ANSYS高级分析子结构

1、1引言在ANSY邰台上,所谓子结构技术就是将一组单元用矩阵凝聚为一个单 元过程的技术,切吧这个单一的矩阵单元称为超单元.在ANSY分析中,超单元 可以象其他单元类型一样使用.唯一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.但子结构并非在所有 ANSYS1块中者B能禾I用,目前ANSYS 子结构技术可以在 ANSYS/Mutiphysics , ANSYS/Mechanical和 ANSYS/Structural 中使用.在ANSYSP台上,使用子结构的目的主要是为了节省机时,并且允许在 比拟有限的计算机设备资源的根底上求解超大规模的问题.比方进行非线性分析和带有大量重复几何结构的

2、分析. 在非线性分析中,可以将模型线性局部作成子 结构,这局部的单元矩阵就不用在非线性迭代过程中重复计算.而在有重复几何 结构的模型中如有四条腿的桌子,可以对于重复的局部生成超单元,然后将 它拷贝到不同的位置,这样做可以节省大量的计算时间和计算机资源.子结构还用于模型有大转动的情况下.对于这些模型,ANSYSS定每个结构都是围绕其质心转动的.在三维情况下,子结构有三个转动自由度和三个平 动自由度.在大转动模型中,用户在使用局部之前无须对子结构施加约束,由于每个子结构都是作为一个单元进行处理,是允许刚体位移的.对于大型三维问题的分析而言,需用磁盘空间相对于一个普通计算机系 统来说太庞大了,在这种

3、情况下,用户可以通过子结构将问题分块进行分析, 从 而使得每一块对于计算机系统来说都是可以计算和承受的.2 ANSYS子结构使用步骤ANSYS?结构使用过程分为以下三个步骤：1 ANSYSF结构生成局部生成局部就是将普通的有限元单元凝聚为一个超单元.凝聚是通过定义 一组主自由度来实现的.主自由度用于定义超单元与模型中其他单元的边界,提取模型的动力学特性.图1是一个板状构件用接触单元分析的示意.由于接触单元需要迭代计算,将板状构件形成子结构将显著地节省机时. 本例中,主自由度 是板与接触单元相连的自由度.2 ANSYSF结构使用局部用局部就是将超单元与模型整体相连进行分析的局部.整个模型可以是

4、一个超单元,也可以象上例一样是超单元与非超单元相连的. 使用局部的计算只 是超单元的凝聚自由度计算仅限于主自由度和非超单元的全部计算.3 ANSY琼结构扩展局部使扩展局部就是从凝聚计算结果开始计算整个超单元中所有的自由度.如果在使用局部有多个超单元,那么每个超单元都需要有单独的扩展过程.图2示出了整个子结构分析的数据流向和所用的文件.三个步骤的详细 解释见以后的表达.图2典型子结构分析中的数据流向3关于子结构生成局部本节主要介绍在ANSYSF结构生成局部在使用时的一些操作技术问题. 在利用子结构生成局部生成超单元时分为两步：建立模型、施加边界条件,生成超单元矩阵.3.1 建立模型在子结构建立模

5、型的工作中,通用性的工作指定文件名和分析名称,用 PREPTt义单元类型,单元实参,材料特性和模型几何结构.而需要特别注意和记忆的有以下几点：1 文件名：在子结构分析中很有用处.有效地使用文件名,在三局部分 析中可以省略很多文件处理操作.可以用以下方法指定文件名：Command: /FILENAMEGUI: Utility MenuFileChange Jobname如：/FILENAME,GEN2单元类型：ANSYS!供的绝大多数单元都可以用来生成超单元.唯一 的限制是单元必须是线性的.如果生成超单元时有双线性单元的话,ANSYS等自动作为线性单元处理.需要注意的是在直接耦合中带载荷向量的耦

6、合单元是不能 做子结构分析的.可以用同种形状的单元来替代.细节参看ANSYCoupled-Field Analysis Guide .3材料特性：定义所有必须的材料特性.例如,如果生成质量矩阵,就 必须定义密度或其他形式的质量；如果要生成热传导矩阵,就要定义比热.同样, 超单元是线性的,非线性材料将被忽略.4模型生成：在生成局部,主要生成模型的超单元局部.非超单元局部是在以后的使用局部生成的.但是,在建模的开始就需要对模型的两个局部有所 规划,主要是确定超单元局部和非超单元局部如何连接.为了保证连接正确,应该保证接触局部结点号一致.如果想生成整体模型那么需将模型存储在数据库文件中,选择子结构局

7、部进行生成计算.在以后的使用局部,RESUM EUtility MenuFileResumefrom数据库文件,不选unselect 子结构,用超单元矩阵代替.3.2边界条件与超单元矩阵生成局部的结果包含超单元矩阵.象其他分析一样,用户要自行定义分 析类型和分析设置、施加边界条件、定义载荷步、开始计算.这局部的分析步骤 如下文所示：1 进入求解器Command: /SOLUGUI: Main MenuSolution2 定义分析类型和分析设置分析类型一一选择生成超单元使用以下方法：Command: ANTYPEGUI: Main MenuSolution-Analysis Type-New A

8、nalysis3用以下方法定义主自由度Command: MGUI: Main MenuSolutionMaster DOFsDefine4施加边界条件5定义载荷步选项子结构中可以施加的载荷如表1所示.表1子结构中可以施加的载荷Lofid NameLoctd Cate goryCommandsSolid Modtt Load,Finite ElemeMDisp latementlU&g. Potential Etc.ConsramtsDK, DKHST, DKDELE. DL, DLLI8T, DLDELE, DA, DALI5Th OADELE. DTRAND, DSYMM, DLIST, D

9、OELEPSCALE, OCUMForceHeat Flow Rte 强 g. Flux Etc.尸熊依FK, FKU科 FKDELE, ftramF. FUST, FDEgFSCALE, FCUMPrwureConvection Ltaxwell Surface Ek,Sufas getsSFl SFLLI8, 5FLDEL, 5FA. SFALIS, SFADEL. sfgrad, sftran3F SFLI&T, SFDELE, SFE. SFELIS, SFEDEL, SFBEAM, SFGRAD, SFFUN, SFSCALE. SFCUMTertiperaiureHeat Gene

10、ration RaleCserrt DensityEtc,BMy Loa的BF& BFKLIS.BFKOEL, bfiranBF. BFLIST+ BFOELE.BFE. BFELIS, BFEDEL, BFSCALE, 8FCUMGfiivi聊andAngukr AccelerationInertia LoacteA CEL. DOMEGAy6存储数据库的备份文件Command: SAVEGUI: Utility MenuFileSave as Jobname.db7开始计算Command: SOLVEGUI: Main MenuSolutionCurrent LS计算结果包括超单元矩阵文件

11、,Sename.SUB Senamel：通过SEOPTp旨 定的文件名或是工作文件名/FILENAME.矩阵文件包括根据施加的载荷计算出 的载荷向量.如果没有施加载荷,载荷向量将为零.8如有另外的载荷步,重复步骤 7来生成其他的载荷向量.9 退出 SOLUTIONCommand: FINISHGUI: Main MenuFinish4总结ANSY子结构技术能够让普通计算机发挥更大的作用,使得普通机进行大 规模问题的分析成为可能,子结构技术扩展了 ANSYSt分析问题时的适用性,灵 活的掌握和应用子结构分析技术能够给分析带来极大的方便, 特别是分析问题规 模较大时,更能表达子结构分析技术的优势.

12、1引言ANSYS?结构技术的使用局部可以适用于 ANSY分析类型FLOTRAN口显 式动力分析除外.它与普通分析的区别就是分析过程中的一个或几个单元是前 面生成的超单元.ANSY郛助文档每个单独的分析指南中都有做不同分析的详细 介绍.在这一局部,我们主要介绍如何将超单元变成模型的一局部.这个过程有以下几个步骤：1去除数据库并指定一个新的工作文件名.2 建立模型.3施加边界条件并求解.2使用局部过程本小节根据引言中所示将超单元变为模型一局部的三个步骤分别讲述.2.1 定义工作文件名使用局部应该首先建立新的模型和新的边界条件.因此,第一步是消除现存的数据库.这与退出并重新进入ANSYS勺效果是一样

13、的.去除数据库可用下 列两种方法：Command: /CLEARGUI: Utility MenuFileClear&Start New缺省情况下,去除数据库就会重新读入 START.ANSC件.可以改变这 个设置新定义的文件名要与生成局部使用的文件名不同.这样,生成局部的文 件就不会被覆盖.用以下方式之一定义新的工作文件名：Command: /FILNAMEGUI: Utility MenuFileChange Jobname2.2 建立模型本步是在ANSY而处理器PREP升实现的.主要完成以下内容：1 定义MATRIX50超单元为一种单元.用以下方法：Command: ETGUI: Mai

14、n MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete2定义其他非超单元的单元类型.非线性可以使用,能否使用取决于进 行分析的类型.3定义非超单元的单元实参和材料特性.非线性可以使用,同样取决于 进行分析的类型.4 定义非超单元的几何形状.在定义与超单元接触局部时应非常注意. 其结点位置要精确重合.见图1O Nodes for cctiiaci etemer Masier nodes on $叩erelf图1超单元与非超单元的接触处结点应与主自由度精确重合我们可以使用如下三种方法保证结点重合: a、使用与生成局部同样的结点号.b、在生成局部的接触局部结点和使

15、用局部的接触结点使用相同的结点号码增值或平移.c、将这两局部结点所有的自由度固连起来.用 CP系列命令在不能 使用前两种方法时,这种方法是有效的.定义自由度周连可以用以下方法：Command: CPGUI: Main MenuPreprocessorCoupling/CeqnCouple DOFs2.3施加边界条件/求解本步在求解器中完成.取得使用局部结果的过程取决于所做的分析类型. 以上提到,可以在绝大多数分析中使用超单元.用户应当有相应的通过生成局部 生成的矩阵.例如,如果要做结构动力学分析,必须有质量矩阵.具体过程如下：1 进入 SOLUTIONCommand: /SOLUGUI: Ma

16、in MenuSolution2 定义分析类型和分析选项对于大转动分析,翻开大位移效果NLGEOM ON,并正确定义非线性分 析的子步数.3 在非超单元上施加边界条件主要包括自由度约束和对称边界,集中载荷,平面载荷,体载荷,和惯 性载荷.注意惯性载荷只有在通过生成局部生成了质量矩阵时才生效.注一一对大转动分析,在本步中要施加正确的约束条件.4 用以下方法施加超单元载荷向量Command: SFEGUI: Main MenuSolution-Loads-ApplyLoad VectorForSuperelement在超单元矩阵文件中,每个载荷步对应一个载荷向量,用参考号来区别.如：SFE 63,

17、 1, SELV , 0.75上面命令行的含义是在63号单元上施加载荷向量,号为1,比例系数为 0.75.5 定义与分析类型相适应的载荷步选项注：用MATRIX50单元时不要用PCGt解器.6 开始计算Command: SOLVEGUI: Main MenuSolutionCurrent LS本步计算包括非超单元的完整解和超单元的凝聚解一主自由度解.非超 单元的完整解记录在结果文件中Jobname.RST,RT或RMG ,可以进行普通的 后处理操作.凝聚解记录在文件Jobname.DSUBK可以通过如下方法查看这个文件：Command: SEDLISTGUI: Main MenuGeneral

18、 PostprocList ResultsSuperelem DOFUtility MenuListResultsSuperelem DOF Solu如果想得到超单元中所有自由度的解,就要用到扩展局部.下面还会说 明.7 退出 SOLUTIONCommand: FINISHGUI: Main MenuFinish3扩展局部扩展局部从使用局部的凝聚解计算出整个超单元的完整解.下面说明扩展局部的过程.本局部要求生成局部的.EMAT,.ESAV,.SUB,.TRI,.DB和.SELD文件,使用局部的.DSUB文件 存在.如果在使用局部中使用了结点偏移,在扩展局部中将自动计入.具体过程如下：1去除数据

19、库.相当于退出并重新进入ANSYS.用以下方法：Command: /CLEARGUI: Utility MenuFileClear&Start New2将文件名切换到生成局部的文件名.这样,程序就可以识别扩展局部所用的文件.用以下方法：Command: /FILENAMEGUI: Utility MenuFileChange Jobname3读入生成局部的数据库文件.用以下方法：Command: RESUMEGUI: Utility MenuFileResume Jobname.db4进入SOLUTION .用以下方法：Command: /SOLUGUI: Main MenuSolution5

20、激活扩展局部及其选项.扩展局部开关一选为ON.Command: EXPASSGUI: Main MenuSolutionExpasionPass被扩展的超单元名 一指定SENAME.Command: SEEXPGUI: Main MenuSolutionExpasionPassExpand Superelem完整的文件名假定为 Sename.SUB使用局部生成的凝聚解文件.用SEEXP命令或其相应的 GUI路径指定该文件名.完整的文件名假定为 Usefil.DSUB.位移的实部或虚部 一只有在使用局部是谐波分析时使用.用 SEEXP命令或其相应的 GUI路径.被扩展的解一指定被扩展的使用局部结果.可以通过给出载荷步和子步,也可以通过给出时间或频率来指定结果.用以下方法：Command: EXPSOLGUI: Main MenuSolutionExpansionPassBy Load StepMain MenuSolutionExpansionPassB