ansys高級技術(shù)分析指南part4 子結(jié)構(gòu)

1、ANSYS高級分析技術(shù)指南 子結(jié)構(gòu) 子結(jié)構(gòu)什么是子結(jié)構(gòu)？子結(jié)構(gòu)就是將一組單元用矩陣凝聚為一個單元的過程。這個單一的矩陣單元稱為超單元。在ANSYS分析中，超單元可以象其他單元類型一樣使用。唯一的區(qū)別就是必須先進(jìn)行結(jié)構(gòu)生成分析以生成超單元。子結(jié)構(gòu)可以在ANSYS/Mutiphysics，ANSYS/Mechanical和ANSYS/Structural中使用。使用子結(jié)構(gòu)主要是為了節(jié)省機(jī)時，并且允許在比較有限的計算機(jī)設(shè)備資源的基礎(chǔ)上求解超大規(guī)模的問題。原因之一如a)非線性分析和帶有大量重復(fù)幾何結(jié)構(gòu)的分析。在非線性分析中，可以將模型線性部分作成子結(jié)構(gòu)，這樣這部分的單元矩陣就不用在非線性迭代過程中重復(fù)

2、計算。在有重復(fù)幾何結(jié)構(gòu)的模型中（如有四條腿的桌子），可以對于重復(fù)的部分生成超單元，然后將它拷貝到不同的位置，這樣做可以節(jié)省大量的機(jī)時。子結(jié)構(gòu)還用于模型有大轉(zhuǎn)動的情況下。對于這些模型，ANSYS假定每個結(jié)構(gòu)都是圍繞其質(zhì)心轉(zhuǎn)動的。在三維情況下，子結(jié)構(gòu)有三個轉(zhuǎn)動自由度和三個平動自由度。在大轉(zhuǎn)動模型中，用戶在使用部分之前無須對子結(jié)構(gòu)施加約束，因?yàn)槊總€子結(jié)構(gòu)都是作為一個單元進(jìn)行處理，是允許剛體位移的。另外一個原因b)一個問題就波前大小和需用磁盤空間來說相對于一個計算機(jī)系統(tǒng)太龐大了。這樣，用戶可以通過子結(jié)構(gòu)將問題分塊進(jìn)行分析，每一塊對于計算機(jī)系統(tǒng)來說都是可以計算的。如何使用子結(jié)構(gòu)子結(jié)構(gòu)分析有以下三個步驟：

3、l 生成部分l 使用部分l 擴(kuò)展部分生成部分就是將普通的有限元單元凝聚為一個超單元。凝聚是通過定義一組主自由度來實(shí)現(xiàn)的。主自由度用于定義超單元與模型中其他單元的邊界，提取模型的動力學(xué)特性。圖4-1是一個板狀構(gòu)件用接觸單元分析的示意。由于接觸單元需要迭代計算，將板狀構(gòu)件形成子結(jié)構(gòu)將顯著地節(jié)省機(jī)時。本例中，主自由度是板與接觸單元相連的自由度。 圖4-1 子結(jié)構(gòu)使用示例使用部分就是將超單元與模型整體相連進(jìn)行分析的部分。整個模型可以是一個超單元，也可以象上例一樣是超單元與非超單元相連的。使用部分的計算只是超單元的凝聚（自由度計算僅限于主自由度）和非超單元的全部計算。擴(kuò)展部分就是從凝聚計算結(jié)果開始計算整

4、個超單元中所有的自由度。如果在使用部分有多個超單元，那么每個超單元都需要有單獨(dú)的擴(kuò)展過程。圖4-2示出了整個子結(jié)構(gòu)分析的數(shù)據(jù)流向和所用的文件。三個步驟的詳細(xì)解釋見以后的敘述。 圖4-2 典型子結(jié)構(gòu)分析中的數(shù)據(jù)流向生成部分：生成超單元本部分主要有兩步：1 建立模型。2 施加邊界條件，生成超單元矩陣。第一步：建立模型在這一步中，指定文件名和分析名稱，用PREP7定義單元類型，單元實(shí)參，材料特性和模型幾何結(jié)構(gòu)。這些任務(wù)在ANSYS絕大多數(shù)分析中都是通用的，在ANSYS Basic Analysis Procedures Guide有所敘述。在生成部分，需要記住以下幾點(diǎn)：文件名在子結(jié)構(gòu)分析中很有用處。

5、有效地使用文件名，在三部分分析中可以省略很多文件處理操作。用以下方法指定文件名：Command: /FILENAMEGUI: Utility Menu>File>Change Jobname如：/FILENAME,GEN將生成過程中所有文件名都定義為GEN。缺省的文件名是FILE（或file）或在進(jìn)入ANSYS 后定義的任意文件名。單元類型ANSYS提供的絕大多數(shù)單元都可以用來生成超單元。唯一的限制是單元必須是線性的。如果生成超單元時有雙線性單元的話，ANSYS將自動作為線性單元處理。注意：在直接耦合中帶載荷向量的耦合單元是不能做子結(jié)構(gòu)分析的。可以用同種形狀的單元來替代。細(xì)節(jié)參看A

6、NSYS Coupled-Field Analysis Guide。材料特性定義所有必須的材料特性。例如，如果生成質(zhì)量矩陣，就必須定義密度或其他形式的質(zhì)量；如果要生成熱傳導(dǎo)矩陣，就要定義比熱。同樣，超單元是線性的，非線性材料將被忽略。模型生成在生成部分，主要生成模型的超單元部分。非超單元部分是在以后的使用部分生成的。但是，在建模的開始就需要對模型的兩個部分有所規(guī)劃，主要是確定超單元部分和非超單元部分如何連接。為了保證連接正確，應(yīng)該保證接觸部分結(jié)點(diǎn)號一致。（其他可以方便用戶的方法在本章“使用部分”一節(jié)還有介紹。）要生成整體模型應(yīng)該這樣做：將模型存儲在數(shù)據(jù)庫文件中，選擇子結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行生成計算。在以

7、后的使用部分，RESUME（Utility Menu>File>Resume from）數(shù)據(jù)庫文件，不選（unselect）子結(jié)構(gòu)，用超單元矩陣代替。第二步：施加邊界條件，生成超單元矩陣。生成部分的結(jié)果包含超單元矩陣。象其他分析一樣，用戶要定義分析類型和分析設(shè)置，施加邊界條件，定義載荷步，開始計算。如何完成這些工作見下面的敘述：1 進(jìn)入求解器：Command: /SOLUGUI: Main Menu>Solution2 定義分析類型和分析設(shè)置：分析類型選擇生成超單元使用下列方法：Command: ANTYPEGUI: Main Menu>Solution>-Ana

8、lysis Type-New Analysis新的分析或重啟動如果是開始一個新的分析時，只要指定分析類型（如上所述）即可。如果是重啟動計算，必須在ANTYPE命令中設(shè)定STATUS=REST（Main Menu>Solution>-Analysis Type-Restart）。如果要另外施加載荷時，可以用重啟動。（重啟動時，初始運(yùn)算后的Jobname.EMAT，Jobname.ESAV和Jobname.DB文件要存在。）超單元矩陣文件名指定超單元矩陣文件名（Sename）。程序?qū)⒆詣犹砑雍缶Y.SUB，因此完整的文件名是Sename.SUB。缺省是使用工作文件名/FILENAME定義

9、超單元矩陣文件名，可以使用以下命令：Command: SEOPTGUI: Main Menu>Solution>Analysis Options要生成的矩陣可以指定僅生成剛度矩陣（或傳導(dǎo)矩陣，電磁系數(shù)矩陣）；生成剛度和質(zhì)量矩陣（或熱傳導(dǎo)矩陣等）；生成剛度，質(zhì)量和阻尼矩陣。質(zhì)量矩陣用于結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析和在使用部分有慣性載荷的情況下。在熱分析中，只有瞬態(tài)熱分析才用到熱傳導(dǎo)矩陣。對于其他分析和阻尼矩陣也大同小異。用SEOPT命令或其GUI路徑來定義。輸出矩陣這個選項(xiàng)允許輸出超單元矩陣。可以指定輸出矩陣和載荷向量，也可以只輸出載荷向量。缺省值是不輸出任何矩陣。要輸出矩陣，用SEOPT命令或其

10、相應(yīng)的GUI路徑。質(zhì)量矩陣形成只在想生成質(zhì)量矩陣時使用。用戶可以選擇缺省生成（取決于所用單元類型）或集中質(zhì)量近似。對于絕大多數(shù)情況，推薦使用缺省生成的方式。但是，在極薄構(gòu)件的分析中，如細(xì)長桿或極薄殼體，集中質(zhì)量近似將得到更好的結(jié)果。用下列方法指定集中質(zhì)量近似：Command: LUMPMGUI: Main Menu>Solution>Analysis Options3 用下列方法定義主自由度：Command: MGUI: Main Menu>Solution>Master DOFs>Define在子結(jié)構(gòu)中，主自由度有四種作用：a 它們作為超單元與非超單元的邊界。應(yīng)

11、保證將超單元與非超單元接觸的結(jié)點(diǎn)自由度都定義為超單元（在M命令中Lab=ALL），如圖4-1所示。當(dāng)模型中只有超單元時同樣要定義主自由度。b 如果在動力學(xué)分析中使用超單元，那么主自由度規(guī)定了結(jié)果的動力學(xué)特性。在ANSYS Structural Analysis Guide 第三章的“Matrix Reduction”中有所說明。c 如果在使用部分要施加約束D或集中力F時，這些位置結(jié)點(diǎn)的自由度也要定義為主自由度。d 在大位移情況下NLGEOM，ON（Main Mene>Solution>Analysis Options）的使用部分需要主自由度，或者在使用SETRAN命令（Main M

12、enu>Preprocessor>Create>Elements>-Superelements-By CS Tranfer）時。在這些時候，所有主自由度的結(jié)點(diǎn)都要定義6個方向的自由度（UX，UY，UX，ROTX，ROTY，ROTZ）。4 施加邊界條件。在生成部分可以施加所有的載荷類型，但有以下幾點(diǎn)情況需要注意：l 程序?qū)⑸梢粋€包括所有施加的載荷的等效載荷向量。每個載荷步一個載荷向量將寫入超單元矩陣文件中。載荷向量的最大允許值是31個。l 在生成部分可以使用非零的自由度約束并作為載荷向量的一部分。（在擴(kuò)展部分，如果被擴(kuò)展的載荷步中有非零的自由度約束時，數(shù)據(jù)庫中必須有相應(yīng)

13、的自由度數(shù)值。如果沒有的話，自由度約束就要在擴(kuò)展部分重新定義。l 自由度約束和集中載荷的施加可以推遲到使用部分，但在這些位置的主自由度一定要先定義好。l 同樣，線或角加速度的施加也可以推遲到使用部分，但只有在生成質(zhì)量矩陣時。如果在使用部分要旋轉(zhuǎn)超單元時，推薦使用這種作法，因?yàn)榇藭r載荷向量的方向是“凍結(jié)”的，它隨著超單元旋轉(zhuǎn)。l Maxwell力的標(biāo)志通常用于電磁分析中，用來標(biāo)記計算哪個單元面上的電磁力分布。這個標(biāo)志在電磁子結(jié)構(gòu)分析中無效，因此不要使用。注如果生成質(zhì)量矩陣，建議在使用部分對主自由度（在生成部分定義）施加約束。這樣就保證所有的質(zhì)量都包含在子結(jié)構(gòu)中。5 定義載荷步選項(xiàng)。子結(jié)構(gòu)生成部分

14、只能使用動力選項(xiàng)（阻尼）。阻尼（動力選項(xiàng)）只在生成阻尼矩陣時可用。指定質(zhì)量(alpha)阻尼使用下列方法：Command: ALPHADGUI: Main Menu>Solution>Time/Frequenc>Damping指定剛度(beta)阻尼使用下列方法：Command: BETADGUI: Main Menu>Solution>Time/Frequenc>Damping指定與材料有關(guān)的beta阻尼使用下列方法：Command: MP，DAMPGUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>-C

15、onstan-IsotropicMain Menu>Preprocessor>Material Props>Polynomial 表4-1 子結(jié)構(gòu)中可以施加的載荷6 存儲數(shù)據(jù)庫的備份文件。注這樣做的目的是需要在擴(kuò)展部分使用同樣的數(shù)據(jù)庫文件。用下列方法完成本步操作：Command: SAVEGUI: Utility Menu>File>Save as Jobname.db7 開始計算：Command: SOLVEGUI: Main Menu>Solution>Current LS計算結(jié)果包括超單元矩陣文件，Sename.SUB，Sename是通過SEOP

16、T指定的文件名或是工作文件名/FILENAME。矩陣文件包括根據(jù)施加的載荷計算出的載荷向量。（如果沒有施加載荷，載荷向量將為零。）8 如有另外的載荷步，重復(fù)步驟7來生成其他的載荷向量。載荷向量的號碼是遞增的，并添加到同一個超單元矩陣文件內(nèi)。關(guān)于多載荷步的其他方法見ANSYS Basic Analysis Procedures Guide。9 退出SOLUTION：Command: FINISHGUI: Main Menu>Finish使用部分：使用超單元使用部分可以是任何ANSYS分析類型（FLOTRAN和顯式動力分析除外）。和普通分析的區(qū)別就是一個或幾個單元是前面生成的超單元。每個單獨(dú)

17、的分析指南中都有做不同分析的詳細(xì)介紹。在這一部分，我們主要介紹如何將超單元變成模型的一部分。這個過程有以下幾個步驟：1 清除數(shù)據(jù)庫并指定一個新的工作文件名。2 建立模型。3 施加邊界條件并求解。第一步：清除數(shù)據(jù)庫并指定一個新的工作文件名。使用部分包含新的模型和新的邊界條件。因此，第一步是清除現(xiàn)存的數(shù)據(jù)庫。這與退出并重新進(jìn)入ANSYS的效果是一樣的。清除數(shù)據(jù)庫用下列方法：Command: /CLEARGUI: Utility Menu>File>Clear&Start New缺省情況下，清除數(shù)據(jù)庫就會重新讀入START.ANS文件。（可以改變這個設(shè)置）注：如果通過命令行輸入來

18、清除數(shù)據(jù)庫時，在/CLEAR命令行中不能有其他的命令。新定義的文件名要與生成部分使用的文件名不同。這樣，生成部分的文件就不會被覆蓋。用下列方式之一定義新的工作文件名：Command: /FILNAMEGUI: Utility Menu>File>Change Jobname第二步：建立模型本步是在PREP7中實(shí)現(xiàn)的。主要完成以下任務(wù)：1 定義MATRIX50（超單元）為一種單元。用以下方法：Command: ETGUI: Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete2 定義其他非超單元的單元類型。非線性可以

19、使用，取決于進(jìn)行分析的類型。3 定義非超單元的單元實(shí)參和材料特性。非線性可以使用，取決于進(jìn)行分析的類型。4 定義非超單元的幾何形狀。在定義與超單元接觸部分時應(yīng)非常注意。其結(jié)點(diǎn)位置要精確重合。（見圖4-3） 圖4-3 超單元與非超單元的接觸處結(jié)點(diǎn)應(yīng)與主自由度精確重合共有三種方法保證結(jié)點(diǎn)重合：l 使用與生成部分同樣的結(jié)點(diǎn)號碼。l 在生成部分的接觸部分結(jié)點(diǎn)和使用部分的接觸結(jié)點(diǎn)使用相同的結(jié)點(diǎn)號碼增值（或平移）。（使用SETRAN，在第五步中說明）l 將這兩部分結(jié)點(diǎn)所有的自由度固連起來。（用CP系列命令）在不能使用前兩種方法時，這種方法是有效的。定義自由度固連可以用下列方法：Command: CPGUI

20、: Main Menu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>Couple DOFs如果超單元與其他單元不相連時，在使用部分可以不定義任何單元。5 用正確的單元類型定義超單元，讀入超單元矩陣。選擇正確的單元類型：Command: TYPEGUI: Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>Elements>Elem Attributes用下列方法讀入超單元矩陣(可能要先用其他命令修改矩陣，見后)：Command: SEGUI: Main Menu>Preprocessor>Create&

21、gt;Elements>-Superlements->From .SUB Filea 如果模型中不包含非超單元，或是包含非超單元但接觸處的結(jié)點(diǎn)號與主自由度結(jié)點(diǎn)號一致，那么可以用SE命令直接讀入超單元：TYPE, ！單元類型號SE，GEN ！從文件GEN.SUB中讀入超單元SE命令的文件名域表示超單元矩陣的文件名。擴(kuò)展名.SUB是給定的，因此整個文件名就是Sename.SUB(GEN.SUB如上例)。超單元就給定下一個可用的單元號。b 如果模型中有非超單元存在，并且接觸處的結(jié)點(diǎn)號與主自由度的結(jié)點(diǎn)號是有一個偏移量的話，就必須先用新的結(jié)點(diǎn)號生成一個新的超單元矩陣，然后讀入新的矩陣。用下列

22、方法生成新的超單元矩陣：Command: SETRANGUI: Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>-Superelements-By CS TransferMain Menu>Preprocessor>Create>Elements>-Superelements-By Geom Offset 用下列方法讀入新的矩陣： Command: SE GUI: Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>-Supreelements-From .SUB F

23、ile 例如，給出超單元矩陣文件GEN.SUB和新的結(jié)點(diǎn)偏移量為2000，命令如下：SETTRAN,GEN,2000,GEN2,SUB !生成新的超單元GEN2.SUB，偏移 量為 2000 TYPE, !單元類型號 SE,GEN2 !讀入新的超單元文件GEN2.SUBc 如果模型中包含非超單元而且接觸處結(jié)點(diǎn)與主自由度結(jié)點(diǎn)無任何關(guān)系（一般是結(jié)點(diǎn)自由生成的情況），那么先看下面的注意事項(xiàng)：注意：生成部分的主自由度的結(jié)點(diǎn)號往往會覆蓋使用部分的模型結(jié)點(diǎn)號。這樣，讀入超單元將覆蓋使用部分的模型結(jié)點(diǎn)。為了避免這種覆蓋，在讀入超單元前使用結(jié)點(diǎn)號偏移。在這種情況下，在使用SE命令前先存儲數(shù)據(jù)庫文件。因此，應(yīng)該

24、先存儲數(shù)據(jù)庫文件SAVE，再用SETRAN命令用新的結(jié)點(diǎn)偏移量生成新的超單元矩陣，最后用SE命令讀入新的矩陣。用CRINTF命令（Main Menu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>Coincident Nodes）將接觸處的結(jié)點(diǎn)連接。例如，給出超單元矩陣文件GEN.SUB：*GET,MAXNOD,NODE,NUM,MAX !MAXNOD=最大結(jié)點(diǎn)號SETRAN,GEN,MAXNOD,GEN2,SUB!生成新的超單元，結(jié)點(diǎn)偏移量為 MAXNOD，文件名為GEN2.SUBSE,GEN2 !讀入新的超單元NSEL, !選擇接觸處的所有結(jié)點(diǎn)CPINTF,ALL

25、 !固連所有結(jié)點(diǎn)的所有自由度NSEL,ALLd 如果要對超單元進(jìn)行移動或拷貝到不同的位置，或進(jìn)行鏡向操作，必須用SETRAN命令SESYMM命令（Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>By Reflection），并給出正確的結(jié)點(diǎn)偏移量，生成新的超單元矩陣文件，然后用SE命令讀入新的矩陣。連接超單元與非超單元同樣用上面的方法用相同的結(jié)點(diǎn)號，結(jié)點(diǎn)偏移量，或用CPINTF命令。注如果用SETRAN命令將超單元傳遞到不同的坐標(biāo)系中，缺省是超單元的主自由度隨之旋轉(zhuǎn)。這一點(diǎn)在初始的超單元主自由度發(fā)生旋轉(zhuǎn)時很有用，比如旋轉(zhuǎn)到柱坐標(biāo)系中。（在這

26、種情況下，傳遞不影響超單元剛度矩陣。）如果初始超單元沒有結(jié)點(diǎn)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，那么傳遞的超單元也無須旋轉(zhuǎn)結(jié)點(diǎn)。用戶可以通過設(shè)定SETRAN命令的NOROT域?yàn)?來防止結(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。（在這種傳遞中，超單元的剛度矩陣和載荷向量由程序自動修改）。6 用圖形顯示和列表功能驗(yàn)證超單元的位置是否正確。超單元用輪廓線表示，數(shù)據(jù)在生成部分寫到矩陣文件中。要生成圖形顯示，用下列命令：Command: EPLOTGUI: Utility Menu>Plot>Elements要生成列表，用下列命令：Command: SELISTGUI: Utility Menu>List>Other>Supere

27、lem Data7 存儲整個模型文件：Command: SAVEGUI: Utility Menu>File>Save as Jobname.db退出PREP7：Command: FINISHGUI: Main Menu>Finish第三步：施加邊界條件并求解。本步在求解器中完成。取得使用部分結(jié)果的過程取決于所做的分析類型。以上提到，可以在絕大多數(shù)分析中使用超單元。用戶應(yīng)當(dāng)有相應(yīng)的通過生成部分生成的矩陣。例如，如果要做結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析，必須有質(zhì)量矩陣。具體過程如下：1 進(jìn)入SOLUTION。Command: /SOLUGUI: Main Menu>Solution2 定義

28、分析類型和分析選項(xiàng)。對于大轉(zhuǎn)動分析，打開大位移效果NLGEOM，ON，并正確定義非線性分析的子步數(shù)。3 在非超單元上施加邊界條件。主要包括自由度約束和對稱邊界，集中載荷，平面載荷，體載荷，和慣性載荷。注意慣性載荷只有在通過生成部分生成了質(zhì)量矩陣時才生效。注對大轉(zhuǎn)動分析，在本步中要施加正確的約束條件。4 用以下方法施加超單元載荷向量：Command: SFEGUI: Main Menu>Solution>-Loads-Apply>Load Vector>For Superelement在超單元矩陣文件中，每個載荷步對應(yīng)一個載荷向量，用參考號來區(qū)別。如，SFE，63，1，S

29、ELV，0.75在63號單元上施加載荷向量，號為1，比例系數(shù)為0.75。因此，ELEM域代表超單元的單元號，LKEY域代表載荷向量號（缺省為1），Lab是SELV，VAL1代表比例系數(shù)（缺省為0）。（參看SFE命令）注載荷向量的方向是固定在超單元上的，因此如果超單元旋轉(zhuǎn)了，載荷向量就隨之旋轉(zhuǎn)。對于自由度方向也是如此（UX，UY，ROTY等），它們同樣隨著超單元的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)（除非SETRAN命令中NOROT=1，此時結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系不旋轉(zhuǎn)）。5 定義與分析類型相適應(yīng)的載荷步選項(xiàng)。注用MATRIX50超單元時不要用PCG求解器。6 開始計算：Command: SOLVEGUI: Main Menu>

30、;Solution>Current LS本步計算包括非超單元的完整解和超單元的凝聚解主自由度解。非超單元的完整解記錄在結(jié)果文件中（Jobname.RST,RTH或RMG），可以進(jìn)行普通的后處理操作。凝聚解記錄在文件Jobname.DSUB中。可以通過如下方法查看這個文件：Command: SEDLISTGUI: Main Menu>General Postproc>List Results>Superelem DOFUtility Menu>List>Results>Superelem DOF Solu如果想得到超單元中所有自由度的解，就要用到擴(kuò)展部分

31、。下面還會說明。7 退出SOLUTION。Command: FINISHGUI: Main Menu>Finish擴(kuò)展部分：在超單元中擴(kuò)展求解結(jié)果擴(kuò)展部分從使用部分的凝聚解計算出整個超單元的完整解。 下面說明擴(kuò)展部分的過程。本部分要求生成部分的.EMAT,.ESAV,.SUB,.TRI,.DB和.SELD文件，使用部分的.DSUB文件存在。如果在使用部分中使用了結(jié)點(diǎn)偏移，在擴(kuò)展部分中將自動計入。1 清除數(shù)據(jù)庫。相當(dāng)于退出并重新進(jìn)入ANSYS。用下列方法：Command: /CLEARGUI: Utility Menu>File>Clear&Start New2 將文件

32、名切換到生成部分的文件名。這樣，程序就可以識別擴(kuò)展部分所用的文件。用下列方法：Command: /FILENAMEGUI: Utility Menu>File>Change Jobname3 讀入生成部分的數(shù)據(jù)庫文件。用下列方法：Command: RESUMEGUI: Utility Menu>File>Resume Jobname.db4 進(jìn)入SOLUTION。用下列方法：Command: /SOLUGUI: Main Menu>Solution5 激活擴(kuò)展部分及其選項(xiàng)。擴(kuò)展部分開關(guān)選為ON。Command: EXPASSGUI: Main Menu>So

33、lution>ExpasionPass被擴(kuò)展的超單元名指定SENAME。Command: SEEXPGUI: Main Menu>Solution>ExpasionPass>Expand Superelem(完整的文件名假定為Sename.SUB)使用部分生成的凝聚解文件。用SEEXP命令（或其相應(yīng)的GUI路徑）指定該文件名。完整的文件名假定為Usefil.DSUB。位移的實(shí)部或虛部只有在使用部分是諧波分析時使用。用SEEXP命令（或其相應(yīng)的GUI路徑）。被擴(kuò)展的解指定被擴(kuò)展的使用部分結(jié)果。可以通過給出載荷步和子步，也可以通過給出時間或頻率來指定結(jié)果。用下列方法：Com

34、mand: EXPSOLGUI: Main Menu>Solution>ExpansionPass>By Load StepMain Menu>Solution>ExpansionPass>By Time/Freq注如果被擴(kuò)展的載荷步中包含非零自由度約束時，數(shù)據(jù)庫中應(yīng)該有相應(yīng)的自由度數(shù)值。如果沒有，那么自由度約束必須在擴(kuò)展部分中重新聲明D。6 指定載荷步選項(xiàng)。對于子結(jié)構(gòu)擴(kuò)展部分，只有輸出控制選項(xiàng)是可用的：輸出控制這些選項(xiàng)控制打印輸出，數(shù)據(jù)庫和結(jié)果文件輸出和結(jié)果的插值。如果在打印輸出文件(Jobname.OUT)中包含某些內(nèi)容，使用下列方法：Command:

35、OUTPRGUI: Main Menu>Solution>Output Ctrls>DB/Results File如果控制結(jié)果文件(Jobname.RST)中的數(shù)據(jù)，使用下列方法：Command: OUTRESGUI: Main Menu>Solution>Output Ctrls>DB/Results File如果想用將單元積分點(diǎn)上的數(shù)據(jù)拷貝到結(jié)點(diǎn)的方法代替插值方法（缺省）時，用下列命令：Command: ERESXGUI: Main Menu>Solution>Output Ctrls>Integration Pt7 開始擴(kuò)展部分：Co

36、mmand: SOLVEGUI: Main Menu>Solution>Current LS8 重復(fù)步驟5到7對其他使用部分結(jié)果進(jìn)行擴(kuò)展。如果要擴(kuò)展不同超單元的解，需要退出并重新進(jìn)入SOLUTION。9 最后，退出SOLUTION。Command: FINISHGUI: Main Menu>Finish10用通用方法對超單元擴(kuò)展結(jié)果進(jìn)行后處理。注擴(kuò)展部分不適用于功率譜密度分析。輸入示例下面給出一個子結(jié)構(gòu)分析的命令流文件示例。本例假定一個超單元與非超單元連接。! 生成部分!建模（超單元部分）/FILNAME，GEN ！文件名為GEN/TITLE，/PREP7 ！進(jìn)入PREP7-

37、 ！生成超單元部分模型FINISH！加載并生成超單元矩陣/SOLU ！進(jìn)入SOLUTIONANTYPE，SUBST ！子結(jié)構(gòu)分析SEOPT，GEN, ！超單元名和其他子結(jié)構(gòu)分析選項(xiàng)M， ！主自由度D， ！載荷。一個載荷向量將產(chǎn)生并寫入超單元矩 陣文件- ！載荷步選項(xiàng)SAVE ！存儲數(shù)據(jù)庫文件SOLVE ！開始求解生成GEN.SUB文件，包含超 單元矩陣載荷向量。- ！載荷。生成第二個載荷向量（D和M可以 不變）SOLVE ！加入第二個載荷向量。- ！重復(fù)加載和求解生成其他的載荷向量（最多 達(dá)到31個）。FINISH！使用部分！建模/CLEAR ！清除數(shù)據(jù)庫/FILNAME，USE ！文件名為U

38、SE/PREP7 ！進(jìn)入PREP7ET，1，MATRIX50 ！MATRIX50為超單元類型ET，2，. !非超單元的單元類型- ！生成非超單元部分模型TYPE，1 ！指向超單元類型SETRAN， !結(jié)點(diǎn)偏移量SE， !讀入由SETRAN生成的超單元EPLOT ！檢查超單元位置NSEL， ！選擇接觸處的結(jié)點(diǎn)CPINTF，ALL ！固連接觸處結(jié)點(diǎn)（在結(jié)點(diǎn)號不相等時使用）NSEL，ALLFINISH！加載并求解/SOLU ！進(jìn)入求解器ANTYPE， ！分析類型和分析選項(xiàng)-D， ！非超單元上的載荷-SFE， ！施加超單元載荷向量- ！載荷步選項(xiàng)SAVE ！存儲數(shù)據(jù)庫文件SOLVE ！開始求解，計算非

39、超單元完整解和超單元凝聚 解。FINISH！查看非超單元結(jié)果！擴(kuò)展部分/CLEAR ！清除數(shù)據(jù)庫/FILNAME，GEN ！文件名切換到生成部分文件名RESUME ！讀入生成部分?jǐn)?shù)據(jù)庫/SOLU ！進(jìn)入求解器EXPASS，ON ！激活擴(kuò)展選項(xiàng)SEEXP，GEN，USE ！要擴(kuò)展的超單元名- ！載荷步選項(xiàng)（主要是輸出控制）SOLVE ！開始擴(kuò)展部分求解。超單元完整解寫入文件 GEN.RST或RTH, RMG中。FINISH！查看超單元解請查閱ANTYPE，SEOPT，M，ET，SETRAN，SE，CPINTF，EXPASS和SEEXP命令得到更加詳細(xì)的說明。自頂而下子結(jié)構(gòu)分析 上述的子結(jié)構(gòu)方法稱

40、為自底而上的子結(jié)構(gòu)生成方法，每個超單元是通過獨(dú)立的生成過程來生成，然后通過使用過程組裝。這種方法適用于超大型的模型，分解為小的超單元便于求解。如果對相對小一些的模型或具有統(tǒng)一的幾何外型控制和不同的結(jié)構(gòu)分析的情況，可以用一種與上述方法有一點(diǎn)細(xì)微差別的技術(shù)，稱之為自頂而下的子結(jié)構(gòu)分析。這種方法適于將非線性模型中線性部分（應(yīng)相對計算機(jī)系統(tǒng)大小比較適中）作成子結(jié)構(gòu)。這種做法的優(yōu)點(diǎn)是可以在后處理中將幾個子結(jié)構(gòu)的結(jié)果加以組合。自頂而下子結(jié)構(gòu)分析的步驟如下：1 首先建立整體模型，包括超單元和非超單元部分。將模型存儲在一個命名的數(shù)據(jù)庫文件中。這個整體的數(shù)據(jù)庫在后面擴(kuò)展部分中還要使用。如果模型中包含非超單元部分

41、，在使用部分中也要用到這個文件。2 將模型的一部分選出完成生成部分操作。因?yàn)檎w模型都已經(jīng)建立了，用戶所要做的就是選擇要生成超單元部分的單元，施加載荷（目的是生成載荷向量），然后SOLVE命令生成超單元（Main Menu>Solution>-Solve-Current LS）。3 完成使用部分。進(jìn)入PREP7，讀入整體模型數(shù)據(jù)庫并選擇非超單元部分。接下來定義超單元類型ET，TYPE，讀入相應(yīng)的超單元矩陣。絕大多數(shù)情況下，用戶不必?fù)?dān)心接觸處的結(jié)點(diǎn)連接，因?yàn)樗鼈兪怯梢粋€模型生成的。進(jìn)入SOLUTION，定義分析類型和分析選項(xiàng)。在非超單元上施加載荷，讀入載荷向量（如果有的話），指定載荷

42、步選項(xiàng)，并開始使用部分的求解。4 完成擴(kuò)展部分。首先讀入整體模型，需包含所有結(jié)點(diǎn)和單元，然后對每個超單元做擴(kuò)展，每次應(yīng)定義不同的文件名，并每次進(jìn)入和退出SOLUTION。用戶可以用通用的后處理過程查看每個超單元的結(jié)果。注使用整個數(shù)據(jù)庫文件，可以讀入多個超單元結(jié)果：RESUME,FULL,DB/POST1FILE,GEN1SET,FILE,GEN2SET, !不清除上一個超單元的結(jié)果。 以下給出一個自頂而下子結(jié)構(gòu)分析的輸入示例。本例假定模型有一個超單元和其他非超單元部分。!自頂而下子結(jié)構(gòu)分析的輸入示例!建立整體模型/FILNAME，F(xiàn)ULL ！文件名為FULL/TITLE，/PREP7 ！進(jìn)入P

43、REP7- ！生成整體模型，包括超單元部分和非超單元 部分SAVE ！存儲整體模型，以備（使用部分和）擴(kuò)展部 分使用FINISH! 生成部分/FILNAME，GEN ！文件名為GEN/SOLU ！進(jìn)入SOLUTIONANTYPE，SUBST ！子結(jié)構(gòu)分析SEOPT，GEN, ！子結(jié)構(gòu)分析選項(xiàng)ESEL， ！選擇超單元部分的單元和結(jié)點(diǎn)NSELM， ！主自由度D， ！載荷。一個載荷向量將產(chǎn)生并寫入超單元矩 陣文件- ！載荷步選項(xiàng)SOLVE ！開始求解生成超單元矩陣文件GEN.SUB- ！載荷。生成第二個載荷向量（D和M可以 不變）SOLVE ！加入第二個載荷向量。- ！重復(fù)加載和求解生成其他的載荷向

44、量（最多 達(dá)到31個）。FINISH！使用部分/CLEAR ！清除數(shù)據(jù)庫/FILNAME，USE ！文件名為USERESUME，F(xiàn)FULL，DB ！讀入整體模型數(shù)據(jù)庫ESEL， ！選擇非超單元部分的單元和結(jié)點(diǎn)NSEL/PREP7ET，MATRIX50 ！MATRIX50為超單元類型TYPE， ！指向超單元類型SE，GEN !讀入超單元矩陣EPLOTFINISH/SOLU ！進(jìn)入求解器ANTYPE， ！分析類型和分析選項(xiàng)-D， ！非超單元上的載荷-SFE， ！施加超單元載荷向量- ！載荷步選項(xiàng)SOLVE ！開始求解，計算非超單元完整解和超單元凝聚解。FINISH！擴(kuò)展部分/CLEAR ！清除數(shù)據(jù)

45、庫/FILNAME，GEN ！文件名切換到生成部分文件名RESUME，F(xiàn)ULL，DB ！讀入整體模型數(shù)據(jù)庫/SOLU ！進(jìn)入求解器ANTYPE，SUBSTREXPASS，ON ！激活擴(kuò)展選項(xiàng)EXPSOL， ！指定要擴(kuò)展的解SEEXP，GEN，USE ！要擴(kuò)展的超單元名- ！載荷步選項(xiàng)（主要是輸出控制）SOLVE ！開始擴(kuò)展部分求解。超單元完整解寫入文件 GEN.RST或RTH,RMG中。FINISH！查看超單元解請查閱ANTYPE，SEOPT，M，ET，SETRAN，SE，EXPASS和SEEXP命令得到更加詳細(xì)的說明。超單元嵌套在ANSYS中一個強(qiáng)有力的子結(jié)構(gòu)特性就是允許嵌套：允許一個子結(jié)構(gòu)

46、中包含另一個子結(jié)構(gòu)。也就是說，在生成超單元時，生成部分的其中一個單元可以是以前生成的超單元。例如，有一個超單元名為PISTON，可以在生成一個名為CYLINDER的超單元，其中包含超單元PISTON。為了完成柱體及其內(nèi)部的活塞的分析，就要進(jìn)行一個使用部分計算和兩個擴(kuò)展部分的計算。使用部分計算超單元CYLINDER的主自由度凝聚解，第一個擴(kuò)展部分計算CYLINDER的完整解和超單元PISTON的凝聚解，第二個擴(kuò)展部分計算PISTON的完整解。有預(yù)應(yīng)力的子結(jié)構(gòu)在建模中正確的描述系統(tǒng)特性，很重要的一點(diǎn)就是考慮其應(yīng)力情況。應(yīng)力情況會影響剛度矩陣項(xiàng)的數(shù)值。前一步結(jié)構(gòu)分析的應(yīng)力情況在超單元生成部分形成剛度

47、矩陣時會被計入。應(yīng)力剛化使得一般不能承受某種載荷的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。比如說，拉緊的繩索能夠承受法向力而松弛的繩索就不能。應(yīng)力剛化同樣可以影響同時有模態(tài)和瞬態(tài)動力問題時系統(tǒng)的響應(yīng)頻率。有兩種不同的方法能夠生成有預(yù)應(yīng)力的子結(jié)構(gòu)。以下用方法A和方法B列出：方法A：1 建立模型，定義分析類型為靜力分析（ANTYPE，Main Menu>Solution>New Analysis），施加剛化載荷。2 指定計算預(yù)應(yīng)力效果（PSTRES或Main Menu>Solution>Analysis Options）。3 開始靜力計算（SOLVE或Main Menu>Solution>-

48、Solve-Current LS）。4 完成生成部分。用PSTRES命令或其等效的GUI路徑計入靜力分析的預(yù)應(yīng)力效果。（注在靜力分析和生成部分一定要打開預(yù)應(yīng)力效果。）5 完成使用部分和擴(kuò)展部分。6 查看結(jié)果。方法B：注本方法不需進(jìn)行整體模型的靜力計算。1 建模并完成生成部分。要通過將SEOPT(Main Menu>Solution>Analysis Options)命令選項(xiàng)SESST設(shè)為1為應(yīng)力剛度矩陣保留空間。2 加載并完成靜力的使用部分。3 完成擴(kuò)展部分并用PSTRES(Main Menu>Solution>Analysis Options)計入預(yù)應(yīng)力效果。4 保持

49、預(yù)應(yīng)力效果打開進(jìn)行其他的生成部分以生成新的超單元。5 求解新的生成部分并完成使用部分。6 完成擴(kuò)展部分并查看結(jié)果。子結(jié)構(gòu)分析實(shí)例（命令行格式）問題描述 圓盤承受沿垂直方向的對稱載荷，材料特性和幾何特征如下，求其應(yīng)力應(yīng)變情況。 /PREP7 smrt,off /DEVICE,VECTOR,ON /TITLE, DIAMETRAL COMPRESSION OF A DISK ANTYPE,STATIC ! 靜力分析 ET,1,PLANE2,3,1 ET,2,PLANE82,3,1 ET,3,PLANE82,3,2 ! 選擇結(jié)點(diǎn)應(yīng)力輸出 R,1,.2 ! 厚度 MP,EX,1,30E6 MP,NUXY,1,0.3 CSYS,1 ! 柱坐標(biāo)系 K,1,1,90 K,2,.5,90 K,4,1 K,5,1,50 L,1,5 LESIZE,1,7,5 L,5,4 LESIZE,2,4,2 CSYS,0 ! 笛卡兒坐標(biāo)系 K,3 L,3,4 LESIZE,3,5 L,2,3 LESIZE,4,4,2 L,2,5 LESIZE,5,5 L,1,2 LESIZE,6,7,5 A,1,2,5,5 A,2,3,4,5 TYPE,2 MS