ANSYS子结构漫谈与应用【转发】

2017-08-26 by:CAE仿真在线来源:互联网

大型工程结构复杂,体积大,同时含有大量的非线性。如果对模型进行逐一建模,并进行求解计算,计算量大,对计算机的运行速度和存储空间要求较高。考虑到大型结构往往包含重复性的几何模型,有没有一种办法,把模型简化成一个模块,通过模块的组装,建立起整个模型,然后对模型进行求解,求解完成之后,在通过共用界面的结果映射到单个模型里面,进行对单个模型进行求解,通过这种方式,即简化了运算,又求得了你想要的结果,不失为一种好的办法?

在 Ansys mechanical里,有一种高级应用叫做子结构法。其原理就是将大型结构分解成一个个的小型模块,对每一个模块进行建立单元,这个单元就叫做超单元。超单元与普通单元的区别就是必须先进行结构生成分析以生成能够利用的超单元,然后进行计算,其他与普通单元并没有区别。通过超单元与普通单元的连接,形成整体,进行求解,然后把超单元的解扩展到形成这个超单元的结构中,进行求解,继而获得这个模块的结果。

具体来说,子结构分析包含三个部分:

1.超单元的生成部分。主要是将普通的有限元单元凝聚成一个超单元。凝聚是通过定义主自由度来实现的。主自由度用于定义超单元与模型中其他单元的边界,即超单元与其他单元相连接的部位,因为超单元是人为从模型中提取的一部分,因此要通过接触来实现超单元与其他单元的连接。

2.超单元的使用部分。是将超单元与模型中其他单元进行连接进行求解分析的部分。

3.超单元的扩展部分。在得到超单元的结果之后,开始计算超单元内部凝聚单元的结果。如果在模型中使用了多个超单元,那么每个超单元都需要有单独的扩展部分。

在超单元的生成部分难点在于主自由度的建立,而在使用部分的难点在于保证超单元与其他单元节点重合,节点重合主要通过两种方式完成,一种是使用相同的节点编号,这个需要建立统一的模型,另一种是通过节点的耦合来完成。

下面通过具体的实例来详细讲解子结构的应用。

一块板,尺寸为20×40×2,材料为钢,一端固支,另一端承受法向载荷。通过从中间切断,将前面一部分划分为普通的有限元单元,而将后边部分通过超单元建立成一个模块,即整体,然后通过中间部分节点与前面有限元单元的重合,组装成一个整体,求得超单元和前面有限元单元的解,继而通过超单元解的扩展,求得组成超单元的单元的解,进而求得整个模型的解。

这是整个模型的有限元单元模型。