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ANSYS子結構漫談與應用【轉發】

2017-08-26  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

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。考慮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點重合,節點重合主要通過兩種方式完成,一種是使用相同的節點編號,這個需要建立統一的模型,另一種是通過節點的耦合來完成。


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。

ANSYS子結構漫談與應用【轉發】ansys分析圖片1


這是超單元的生成部分:即分解成超單元+其他有限元單元的模型圖??梢娫谡麄€板的下半部分建立了超單元。

ANSYS子結構漫談與應用【轉發】ansys workbanch圖片2

這是超單元的使用部分。求得普通單元的變形和應力分布云圖。


ANSYS子結構漫談與應用【轉發】ansys workbanch圖片3

ANSYS子結構漫談與應用【轉發】ansys workbanch圖片4

這是超單元的擴展部分。求得超單元內部的變形和應力分布圖。


ANSYS子結構漫談與應用【轉發】ansys workbanch圖片5

ANSYS子結構漫談與應用【轉發】ansys培訓的效果圖片6

這是建立整個模型的應力結果圖



ANSYS子結構漫談與應用【轉發】ansys培訓的效果圖片7

ANSYS子結構漫談與應用【轉發】ansys培訓的效果圖片8

可見利用超單元求得的結果與建立整個模型的結果相同。


轉自公眾號:張招 ANSYS有限元仿真

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