ansys子結(jié)構(gòu)分析實(shí)例

1、ANSYS中的超單元從 8.0版開始，ANSYS中增加了超單元功能，本文通過(guò)一些實(shí)際例子，探討了 ANSYS中超單元的具體使用。 1 使用超單元進(jìn)行靜力分析根據(jù) ANSYS幫助文件，使用超單元的過(guò)程可以劃分為三個(gè)階段 (稱為 Pass)：(1) 生成超單元模型 (Generation Pass)(2) 使用超單元數(shù)據(jù) (Use Pass)(3) 擴(kuò)展模型 (Expansion Pass)以下摘自htbbzzg鄒老師博客，請(qǐng)勿亂傳!下面以一個(gè)例子加以說(shuō)明：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。首先生成原始模型 se_all.db，即按照整個(gè)結(jié)

2、構(gòu)進(jìn)行分析，以便后面與超單元結(jié)果進(jìn)行比較：首先生成兩個(gè)矩形，尺寸各為 20×2。然后定義單元類型 shell63；定義實(shí)常數(shù) 1為： 2 (板厚度)。材料性能：彈性模量 E=201000；波松比 =0.3；密度 =7.8e-9；單位為 mm-s-N-MPa。采用邊長(zhǎng) 1劃分單元；一端設(shè)置位移約束 all，另一端所有 (21個(gè))節(jié)點(diǎn)各承受 Z向力 5。計(jì)算模型如下圖： 靜力分析的計(jì)算結(jié)果如下： 為了后面比較的方便，分別給出兩個(gè) area上的結(jié)果： 超單元部分，按照上述步驟操作如下：(1) 生成超單元選擇后半段作為超單元，前半段作為非超單元 (主單元)。按照 ANSYS使用超單元的要求，

3、超單元與非超單元部分的界面節(jié)點(diǎn)必須一致 (重合)，且最好分別的節(jié)點(diǎn)編號(hào)也相同，否則需要分別對(duì)各節(jié)點(diǎn)對(duì)建立耦合方程，操作比較麻煩。實(shí)際上，利用 ANSYS中提供的 mesh200單元，對(duì)超單元和非超單元的界面實(shí)體，按照同一順序，先于所有其它實(shí)體劃分單元，很容易滿足界面節(jié)點(diǎn)編號(hào)相同的要求。對(duì)于多級(jí)超單元的情況，則還要結(jié)合其它操作 (如偏移節(jié)點(diǎn)號(hào)等)以滿足這一要求。對(duì)于本例，采用另一辦法，即先建立整個(gè)模型，然后再劃分超單元和非超單元。即：將上述模型分別存為 se_1.db (超單元部分)和 se_main.db (非超單元部分)兩個(gè)文件，然后分別處理。對(duì)于 se_1.db模型，按照超單元方式進(jìn)行處理

4、。由于模型及邊界條件已建立，只需刪除前半段上的劃分，結(jié)果就是超單元所需的模型。然后直接進(jìn)入創(chuàng)建超單元矩陣的操作，首先說(shuō)明一下創(chuàng)建超單元矩陣的一般步驟： A進(jìn)入求解模塊：命令：/SoluGUI：Main menu -> Solutionl B設(shè)置分析類型為 “子結(jié)構(gòu)或部件模態(tài)綜合 “命令：ANTYPEGUI ：Main menu -> Solution -> Analysis Type -> New Analysis 選擇 Substructuring/CMS (子結(jié)構(gòu)或部件模態(tài)綜合) C設(shè)置子結(jié)構(gòu)選項(xiàng)命令：SEOPTGUI： Main menu -> Soluti

5、on -> Analysis Type -> Analysis Options設(shè)置內(nèi)容有：方程求解方法 (波前法 默認(rèn)，或稀疏矩陣法 推薦)；要求生成的矩陣，可以是：剛度矩陣；剛度和質(zhì)量矩陣；剛度、質(zhì)量和阻尼矩陣 (稀疏矩陣法不能生成阻尼矩陣)；要求輸出到 output窗口的矩陣 (矩陣和載荷矢量或僅輸出載荷矢量，默認(rèn)不輸出) ;擴(kuò)展超單元的方法 (后續(xù)操作時(shí)，對(duì)本超單元擴(kuò)展時(shí)使用的方法)，默認(rèn)是回代法 (backsubstitution method)，需要存儲(chǔ)主自由度的三角矩陣 (波前法為 sebname.tri，稀疏矩陣法為 sename.LNxx)；完全求解方法 (Full

6、 resolve method不存儲(chǔ)任何三角矩陣)。隨著問(wèn)題規(guī)模加大，三角矩陣可能很大；完全求解方法不需要三角矩陣，但花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，且不能重啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)分析 (對(duì)于不同的載荷矢量)。質(zhì)量矩陣公式：是否使用集中質(zhì)量矩陣，推薦用一致質(zhì)量矩陣。 D選擇主自由度命令：MGUI： Main menu -> Solution -> Master DOFs -> User Selected -> Define主自由度是超單元和其它單元之間的界面，必須確保將超單元與其它單元的界面上的所有節(jié)點(diǎn)自由度定義為主自由度。假如模型中除了超單元外沒(méi)有其它單元，也必須定義主自由度。在將超單元用于動(dòng)力分

7、析時(shí)，主自由度的動(dòng)力特性應(yīng)能代表超單元的動(dòng)力特性。對(duì)于在使用超單元時(shí)將被定義為約束或施加載荷的節(jié)點(diǎn)，應(yīng)該定義為主自由度 (如果它們也位于當(dāng)前的超單元中)。對(duì)于大撓度問(wèn)題或使用 SETRAN命令的情況，主節(jié)點(diǎn)的 6個(gè)自由度都應(yīng)作為主自由度。本例中選擇超單元外端面上所有節(jié)點(diǎn)的所有自由度作為主自由度。一般情況均推薦選擇相應(yīng)主節(jié)點(diǎn)的 All自由度。 E在超單元上施加載荷作為超單元的結(jié)構(gòu)可以施加任意載荷，但要記?。撼绦驎?huì)生成一個(gè)載荷矢量，其中包含了施加的所有載荷。對(duì)于每個(gè)載荷步，在超單元文件中寫一個(gè)等效的載荷矢量，最多可以寫 31個(gè)載荷矢量。在超單元結(jié)構(gòu)中可以使用非零位移約束，并作為載荷矢量的一部分。求

8、解后對(duì)超單元進(jìn)行結(jié)果擴(kuò)展時(shí)，對(duì)于有非零位移的載荷步，其數(shù)據(jù)庫(kù)必須匹配，否則需再次施加非零位移約束后再進(jìn)行結(jié)果擴(kuò)展?？梢栽谑褂贸瑔卧獣r(shí)再定義載荷和約束，此時(shí)應(yīng)注意將相應(yīng)節(jié)點(diǎn)選為主自由度節(jié)點(diǎn)。同樣也可以在使用超單元時(shí)再定義慣性力 (加速度或角速度)，但在超單元部分要生成質(zhì)量矩陣。如果在使用超單元時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，推薦這樣做，因?yàn)槌瑔卧妮d荷矢量是隨著超單元一起轉(zhuǎn)動(dòng)的。注意：如果生成質(zhì)量矩陣，推薦在使用超單元時(shí)再施加約束，但要注意將約束節(jié)點(diǎn)選為主自由度。如果要施加加速度載荷，建議再生成超單元時(shí)施加，而不要施加到簡(jiǎn)縮的質(zhì)量矩陣上。對(duì)于有大轉(zhuǎn)動(dòng)的問(wèn)題，推薦在使用超單元時(shí)再施加約束。 F設(shè)置載荷步選項(xiàng)在

9、生成超單元的階段，唯一有效的載荷步選項(xiàng)是設(shè)置阻尼。以上內(nèi)容設(shè)置完畢，存儲(chǔ)模型并求解。對(duì)于本例，首先選擇新的求解類型： 設(shè)置分析選項(xiàng)： 定義主自由度： 然后將模型存盤并求解。求解后將生成超單元文件 se_1.sub。 ANSYS 中的超單元 - 靜力分析 (2) (2) 使用超單元使用超單元的過(guò)程是：A建立新模型對(duì)于本例，將se_1.db文件存盤，點(diǎn)擊File -> Clear & Start New .菜單項(xiàng)，修改Jobname為 se_main，Resume模型。此時(shí)讀入的模型仍是個(gè)完整的模型，在前處理的 Mesh下，清除后半段 area上的網(wǎng)格，只保留前半段area上的網(wǎng)格

10、(以及已經(jīng)施加的節(jié)點(diǎn) Z 向載荷向載荷)。 圖 10非超單元部分的模型 為了使用超單元，除了其它單元類型外，還需要定義單元類型Matrix50 (超單元)。 圖 11定義超單元類型在對(duì)非超單元部分建模時(shí)，必須確保其界面節(jié)點(diǎn)與超單元模型的界面節(jié)點(diǎn)精確匹配且最好節(jié)點(diǎn)編號(hào)也完全一致，否則需要偏移節(jié)點(diǎn)編號(hào)或在超單元節(jié)點(diǎn)和非超單元節(jié)點(diǎn)之間建立耦合，或由老的超單元模型創(chuàng)建一個(gè)新的超單元模型(SETRAN命令)，其界面節(jié)點(diǎn)與非超單元模型相匹配。對(duì)于本例，由于非超單元模型與超單元模型都是由同一個(gè)整體模型修改而來(lái)，故其界面節(jié)點(diǎn)的位置和編號(hào)都是完全相同的。B讀入超單元矩陣首先設(shè)置單元屬性為Superelement

11、：命令：命令： TypeGUI： Main menu -> Preprocessor -> Modeling -> Create ->Elements -> Elem Attributes -> Type -> Superelements 圖 12 定義單元屬性為超單元然后讀入超單元矩陣se_1.sub：命令：命令： SEGUI： Main menu -> Preprocessor -> Modeling -> Create ->Elements -> Superelements -> From .SUB File

12、讀入se_1.sub文件，自動(dòng)與非超單元部分組裝到一起?？梢酝ㄟ^(guò)Utility菜單的 List -> Other -> Superelem Data列出超單元 se_1的數(shù)據(jù)： 現(xiàn)在應(yīng)該施加超單元載荷，然后將模型存盤并求解 (一般的靜力求解)。 求解后存盤，再行后處理： (3) 將結(jié)果擴(kuò)展到超單元部分在生成超單元階段產(chǎn)生的.EMAT、.ESAV、.SUB、.TRI、.DB、以及.SEID文件，和使用該超單元的模型求解時(shí)生成的 .DSUB文件都是可用的，則可以將結(jié)果擴(kuò)展到超單元部分。清除當(dāng)前模型，將Jobname改為超單元模型文件名(se_1)，讀入超單元模型，轉(zhuǎn)換為 Solutio

13、n模塊，激活 ExpansionPass：命令：命令： EXPASSGUI： Main Menu -> Solution -> Analysis Type -> Expansion Pass 在 EXPASS表單中，設(shè)置： ExpansionPass -> ON然后讀取超單元矩陣 .SUB 、以及非超單元模型求解時(shí)，為使用的超單元模型生成的數(shù)據(jù)文件.DSUB：命令命令： SEEXPGUI： Main Menu -> Solution -> Load Step Opts -> Single Expand-> Expand Superelements

14、然后在SEEXP表單中分別輸入超單元文件的 .sub文件名和使用該超單元的主結(jié)構(gòu)在求解時(shí)生成的.dsub文件名： 然后進(jìn)行求解 -> solve，求解完畢，可以到后處理查看計(jì)算結(jié)果。注意此時(shí)并不生成 .rst文件，但可以直接查看計(jì)算結(jié)果。對(duì)于超單元部分，相應(yīng)的位移和 Von Mises應(yīng)力云圖分別見(jiàn)圖 18和圖 19。 如果存在完整的結(jié)構(gòu)模型 (例如 se_all.db)，則可以顯示整個(gè)結(jié)構(gòu)的結(jié)果，具體操作方法是：在將 Jobname改為 se_1后，不是讀取其本身，而是 Resume se_all.db，然后只選擇超單元部分的單元和節(jié)點(diǎn)，并按照前面相同的辦法對(duì)結(jié)果進(jìn)行擴(kuò)展。結(jié)果擴(kuò)展完成后，顯示整個(gè)結(jié)構(gòu)的單元和節(jié)點(diǎn)，然后進(jìn)行后處理。進(jìn)入 Post1后，首先執(zhí)行：Data & File Opts -> Read Single Result