ansys子結(jié)構(gòu)分析實例

1、ANSYS中的超單元從 8.0版開始，ANSYS中增加了超單元功能，本文通過一些實際例子，探討了 ANSYS中超單元的具體使用。 1 使用超單元進行靜力分析根據(jù) ANSYS幫助文件，使用超單元的過程可以劃分為三個階段 (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) 擴展模型 (Expansion Pass)以下摘自htbbzzg鄒老師博客，請勿亂傳!下面以一個例子加以說明：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，即按照整個結(jié)

2、構(gòu)進行分析，以便后面與超單元結(jié)果進行比較：首先生成兩個矩形，尺寸各為 20×2。然后定義單元類型 shell63；定義實常數(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 1劃分單元；一端設(shè)置位移約束 all，另一端所有 (21個)節(jié)點各承受 Z向力 5。計算模型如下圖： 靜力分析的計算結(jié)果如下： 為了后面比較的方便，分別給出兩個 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)點必須一致 (重合)，且最好分別的節(jié)點編號也相同，否則需要分別對各節(jié)點對建立耦合方程，操作比較麻煩。實際上，利用 ANSYS中提供的 mesh200單元，對超單元和非超單元的界面實體，按照同一順序，先于所有其它實體劃分單元，很容易滿足界面節(jié)點編號相同的要求。對于多級超單元的情況，則還要結(jié)合其它操作 (如偏移節(jié)點號等)以滿足這一要求。對于本例，采用另一辦法，即先建立整個模型，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)兩個文件，然后分別處理。對于 se_1.db模型，按照超單元方式進行處理

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。然后直接進入創(chuàng)建超單元矩陣的操作，首先說明一下創(chuàng)建超單元矩陣的一般步驟： A進入求解模塊：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，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，默認不輸出) ;擴展超單元的方法 (后續(xù)操作時，對本超單元擴展時使用的方法)，默認是回代法 (backsubstitution method)，需要存儲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不存儲任何三角矩陣)。隨著問題規(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，但花費時間較長，且不能重啟動子結(jié)構(gòu)分析 (對于不同的載荷矢量)。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)點自由度定義為主自由度。假如模型中除了超單元外沒有其它單元，也必須定義主自由度。在將超單元用于動力分

7、析時，主自由度的動力特性應(yīng)能代表超單元的動力特性。對于在使用超單元時將被定義為約束或施加載荷的節(jié)點，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)。對于大撓度問題或使用 SETRAN命令的情況，主節(jié)點的 6個自由度都應(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，但要記住：程序會生成一個載荷矢量，其中包含了施加的所有載荷。對于每個載荷步，在超單元文件中寫一個等效的載荷矢量，最多可以寫 31個載荷矢量。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、解后對超單元進行結(jié)果擴展時，對于有非零位移的載荷步，其數(shù)據(jù)庫必須匹配，否則需再次施加非零位移約束后再進行結(jié)果擴展?？梢栽谑褂贸瑔卧獣r再定義載荷和約束，此時應(yīng)注意將相應(yīng)節(jié)點選為主自由度節(jié)點。同樣也可以在使用超單元時再定義慣性力 (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需要對其進行旋轉(zhuǎn)，推薦這樣做，因為超單元的載荷矢量是隨著超單元一起轉(zhuǎn)動的。注意：如果生成質(zhì)量矩陣，推薦在使用超單元時再施加約束，但要注意將約束節(jié)點選為主自由度。如果要施加加速度載荷，建議再生成超單元時施加，而不要施加到簡縮的質(zhì)量矩陣上。對于有大轉(zhuǎn)動的問題，推薦在使用超單元時再施加約束。 F設(shè)置載荷步選項在

9、生成超單元的階段，唯一有效的載荷步選項是設(shè)置阻尼。以上內(nèi)容設(shè)置完畢，存儲模型并求解。對于本例，首先選擇新的求解類型： 設(shè)置分析選項： 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程是：A建立新模型對于本例，將se_1.db文件存盤，點擊File -> Clear & Start New .菜單項，修改Jobname為 se_main，Resume模型。此時讀入的模型仍是個完整的模型，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 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非超單元部分建模時，必須確保其界面節(jié)點與超單元模型的界面節(jié)點精確匹配且最好節(jié)點編號也完全一致，否則需要偏移節(jié)點編號或在超單元節(jié)點和非超單元節(jié)點之間建立耦合，或由老的超單元模型創(chuàng)建一個新的超單元模型(SETRAN命令)，其界面節(jié)點與非超單元模型相匹配。對于本例，由于非超單元模型與超單元模型都是由同一個整體模型修改而來，故其界面節(jié)點的位置和編號都是完全相同的。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，自動與非超單元部分組裝到一起?？梢酝ㄟ^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生成的 .DSUB文件都是可用的，則可以將結(jié)果擴展到超單元部分。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，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)在求解時生成的.dsub文件名： 然后進行求解 -> solve，求解完畢，可以到后處理查看計算結(jié)果。注意此時并不生成 .rst文件，但可以直接查看計算結(jié)果。對于超單元部分，相應(yīng)的位移和 Von Mises應(yīng)力云圖分別見圖 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，并按照前面相同的辦法對結(jié)果進行擴展。結(jié)果擴展完成后，顯示整個結(jié)構(gòu)的單元和節(jié)點，然后進行后處理。進入 Post1后，首先執(zhí)行：Data & File Opts -> Read Single Result