ANSYS子結(jié)構(gòu)漫談與應(yīng)用【轉(zhuǎn)發(fā)】

2017-08-26 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

大型工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜,體積大,同時(shí)含有大量的非線性。如果對(duì)模型進(jìn)行逐一建模,并進(jìn)行求解計(jì)算,計(jì)算量大,對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度和存儲(chǔ)空間要求較高。考慮到大型結(jié)構(gòu)往往包含重復(fù)性的幾何模型,有沒有一種辦法,把模型簡(jiǎn)化成一個(gè)模塊,通過模塊的組裝,建立起整個(gè)模型,然后對(duì)模型進(jìn)行求解,求解完成之后,在通過共用界面的結(jié)果映射到單個(gè)模型里面,進(jìn)行對(duì)單個(gè)模型進(jìn)行求解,通過這種方式,即簡(jiǎn)化了運(yùn)算,又求得了你想要的結(jié)果,不失為一種好的辦法?

在 Ansys mechanical里,有一種高級(jí)應(yīng)用叫做子結(jié)構(gòu)法。其原理就是將大型結(jié)構(gòu)分解成一個(gè)個(gè)的小型模塊,對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行建立單元,這個(gè)單元就叫做超單元。超單元與普通單元的區(qū)別就是必須先進(jìn)行結(jié)構(gòu)生成分析以生成能夠利用的超單元,然后進(jìn)行計(jì)算,其他與普通單元并沒有區(qū)別。通過超單元與普通單元的連接,形成整體,進(jìn)行求解,然后把超單元的解擴(kuò)展到形成這個(gè)超單元的結(jié)構(gòu)中,進(jìn)行求解,繼而獲得這個(gè)模塊的結(jié)果。

具體來說,子結(jié)構(gòu)分析包含三個(gè)部分:

1.超單元的生成部分。主要是將普通的有限元單元凝聚成一個(gè)超單元。凝聚是通過定義主自由度來實(shí)現(xiàn)的。主自由度用于定義超單元與模型中其他單元的邊界,即超單元與其他單元相連接的部位,因?yàn)槌瑔卧侨藶閺哪Ｐ椭刑崛〉囊徊糠?因此要通過接觸來實(shí)現(xiàn)超單元與其他單元的連接。

2.超單元的使用部分。是將超單元與模型中其他單元進(jìn)行連接進(jìn)行求解分析的部分。

3.超單元的擴(kuò)展部分。在得到超單元的結(jié)果之后,開始計(jì)算超單元內(nèi)部凝聚單元的結(jié)果。如果在模型中使用了多個(gè)超單元,那么每個(gè)超單元都需要有單獨(dú)的擴(kuò)展部分。

在超單元的生成部分難點(diǎn)在于主自由度的建立,而在使用部分的難點(diǎn)在于保證超單元與其他單元節(jié)點(diǎn)重合,節(jié)點(diǎn)重合主要通過兩種方式完成,一種是使用相同的節(jié)點(diǎn)編號(hào),這個(gè)需要建立統(tǒng)一的模型,另一種是通過節(jié)點(diǎn)的耦合來完成。

下面通過具體的實(shí)例來詳細(xì)講解子結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。

一塊板,尺寸為20×40×2,材料為鋼,一端固支,另一端承受法向載荷。通過從中間切斷,將前面一部分劃分為普通的有限元單元,而將后邊部分通過超單元建立成一個(gè)模塊,即整體,然后通過中間部分節(jié)點(diǎn)與前面有限元單元的重合,組裝成一個(gè)整體,求得超單元和前面有限元單元的解,繼而通過超單元解的擴(kuò)展,求得組成超單元的單元的解,進(jìn)而求得整個(gè)模型的解。

這是整個(gè)模型的有限元單元模型。