ANSYS子結構漫談與應用【轉發(fā)】

2017-08-26 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網

大型工程結構復雜,體積大,同時含有大量的非線性。如果對模型進行逐一建模,并進行求解計算,計算量大,對計算機的運行速度和存儲空間要求較高?？紤]到大型結構往往包含重復性的幾何模型,有沒有一種辦法,把模型簡化成一個模塊,通過模塊的組裝,建立起整個模型,然后對模型進行求解,求解完成之后,在通過共用界面的結果映射到單個模型里面,進行對單個模型進行求解,通過這種方式,即簡化了運算,又求得了你想要的結果,不失為一種好的辦法?

在 Ansys mechanical里,有一種高級應用叫做子結構法。其原理就是將大型結構分解成一個個的小型模塊,對每一個模塊進行建立單元,這個單元就叫做超單元。超單元與普通單元的區(qū)別就是必須先進行結構生成分析以生成能夠利用的超單元,然后進行計算,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,進行求解,然后把超單元的解擴展到形成這個超單元的結構中,進行求解,繼而獲得這個模塊的結果。

具體來說,子結構分析包含三個部分:

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超單元。凝聚是通過定義主自由度來實現(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,因為超單元是人為從模型中提取的一部分,因此要通過接觸來實現(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行連接進行求解分析的部分。

3.超單元的擴展部分。在得到超單元的結果之后,開始計算超單元內部凝聚單元的結果。如果在模型中使用了多個超單元,那么每個超單元都需要有單獨的擴展部分。

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

下面通過具體的實例來詳細講解子結構的應用。

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模塊,即整體,然后通過中間部分節(jié)點與前面有限元單元的重合,組裝成一個整體,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展,求得組成超單元的單元的解,進而求得整個模型的解。

這是整個模型的有限元單元模型。