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ANSYS高级分析-子结构(二)
发表时间:2009-11-19    作者: 刘军涛  来源: e-works
本篇接着上一篇ANSYS高级分析-子结构(一)的内容继续讲述使用超单元的步骤方法及在子结构技术中扩展部分的内容和使用方法。
 

1 引言
    ANSYS子结构技术的使用部分可以适用于ANSYS分析类型(FLOTRAN和显式动力分析除外)。它与普通分析的区别就是分析过程中的一个或几个单元是前面生成的超单元。ANSYS帮助文档每个单独的分析指南中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。
2 使用部分过程
    本小节按照引言中所示将超单元变为模型一部分的三个步骤分别讲述。
2.1 定义工作文件名
    使用部分应该首先建立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。清除数据库可用下列两种方法:
    Command: /CLEAR
    GUI: Utility Menu>File>Clear&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)
    新定义的文件名要与生成部分使用的文件名不同。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:
    Command: /FILNAME
    GUI: Utility Menu>File>Change Jobname
2.2 建立模型
    本步是在ANSYS前处理器PREP7中实现的。主要完成以下内容:
    1)定义MATRIX50(超单元)为一种单元。用以下方法:
    Command: ET
    GUI: Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete
    2)定义其他非超单元的单元类型。非线性可以使用,能否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,同样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1)

超单元与非超单元的接触处结点应与主自由度精确重合
图1 超单元与非超单元的接触处结点应与主自由度精确重合


    我们可以使用如下三种方法保证结点重合:
    a、使用与生成部分同样的结点号。
    b、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)。
    c、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:
    Command: CP
    GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>Couple DOFs
2.3 施加边界条件/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
    Command: /SOLU
    GUI: Main Menu>Solution
    2)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束条件。
    4)用以下方法施加超单元载荷向量
    Command: SFE
    GUI: Main Menu>Solution>-Loads-Apply>Load Vector>For 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
    上面命令行的含义是在63号单元上施加载荷向量,号为1,比例系数为0.75。
    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
    Command: SOLVE
    GUI: Main Menu>Solution>Current LS
    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:
    Command: SEDLIST
    GUI: Main Menu>General Postproc>List Results>Superelem DOF
    Utility Menu>List>Results>Superelem DOF Solu
    如果想得到超单元中所有自由度的解,就要用到扩展部分。下面还会说明。
    7)退出SOLUTION。
    Command: FINISH
    GUI: Main Menu>Finish分页
3 扩展部分
    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。具体过程如下:
    1)清除数据库。相当于退出并重新进入ANSYS。用下列方法:
    Command: /CLEAR
    GUI: Utility Menu>File>Clear&Start New
    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。用下列方法:
    Command: /FILENAME
    GUI: Utility Menu>File>Change Jobname
    3)读入生成部分的数据库文件。用下列方法:
    Command: RESUME
    GUI: Utility Menu>File>Resume Jobname.db
    4)进入SOLUTION。用下列方法:
    Command: /SOLU
    GUI: Main Menu>Solution
    5)激活扩展部分及其选项。
    扩展部分开关—选为ON。
    Command: EXPASS
    GUI: Main Menu>Solution>ExpasionPass
    被扩展的超单元名—指定SENAME。
    Command: SEEXP
    GUI: Main Menu>Solution>ExpasionPass>Expand Superelem
    (完整的文件名假定为Sename.SUB)
    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。用下列方法:
    Command: EXPSOL
    GUI: Main Menu>Solution>ExpansionPass>By Load Step
    Main Menu>Solution>ExpansionPass>By Time/Freq
    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:
    输出控制—这些选项控制打印输出,数据库和结果文件输出和结果的插值。
    如果在打印输出文件(Jobname.OUT)中包含某些内容,使用下列方法:
    Command: OUTPR
    GUI: Main Menu>Solution>Output Ctrls>DB/Results File
    如果控制结果文件(Jobname.RST)中的数据,使用下列方法:
    Command: OUTRES
    GUI: Main Menu>Solution>Output Ctrls>DB/Results File
    如果想用将单元积分点上的数据拷贝到结点的方法代替插值方法(缺省)时,用下列命令:
    Command: ERESX
    GUI: Main Menu>Solution>Output Ctrls>Integration Pt
    7)开始扩展部分:
    Command: SOLVE
    GUI: Main Menu>Solution>Current LS
    8)重复步骤5到7对其他使用部分结果进行扩展。如果要扩展不同超单元的解,需要退出并重新进入SOLUTION。
    9)最后,退出SOLUTION。
    Command: FINISH
    GUI: Main Menu>Finish
    10)用通用方法对超单元扩展结果进行后处理。
4 总结
    ANSY子结构技术能够让普通计算机发挥更大的作用,使得普通机进行大规模问题的分析成为可能,子结构技术扩展了ANSYS在分析问题时的适用性,灵活的掌握和应用子结构分析技术能够给分析带来极大的方便,特别是分析问题规模较大时,更能体现子结构分析技术的优势。

责任编辑:杜凯
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