第10章 子模型

第10章子模型,2,10.1子模型简介,子模型是得到模型部分区域中更加精确解的有限单元技术。在有限元分析中往往出现这种情况，即对于用户关心的区域，如应力集中区域，网格太疏不能得到满意的结果，而对于这些区域之外的部分，网格密度已经足够了。如图10-1所示。,图10-1轮毂和轮辐的子模型a)粗糙模型，b)叠加的子模型,3,除了能求得模型某部分的精确解以外，子模型技术还有如下几个优点：,它减少甚至取消了有限元实体模型中所需的复杂的传递区域。它使得用户可以在感兴趣的区域就不同的设计（如不同的圆角半径）进行分析。它帮助用户证明网格划分是否足够细。值得注意的是，使用子模型也有一些限制条件具体如下：只对体单元和壳单元有效。子模型的原理要求切割边界应远离应力集中区域。用户必须验证是否满足这个要求。,4,10.2子模型分析的一般步骤,子模型分析的过程一般包括以下步骤：生成并分析较粗糙的模型。生成子模型。提供切割边界插值。分析子模型。验证切割边界和应力集中区域的距离应足够远。,5,10.2.1第一步：生成并分析较粗糙的模型,第一个步骤是对整体建模并分析。（注:为了方便区分这个原始模型，我们将其称为粗糙模型。这并不表示模型的网格划分必须是粗糙的，而是说模型的网格划分相对子模型的网格是较粗糙的。）分析类型可以是静态或瞬态的，其操作、分析的步骤与一般分析相同。下面列出了其它的一些要特别注意的方面：文件名粗糙模型和子模型应该使用不同的文件名。这样既可以保证文件不被覆盖，而且在切割边界插值时可以方便地指出粗糙模型的文件。单元类型子模型技术只能使用体单元和壳单元。分析模型中可以有其他单元类型（如梁单元作为加强筋），但切割边界只能经过体和壳单元。建模在很多情况下，粗糙模型不需要包含局部的细节如圆角等。但是，有限元网格必须细化到足以得到较准确的位移解。这一点很重要，因为子模型的结果是根据切割边界的位移解插值得到的。文件结果文件（Jobname.RST,Jobname.RMG等）和数据库文件（Jobname.DB,包含几何模型）在粗糙模型分析中是需要的。在生成子模型前应存储数据库文件。,6,10.2.2第二步：生成子模型,子模型是完全依靠粗糙模型的。因此在初始分析后的第一步就是在初始状态清除数据库（另一种方法是退出并重新进入ANSYS）。然后进入PREP7并建立子模型。需要记住下列几点：使用与粗糙模型中同样的单元类型。同时应指定相同的单元实参（如壳厚）和材料特性。（另一种子模型技术壳到体技术允许从粗糙模型的壳单元转换为体单元。）子模型的位置（相对全局坐标原点）应与粗糙模型的相应部分相同。指定合适的节点旋转位移。切割边界结点的旋转角在插值步骤一一写入结点文件时不应改变（见第三步：生成切割边界插值）。,7,10.2.3第三步：生成切割边界插值,本步是子模型的关键步骤。在切割边界插值中有如下几步操作：指定子模型切割边界的结点并将其写入一个文件（缺省为Jobname.NODE）中。重新选择所有结点并将数据库存入Jobname.DB中，然后退出PREP7。要进行切割边界插值（和温度插值），数据库中必须包含粗糙模型的几何特征。进入POST1，即通用处理器（/POST1或MainMenuGeneralPostproc）。指向粗糙模型结果文件（FILE或MainMenuGeneralPostprocData&FileOpts）。读入结果文件中相应的数据（SET或MainMenuGeneralPostproc-ReadResults-option）。开始切割边界插值。至此，所有的插值任务完成，退出POST1FINISH并读入子模型数据库。,8,10.2.4第四步：分析子模型,在本步中，用户指定分析类型和分析选项，加入插值的DOF数值（和温度数值），施加其他的载荷和边界条件，指定载荷步选项，并对子模型求解。首先进入求解器（/SOLU或MainMenuSolution）。然后定义分析类型（一般为静态）和分析选项。如果数据有实部和虚部，先读入实部数据文件，指定自由度约束数值和（/或）结点体载荷是否计算，然后读入虚部数据文件。注意在执行DCUM和BFCUM命令时要先将其初始状态设为初始值。重要的一点是要将粗糙模型上所有其他载荷和边界条件复制到子模型上。比如对称边界条件，面力，惯性载荷（如重量），集中力等。然后指定载荷步选项（如输出控制）并开始计算。,9,10.2.5第五步：验证切割边界和应力集中位置的距离是否足够,最后一步是验证子模型切割边界是否远离应力集中部分。可以通过比较切割边界上的结果（应力，磁通密度等）与粗糙模型相应位置