هایپرمش بهترین ابزار تولید شبکه (مش بندی)

هایپرمش یکی از نرم افزارهای مجموعه نرم افزاری هایپرورکس (HyperWorks) و محصول شرکت Altair Engineering است که با هدف پیش پردازش و پس پردازش هندسه و مدل های cad که تحلیل المان محدود (Finite Element) روی آنها انجام می شود، توسعه داده شده است. HyperMesh دارای ابزارهای متعددی برای ایجاد مش با کیفیت مناسب روی سازه های دو بعدی و سه بعدی است. یکی از مهمترین قابلیت های این نرم افزار برخورداری از روش مش زنی Standard tetra meshing است که در ابتدا به ایجاد مش 2 بعدی در تمام سطوح بیرونی هندسه می پردازیم و سپس با از سایر ابزارهایی که داخل نرم افزار تعبیه شده، المان های مثلثی و مربعی با کیفیت نا مناسب شناسایی و اصلاح می شوند و بعد به کمک ابزار مش بندی اتوماتیک، مش های 2 بعدی به 3 بعدی تعبیه می شوند. برای خروجی گرفتن از مش ها و هندسه ای که ایجاد شده از هایپرمش به سایر نرم افزارهای المان محدود، مثل آباکوس و انسیس، تنظیماتی را در جهت اینکه چه نیروهایی به سطح وارد می شوند، ایجاد می کنیم و در نهایت خروجی مورد نظر خود را با استفاده از حلگر (Solver) ی که می خواهیم از آن استفاده کنیم استخراج می کنیم.

چرا نرم افزار مش بندی

همانطور که می دانیم برای هر شبیه سازی بعد از ایجاد هندسه در نرم افزارهای مختص این کار مانند سالیدورکس (SolidWorks) ، کتیا (CATIA)، NX، اینونتور (Inventor) و .... نیازمند ایجاد شبکه یا اصطلاحا مش زنی آن دامنه هستیم. در حقیقت بخش عمده ای از مشکلاتی که در حل پروژه های تحلیلی داریم، مرتبط با بخش تولید مش (Mesh generation) یا به بیان دقیق تر مرتبط با ایجاد مش با کیفیت است چون به طور مستقیم بر صحت و دقت نتایج تاثیرگذار است. در نرم افزارهای المان محدود مانند انسیس یا آباکوس ماژول هایی با هدف تولید مش تعبیه داده شده است که به کمک آن می توان هندسه هایی از سطح ساده تا متوسط را با کیفیت قابل قبول مش بندی کرد و حتی ابزارهایی برای بررسی کردن کیفیت مش ها نیز وجود دارد. اما اگر با هندسه ای در سطح پیچیده مواجه باشیم یا دقت در آنالیز مسئله ای اهمیت زیادی داشته باشد مانند تحلیل تیغه توربین گازی، ناچار به استفاده از نرم افزاری تخصصی برای شبکه بندی هستیم.

هایپرمش در واقع یک پردازشگر مدلسازی های المان محدود است که به کاربران اجازه می دهد برای هندسه های مختلف مش های سطحی با ظرافت و کیفیت بالا، تولید کنند. با این نرم افزار شما کنترل بهتر و بیشتری بر نوع شبکه بندی (مش) بر هر سطح یا لبه دارید و همچنین با در اختیار داشتن ابزارهای اتوماتیک بسیار زیاد، مش زنی های پیچیده ، ساده می شوند.

سهم بازار و حوزه های کاربری

اگر سهم بازار (Market Share) مربوط به هایپرمش را بررسی کنیم، به این نتیجه می رسیم که تنها در حدود 0.5% از بازار نرم افزارهای تجاری حوزه FEM را به خود اختصاص داده است. اما همین درصد کم به شرکت ها و صنایع حساس و خاص اختصاص دارد که می توان به شرکت های بوئینگ (Boeing)، جنرال الکتریک (General Electric)، جنرال اتمیک (General Atomics)، بلو اوریجین (Blue Origin) و .... اشاره کرد.

اگر چه طبق بیان منابع مشهور هایپرمش، دارای برنامه های کاربردی برای مسائل مربوط به مهندسی هوافضا، دریا، کامپوزیت، تصادف و .... است، اما سایر حوزه های تحلیلی، مانند مهندسی مکانیک، مهندسی عمران، مهندسی پزشکی، مهندسی مواد و ... نیز کاربران این نرم افزار تخصصی هستند.

چند قابلیت کلیدی

• امکان وارد کردن همه انواع اصلی فایل های CAD، مانند سالیدورکس، کتیا، زیمنس (Siemens) و .....
• امکان وارد کردن انواع فایل های مانند STEP و  IGES
• امکان وارد کردن مدل های حلگر المان محدود
• امکان استخراج انواع حلگرهای المان محدود مناسب نرم افزار Abaqus، Ansys، LS-DYNA و ....
• امکان ارتباط با ابزارهای اسکریپ نویسی برای شخصی سازی

• کنترل مش پیشرفته بر سناریوهای 0 بعدی تا 3 بعدی
• امکان تغییر سریع شکل مش بدون افت کیفیت
• امکان اعمال مش زنی دسته ای برای کاهش عملیات تکراری

شرح ویژگی ها و نحوه عملکرد

نسخه 2021 تقریبا با ثبات ترین و کم باگ ترین ورژن این نرم افزار است. البته از هایپرمش به دلیل کم کاربر بودن به نسبت سایر نرم افزارها مانند انسیس و آباکوس، کرک های زیادی عرضه نمی شود و به همین دلیل بعضی نسخه ها دارای لگ و باگ و .. می باشند.

از ویژگی های ظاهری خوبی که می توان بیان کرد، چیدمان بسیار مناسب ایکون هاست که به کاربری ساده کمک می کند. یکی دیگر از نکات کمک کننده در کاربرپسند بودن هایپرمش، وجود میانبر (shortcut) های متعددی از طریق کلیدهای ترکیبی است.

هنگام ورود به هایپرمش، در اولین پنجره ای که با آن مواجه می شویم، موارد مهمی قابل انتخاب است که بر ادامه روند کار، نوع المان ها، تنظیمات پنل ها و خروجی ها تاثیر می گذارد. از جمله لیستی از نرم افزارها که قرار است خروجی هایپرمش را بعنوان ورودی به آن وارد کنیم.

مثل همه برنامه های کاربردی، اولین منو به هندسه اختصاص دارد که کاربر یا هندسه را از صفر بعدی (گره یا node) تا سه بعدی، ایجاد می کند و یا از سایر نرم افزارها ایمپورت می کند و اگر نیاز بود، ادیت هایی روی آن انجام می دهد. در هنگام وارد کردن هندسه نیز گزینه های بسیاری دارد که می توان مشخص کرد، فایل با چه فرمتی و به چه صورت (مثلا پارت های جداگانه یا اسمبل شده یا ...) باز شود.

در منوی مدل (model)، که معمولا در قسمت بالا و سمت چپ صفحه است، می توان بخش های مختلف فیزیک مسئله را به تفکیک رنگ مشاهده کرد و بخش هایی را پنهان (hide) کرد. این ویژگی منحصر به فرد هایپرمش، کار مش زنی و تمرکز بر هر بخش را بسیار آسان می کند.

در منوی اصلی نرم افزار که به main menu معروف است و در پایین صفحه گرافیکی قرار دارد، بیشترین ابزارها وجود دارد. مانند گزینه های مربوط به ویرایش ها، گزینه های مش زنی، گزینه های اختصاص دادن شرایط تحلیل، گزینه های شمارش و بررسی مانند تعداد المان ها، باز یا بسته بودن هندسه و .... . به کمک همین ابزارها می توان یک بخش خاص از هندسه را مشخص کرد، ویژگی های دلخواه را انتخاب و مش بندی انجام داد. سپس در همان زمان امکان بررسی و کنترل کیفیت مش، ویرایش آن با چند کلیک ساده وجود دارد.

به طور کلی بارزترین ویژگی نرم افزار هایپرمش، ابزارها و معیارهای متنوع چک کردن کیفیت مش، مانند معیار نسبت بزرگ به کوچکی المان ها (aspect ratio)، معیار ماتریس های ژاکوبی (Jacobian matrix)، و .... است که بین یک کار اوپراتوری صرف و یک کار مهندسی تفاوت ایجاد می کند. حتی پس از تثبیت مش ها نیز بخش quality index که به نوعی کنترل کیفی مش است وجود دارد که نشان می دهد چه تعداد از المان ها اصطلاحا fail شده اند و یا کیفیت کل از بدترین حالت تا حالت ایده آل در چه سطحی قرار دارد.

نویسنده: ستاره دهقان ، کارشناس دپارتمان مهندسی هوافضا گروه آموزشی پارس پژوهان