存在於一個數據庫中。項目可被刪除、復制和重命名。如果在做商業研究，在同一設計的不同版本之間來去自如是很有用的。
　　
數據層級為管理與項目相關的大量數據這一任務提供了組織和完整性。下面的層級是已經確定了的。如樹節點所示，一個數據庫可能包含多個項目，一個項目有多個裝配，一個裝配有多個組等等。在HyperSizer中，用戶可以從結構組件中對裝配和組進行交互式定義和重定義。除了優化一個完整的有限元模型項目外，用戶還可以方便地在短時間內對任何組件、組或裝配進行分析和優化。
重量報告
　　
許多年前，HyperSizer是根據對新設計方案能達到的重量進行分析預測這一最初目的開發出來的。這與那些從歷史數據中插入電子表格來執行的方法截然不同。在性能研究工作中發現，所有新概念設計方案的重量描述都要進行分析性檢驗。 HyperSizer找到設計的最輕結構，並確保結構能承受任務載荷而不會破壞。與此同時，HyperSizer用多個不同的類別對重量情況進行匯報，如裝配件、組、結構組件、板、梁、工況和控制失效模態。在材料密度、膠接接頭重量、緊固件重量和數量以及用戶指定的非優化懲罰基礎上來計算重量。
圖形用戶界面
　　
HyperSizer交互式地將多種形式結果繪制在有限元模型上，以顯示無法滿足結構完整性要求的區域，或識別能設計得更輕的過設計區域。交互的3-D圖形提供了對結構組件布局、優化組和生產裝配件連同它們相應按比例畫出的最優板、梁截面形狀的可視化檢查。這些特征能快速識別出整個結構系統中的設計差別。在HyperSizer中，用戶也可以繪制出有限元分析計算得到的、如顯示在機身上的轉化到材料軸上的內載（應力結果）。
　　
插入分析
　　
HyperSizer Pro向開發者提供了一條插入他們自己定義的分析方法的途徑。通過編譯Fortran、C或C++分析路徑到動態鏈接庫（DLL），你會被允許將自己的軟件與HyperSizer結合在一起。在你的代碼性能不降低、並且不要求有中間ASCⅡ文件的情況下，這樣的耦合也是可能的。你的軟件將如 HyperSizer內部分析一樣高效運算。這種插入功能會給用戶帶來3點好處。你可以將你自己最高級的受贈或所有的計算機代碼插入到 HyperSizer完美整合的設計分析流程所用的數據流中。
第一個好處是能夠將已有的孤立代碼合並到一個已設計好的圖形用戶界面中，這可以使這些代碼煥發新的活力。圖形用戶界面（GUI）提供高效率，HyperSizer相關的數據庫提供完整的數據。你的分析自動地共享所有的材料和復合材料數據，被包括在有限元分析所有的多重設計用載荷工況中，在所有的結構裝配件、組和構件中被執行，是優化過程渾然天成的一部分，與其它項目數據一起保存在數據庫中，能以圖形形式被繪制出來，並在應力報告中顯示其具體內容。第二個好處是能夠保護源代碼的所有權。通過對每種分析類型使用公開的界面協議，你可以將你的軟件按自己意願耦合到HyperSizer中。你可以在讓你的代碼與HyperSizer保持交互聯系的同時，保護這些代碼給你公司帶來的競爭優勢。第三個好處是把HyperSizer作為代碼編寫、編譯、測試/調試的平台。通過HyperSizer控制數據流的基礎結構的鼎立支持下，研究者可以將他們的精力集中在其各種解決方法的研發上。試驗數據驗證和多年應用使孤立遺留代碼對行業已失去價值。但它們卻是構建設計集成的基石。由於這個原因，使它們在必要時成為我們軟件的一個組成部分就成了科利爾研究中心的目標。然而，不管它的功能是通過HyperSizer發揮出來，還是靠你們公司自己進行補充，遺留軟件的效率和用處都是一樣的。這兩種情況都能保證執行情況的一致性。這種可交換性是通過對每種失效分析類別（梁屈曲，斷裂等）定義標准輸入/輸出協議來實現的。如果某種情況下，你想定義與已確定的標准界面協議形式不一致的特殊數據，HyperSizer Pro允許通過圖形用戶界面（GUI）將其它不同的輸入進行方便的定義和傳入。
代碼
Hypersizer.Pro.V5.3
Notes
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