ANSYS分析指南精华：子结构Word格式.docx

1、图4-2 典型子结构分析中的数据流向3划，主要是确定超单元部分和非超单元部分如何连接。为了保证连接正确，应该 保证接触部分结点号一致。（其他可以方便用户的方法在本章“使用部分”一节 还有介绍。）要生成整体模型应该这样做：将模型存储在数据库文件中，选择子结构部 分进行生成计算。在以后的使用部分，RESUME（Utility MenuFileResume from）数据库文件，不选（unselect）子结构，用超单元矩阵代替。第二步：施加边界条件，生成超单元矩阵。生成部分的结果包含超单元矩阵。象其他分析一样，用户要定义分析类型 和分析设置，施加边界条件，定义载荷步，开始计算。如何完成这些工作见下面

2、 的叙述：1 进入求解器：Command: /SOLUGUI: Main MenuSolution2 定义分析类型和分析设置：分析类型选择生成超单元使用下列方法： ANTYPE6Solution-Analysis Type-New Analysis新的分析或重启动如果是开始一个新的分析时，只要指定分析类型（如 上所述）即可。如果是重启动计算，必须在ANTYPE命令中设定STATUS=REST （ Main Menu-Analysis Type-Restart）。如果要另外施加载荷 时，可以用重启动。（重启动时，初始运算后的Jobname.EMAT，Jobname.ESAV 和Jobname.D

3、B文件要存在。超单元矩阵文件名指定超单元矩阵文件名（Sename）。程序将自动添 加后缀.SUB，因此完整的文件名是 Sename.SUB。缺省是使用工作文件名 /FILENAME定义超单元矩阵文件名，可以使用以下命令： SEOPTAnalysis Options要生成的矩阵可以指定仅生成刚度矩阵（或传导矩阵，电磁系数矩阵）； 生成刚度和质量矩阵（或热传导矩阵等）；生成刚度，质量和阻尼矩阵。质量矩 阵用于结构动力学分析和在使用部分有惯性载荷的情况下。在热分析中，只有瞬 态热分析才用到热传导矩阵。对于其他分析和阻尼矩阵也大同小异。用SEOPT 命令或其GUI路径来定义。输出矩阵这个选项允许输出超

4、单元矩阵。可以指定输出矩阵和载荷向 量，也可以只输出载荷向量。缺省值是不输出任何矩阵。要输出矩阵，用SEOPT 命令或其相应的GUI路径。7质量矩阵形成只在想生成质量矩阵时使用。用户可以选择缺省生成（取 决于所用单元类型）或集中质量近似。对于绝大多数情况，推荐使用缺省生成的 方式。但是，在极薄构件的分析中，如细长杆或极薄壳体，集中质量近似将得到 更好的结果。用下列方法指定集中质量近似： LUMPM3 用下列方法定义主自由度： MMaster DOFsDefine在子结构中，主自由度有四种作用：a 它们作为超单元与非超单元的边界。应保证将超单元与非超单元接 触的结点自由度都定义为超单元（在M命令

5、中Lab=ALL），如图4-1所示。当 模型中只有超单元时同样要定义主自由度。b 如果在动力学分析中使用超单元，那么主自由度规定了结果的动力 学特性。在ANSYS Structural Analysis Guide 第三章的“Matrix Reduction” 中有所说明。c如果在使用部分要施加约束D或集中力F时，这些位置结点的自由8 度也要定义为主自由度。d 在 大 位 移 情 况 下 NLGEOM ， ON （ Main MeneAnalysis Options）的使用部分需要主自由度，或者在使用 SETRAN命令（MainMenuPreprocessorCreateElements-Su

6、perelements-By CS Tranfer） 时。在这些时候，所有主自由度的结点都要定义6个方向的自由度（UX，UY， UX，ROTX，ROTY，ROTZ）。4 施加边界条件。在生成部分可以施加所有的载荷类型，但有以下几 点情况需要注意：l程序将生成一个包括所有施加的载荷的等效载荷向量。每个载荷步一个 载荷向量将写入超单元矩阵文件中。载荷向量的最大允许值是31个。l在生成部分可以使用非零的自由度约束并作为载荷向量的一部分。（在 扩展部分，如果被扩展的载荷步中有非零的自由度约束时，数据库中必须有相应 的自由度数值。如果没有的话，自由度约束就要在扩展部分重新定义。l自由度约束和集中载荷的施

7、加可以推迟到使用部分，但在这些位置的主 自由度一定要先定义好。l同样，线或角加速度的施加也可以推迟到使用部分，但只有在生成质量 矩阵时。如果在使用部分要旋转超单元时，推荐使用这种作法，因为此时载荷向 量的方向是“冻结”的，它随着超单元旋转。9l Maxwell力的标志通常用于电磁分析中，用来标记计算哪个单元面上的 电磁力分布。这个标志在电磁子结构分析中无效，因此不要使用。注如果生成质量矩阵，建议在使用部分对主自由度（在生成部分定义） 施加约束。这样就保证所有的质量都包含在子结构中。5 定义载荷步选项。子结构生成部分只能使用动力选项（阻尼）。阻尼（动力选项）只在生成阻尼矩阵时可用。指定质量（al

8、pha）阻尼使用下列方法： ALPHADTime/FrequencDamping指定刚度（beta）阻尼使用下列方法： BETAD指定与材料有关的beta阻尼使用下列方法： MP，DAMPMaterial Props-Constan-Isotropic10Main MenuPolynomial表4-1 子结构中可以施加的载荷6 存储数据库的备份文件。注这样做的目的是需要在扩展部分使用同样的数据库文件。用下列方法完成 本步操作： SAVE Utility MenuSave as Jobname.db117 开始计算： SOLVECurrent LS计算结果包括超单元矩阵文件，Sename.SUB

9、，Sename 是通过SEOPT 指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。载荷向量 的号码是递增的，并添加到同一个超单元矩阵文件内。关于多载荷步的其他方法 见ANSYS Basic Analysis Procedures Guide。9 退出SOLUTION： FINISHFinish使用部分：使用超单元使用部分可以是任何ANSYS分析类型（FLOTRAN和显式动力分析除外）。 和普通分析的区别就是一个或几个单元是前面生成的超单元。每个单独的分析指 南中

10、都有做不同分析的详细介绍。在这一部分，我们主要介绍如何将超单元变成12模型的一部分。这个过程有以下几个步骤：1 清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。第一步：清除数据库并指定一个新的工作文件名。使用部分包含新的模型和新的边界条件。因此，第一步是清除现存的数据 库。这与退出并重新进入ANSYS的效果是一样的。清除数据库用下列方法： /CLEARClear&Start New缺省情况下，清除数据库就会重新读入START.ANS文件。（可以改变这个 设置）注：如果通过命令行输入来清除数据库时，在/CLEAR 命令行中不能有其 他的命令。新定义的文件名要与生成部分使

11、用的文件名不同。这样，生成部分的文件 就不会被覆盖。用下列方式之一定义新的工作文件名：13 /FILNAMEChange Jobname建立模型本步是在PREP7中实现的。主要完成以下任务：1 定义MATRIX50（超单元）为一种单元。用以下方法： ETElement TypeAdd/Edit/Delete2 定义其他非超单元的单元类型。非线性可以使用，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，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部分时应非常注意。 其结点位置要精确重合。（见图4-3）图4-3 超单元与非超单元的接触处结点应

12、与主自由度精确重合14共有三种方法保证结点重合：l 使用与生成部分同样的结点号码。l 在生成部分的接触部分结点和使用部分的接触结点使用相同的结点 号码增值（或平移）。（使用SETRAN，在第五步中说明）l 将这两部分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。定义自由度固连可以用下列方法： CPCoupling/CeqnCouple DOFs如果超单元与其他单元不相连时，在使用部分可以不定义任何单元。5 用正确的单元类型定义超单元，读入超单元矩阵。选择正确的单元类型：15 TYPE-Modeling-CreateElem Attributes用下

13、列方法读入超单元矩阵（可能要先用其他命令修改矩阵，见后）： SEMain-Superlements-From .SUB Filea如果模型中不包含非超单元，或是包含非超单元但接触处的结点号与 主自由度结点号一致，那么可以用SE命令直接读入超单元：TYPE,！单元类型号SE，GEN！从文件GEN.SUB中读入超单元SE 命令的文件名域表示超单元矩阵的文件名。扩展名.SUB是给定的，因 此整个文件名就是Sename.SUB（GEN.SUB如上例）。超单元就给定下一个可用 的单元号。b如果模型中有非超单元存在，并且接触处的结点号与主自由度的结点 号是有一个偏移量的话，就必须先用新的结点号生成一个新的

14、超单元矩阵，然后 读入新的矩阵。16用下列方法生成新的超单元矩阵： SETRAN-Superelements-By CS Transfer-Superelements-By Geom Offset 用下列方法读入新的矩阵：-Supreelements-From .SUB File例如，给出超单元矩阵文件GEN.SUB和新的结点偏移量为2000，命令如 下：SETTRAN,GEN,2000,GEN2,SUB!生成新的超单元GEN2.SUB，偏移量为 2000TYPE,!SE,GEN2!读入新的超单元文件GEN2.SUBc如果模型中包含非超单元而且接触处结点与主自由度结点无任何关系17（一般是结点

15、自由生成的情况），那么先看下面的注意事项：注意：生成部分的主自由度的结点号往往会覆盖使用部分的模型结点号。 这样，读入超单元将覆盖使用部分的模型结点。为了避免这种覆盖，在读入超单 元前使用结点号偏移。在这种情况下，在使用SE命令前先存储数据库文件。因此，应该先存储数据库文件SAVE，再用SETRAN命令用新的结点偏移 量生成新的超单元矩阵，最后用SE命令读入新的矩阵。用CRINTF命令（Main MenuCoincident Nodes）将接触处的结点 连接。例如，给出超单元矩阵文件GEN.SUB：*GET,MAXNOD,NODE,NUM,MAX !MAXNOD=最大结点号SETRAN,GEN

16、,MAXNOD,GEN2,SUB!生成新的超单元，结点偏移量为MAXNOD，文件名为GEN2.SUB读入新的超单元NSEL,!选择接触处的所有结点CPINTF,ALL!固连所有结点的所有自由度NSEL,ALLd如果要对超单元进行移动或拷贝到不同的位置，或进行镜向操作，必 须 用 SETRAN 命 令 SESYMM 命 令 （ Main18By Reflection），并给出正确的结点偏移量，生成新的超单元矩阵文件，然后用 SE命令读入新的矩阵。连接超单元与非超单元同样用上面的方法用相同的 结点号，结点偏移量，或用CPINTF命令。注如果用SETRAN命令将超单元传递到不同的坐标系中，缺省是超单

17、 元的主自由度随之旋转。这一点在初始的超单元主自由度发生旋转时很有用，比 如旋转到柱坐标系中。（在这种情况下，传递不影响超单元刚度矩阵。）如果初始 超单元没有结点发生旋转，那么传递的超单元也无须旋转结点。用户可以通过设 定SETRAN命令的NOROT域为1来防止结点旋转。（在这种传递中，超单元的 刚度矩阵和载荷向量由程序自动修改）。6 用图形显示和列表功能验证超单元的位置是否正确。超单元用轮廓 线表示，数据在生成部分写到矩阵文件中。要生成图形显示，用下列命令： EPLOTPlotElements要生成列表，用下列命令： SELIST19ListOtherSuperelem Data7 存储整个

18、模型文件：退出PREP7：第三步：施加边界条件并求解。本步在求解器中完成。取得使用部分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部分 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SOLUTION。202 定义分析类型和分析选项。对于大转动分析，打开大位移效果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部分生 成了质量矩阵时才生效。注对大转动分析，在本步中要施加正确的约

19、束条件。4 用以下方法施加超单元载荷向量： SFE-Loads-ApplyLoad VectorFor Superelement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，63，1，SELV，0.75在63号单元上施加载荷向量，号为1，比例系数为0.75。因此，ELEM域 代表超单元的单元号，LKEY域代表载荷向量号（缺省为1），Lab是SELV，VAL1 代表比例系数（缺省为0）。（参看SFE命令）21注载荷向量的方向是固定在超单元上的，因此如果超单元旋转了，载 荷向量就随之旋转。对于自由度方向也是如此（UX，UY，ROTY等），它们同样 随着超单元的旋转而

20、旋转（除非SETRAN命令中NOROT=1，此时结点坐标系 不旋转）。5 定义与分析类型相适应的载荷步选项。注用MATRIX50超单元时不要用PCG求解器。6 开始计算：本步计算包括非超单元的完整解和超单元的凝聚解主自由度解。非超 单元的完整解记录在结果文件中（Jobname.RST,RTH或RMG），可以进行普通 的后处理操作。凝聚解记录在文件Jobname.DSUB中。可以通过如下方法查看这个文件： SEDLISTGeneral PostprocList ResultsSuperelem DOFUtility MenuResultsSuperelem DOF Solu22如果想得到超单元中

21、所有自由度的解，就要用到扩展部分。下面还会说明。7 退出SOLUTION。扩展部分：在超单元中扩展求解结果扩展部分从使用部分的凝聚解计算出整个超单元的完整解。下面说明扩展 部分的过程。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结点偏移，在扩展部分 中将自动计入。1 清除数据库。相当于退出并重新进入ANSYS。用下列方法：2 将文件名切换到生成部分的文件名。这样，程序就可以识别扩展部 分所用的文件。 /FILENAME233 读入生成部分的数据库文件。 RESUMEResume Jobname.d

22、b4进入SOLUTION。5 激活扩展部分及其选项。扩展部分开关选为ON。 EXPASSExpasionPass被扩展的超单元名指定SENAME。 SEEXPExpasionPassExpand Superelem（完整的文件名假定为Sename.SUB）24使用部分生成的凝聚解文件。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。位移的实部或虚部只有在使用部分是谐波分析时使用。用SEEXP命令 （或其相应的GUI路径）。被扩展的解指定被扩展的使用部分结果。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。 EXPSOLExpansionPassBy Load StepBy Time/Freq注如果被扩展的载荷步中包含非零自由度约束时，数据库中应该有相 应的自由度数值。如果没有，那么自由度约束必须在扩展部分中重新声明D。6 指定载荷步选项。对于子结构扩展部分，只有输出控制选项是可用 的：输出