ANSYS分析指南精华:子结构1Word格式.docx
《ANSYS分析指南精华:子结构1Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《ANSYS分析指南精华:子结构1Word格式.docx(59页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
子结构分析有以下三个步骤:
l生成部分
l使用部分
l扩展部分
生成部分就是将普通的有限元单元凝聚为一个超单元。
凝聚是通过定义一组主自由度来实现的。
主自由度用于定义超单元与模型中其他单元的边界,提取模型的动力学特性。
图4-1是一个板状构件用接触单元分析的示意。
由于接触单元需要迭代计算,将板状构件形成子结构将显著地节省机时。
本例中,主自由度是板与接触单元相连的自由度。
图4-1子结构使用示例
使用部分就是将超单元与模型整体相连进行分析的部分。
整个模型可以是一个超单元,也可以象上例一样是超单元与非超单元相连的。
使用部分的计算只是超单元的凝聚(自由度计算仅限于主自由度)和非超单元的全部计算。
扩展部分就是从凝聚计算结果开始计算整个超单元中所有的自由度。
如果在使用部分有多个超单元,那么每个超单元都需要有单独的扩展过程。
图4-2示出了整个子结构分析的数据流向和所用的文件。
三个步骤的详细解释见以后的叙述。
图4-2典型子结构分析中的数据流向
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(UtilityMenu>
File>
Resumefrom)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的叙述:
1.进入求解器:
Command:
/SOLU
GUI:
MainMenu>
Solution
2.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:
ANTYPE
Solution>
-AnalysisType-NewAnalysis
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(MainMenu>
-AnalysisType-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.DB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:
SEOPT
AnalysisOptions
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。
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:
LUMPM
3.用下列方法定义主自由度:
M
MasterDOFs>
Define
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ANSYSStructuralAnalysisGuide第三章的“MatrixReduction”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
度也要定义为主自由度。
d.在大位移情况下[NLGEOM,ON](MainMene>
AnalysisOptions)的使用部分需要主自由度,或者在使用SETRAN 命 令 ( Main
Menu>
Preprocessor>
Create>
Elements>
-Superelements-ByCSTranfer)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。
lMaxwell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(alpha)阻尼使用下列方法:
ALPHAD
Time/Frequenc>
Damping
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,DAMP
MaterialProps>
-Constan-Isotropic
MainMenu>
Polynomial
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
UtilityMenu>
SaveasJobname.db
11
7.开始计算:
SOLVE
CurrentLS
计算结果包括超单元矩阵文件,Sename.SUB,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ANSYSBasicAnalysisProceduresGuide。
9.退出SOLUTION:
FINISH
Finish
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:
/CLEAR
Clear&
StartNew
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:
/FILNAME
ChangeJobname
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:
ET
ElementType>
Add/Edit/Delete
2.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