3. 单元卡片配置基础

在 HyperMesh 中完成几何清理与网格划分之后,模型并不会自动具备“物理意义”。一个只有节点和单元的网格,求解器无法判断它究竟是壳、实体还是梁,也不知道它的厚度、截面、弹性模量或密度。真正把这些信息赋予网格的,是三类求解器卡片:单元类型卡片(Element Type / Config)、属性卡片(Property)和材料卡片(Material)。理解三者的关联方式与创建顺序,是求解器卡片配置最基础、也最容易出错的一环。

三类卡片各自的职责

单元类型卡片决定“这个单元在数学上被当作什么”。以 OptiStruct 为例,常见的有 PSHELL 对应的壳单元、PSOLID 对应的实体单元、PBAR/PBEAM 对应的梁单元、PROD 对应的杆单元、RBE2/RBE3 对应的刚性/柔性连接单元。它回答的是“单元按哪种公式参与计算”。

属性卡片描述“几何与截面特征”。壳单元需要厚度、积分点数量、偏置;实体单元需要积分方案;梁单元需要截面形状与尺寸。属性卡片通过 MID 字段引用材料卡片,因此它是连接几何与材料的桥梁。

材料卡片描述“本构与物理常数”。例如 MAT1 需要弹性模量 E、泊松比 NU、密度 RHO;温度相关材料还需给出 T 与对应 E 的表格。它回答的是“这种材料受力后如何变形”。

三者的关联结构

三者的关系不是并列,而是层层引用:单元 → 属性 → 材料。一个单元通过 PID 指向属性卡片,属性卡片再通过 MID 指向材料卡片。因此同一材料可以被多个属性复用,同一属性也可以被大量单元共享。这种“多对一”的引用结构,正是有限元模型能够高效组织的关键。

单元 → 属性 → 材料 的引用链与创建顺序 单元 Element CID / PID 字段 如 shell、solid、bar 属性 Property PSHELL / PSOLID / PBAR 厚度、截面、MID 字段 材料 Material MAT1 / MAT2 / MAT8 E、NU、RHO PID MID 推荐创建顺序(自底向上) ① 建材料 MAT1 ② 建属性 PSHELL + MID ③ 赋单元 update / organize ④ 校验引用完整性 无空 PID / 无空 MID 复用关系: 1 个 MAT1(钢)→ 可被 PSHELL(2mm)、PSHELL(5mm)、PSOLID 共用;1 个 PSHELL → 可被上千个壳单元共享 PID

在 HyperMesh 中的实际创建流程

以一块 2 mm 厚钢板壳模型为例,假设材料为普通钢:E = 210000 MPa、NU = 0.3、RHO = 7.85e-9 t/mm³。推荐按“材料 → 属性 → 赋单元”的顺序操作。

第一步,创建材料卡片。在 Model 浏览器中右键 Materials → Create,Card Image 选择 MAT1,命名如 steel。在卡片编辑器中填入:

MAT1   1       210000.0       0.3            7.85E-9
        E               NU             RHO

其中第一列 1 是材料 ID(MID)。若材料随温度变化,还需在 T 字段引用 TABLE 卡片。

第二步,创建属性卡片。右键 Properties → Create,Card Image 选择 PSHELL,命名如 shell_2mm。关键字段:

PSHELL  10      1       2.0     1
        MID     T       MID2

这里 10 是属性 ID(PID),MID=1 指向刚才的 steel 材料,T=2.0 为壳厚度,MID2=1 表示弯曲与膜采用同一材料。若厚度方向需要偏置,用 NSM 或 ZOFFS 字段处理。

第三步,把属性赋给单元。进入 1D/2D/3D 面板或使用 Organize,选中目标单元,将其 PID 更新为 10。也可在 Card Edit 中批量修改。此时单元卡片上会出现 PID=10,引用链闭合。

常见错误与判断依据

配置完成后,应通过以下方式确认引用链完整:在 Model 浏览器中展开 Properties,检查每个属性卡片的 MID 是否指向存在的材料;展开 Components,确认每个组件的 PID 有效。若出现 PID=0 或 MID=0,求解器会报“未定义属性/材料”错误,或在 OptiStruct 中直接终止。

易错点:先赋单元再改属性 ID,会导致大量单元引用失效;复制属性卡片时若未同步复制材料,会出现 MID 悬空。建议每次修改后使用 Check 或 Model Summary 核对卡片数量与引用关系。

小结

单元类型、属性、材料三者构成“单元 → 属性 → 材料”的单向引用链。创建顺序应自底向上:先材料、再属性、后赋单元,最后校验引用完整性。掌握这一结构,后续无论是壳、实体还是梁单元,配置逻辑都是一致的,只是卡片字段不同。