ANSYS高级分析-子模型(一)

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1、ANSYS高级分析-子模型（一）本篇介绍ANSYS的另一个高级技术专题-子模型技术，主要从子模型的基本概念和在应用基本步骤两方面概述非常实用的ANSYS高级分析技术之一——子模型应用技术。1引言   在有限元分析中往往出现如图1的这种情况，即对于用户关心的区域，如应力集中区域，网格太疏不能得到满意的结果，而对于这些区域之外的部分，网格密度已经足够甚至对本身问题来说已经过细而影响分析的效率。图1子模型示意图   要想得到这些区域的较精确的解，在ANSYS平台上可以采取两种办法：   1）用较细的网格重新划分并分析整个模型；  

2、 2）只在关心的区域细化网格并对其分析,ANSYS子模型是得到模型部分区域中更加精确解的有限单元技术。显而易见，方法a太耗费机时，而方法b即为本篇提到的子模型技术，它是避开整个模型而只在模型需求部分做特殊处理而得到更加精确解的有限元分析方法。   在ANSYS平台上，子模型方法又称为切割边界位移法或特定边界位移法。切割边界就是子模型从整个较粗糙的模型分割开的边界，把整体模型切割边界的计算位移值即为子模型的边界条件。   子模型基于圣维南原理的分析方法，即如果实际分布载荷被等效载荷代替以后，应力和应变只在载荷施加的位置附近有改

3、变。这说明只有在载荷集中位置才有应力集中效应，如果子模型的位置远离应力集中位置，则子模型内就可以得到较精确的结果。   在特殊问题的分析或较复杂模型分析应用子模型技术除了能求得模型某部分的精确解以外，还有以下优点：   1）减少甚至取消了有限元实体模型中所需的复杂的传递区域；   2）使得用户可以在感兴趣的区域就不同的设计（如不同的圆角半径）进行分析；   3）帮助用户证明网格划分是否足够细。   目前在使用ANSYS子模型技术时，有以下限制应该注意：   1）只对体单元和壳单元有效。   2）子模型的原理要求切割边界应远离

4、应力集中区域。用户必须验证是否满足这个要求。2子模型技术应用技术   子模型分析的过程包括以下步骤：   1）生成并分析较粗糙的模型；   2）生成子模型；   3）提供切割边界插值；   4）分析子模型；   5）验证切割边界和应力集中区域的距离是否足够。2.1生成并分析较粗糙的模型   生成粗糙模型是指对整体建模并分析。这并不表示模型的网格划分必须是粗糙的，而是说模型的网格划分相对子模型的网格是较粗糙的。   这个过程通普通ANSYS分析一直，分析类型可以是静态或瞬态的，其操作与各分析的步骤相同。但在子模型技术的应用上应

5、该特别注意以下几个方面：   1）粗糙模型和子模型应该使用不同的文件名。这样就可以保证文件不被覆盖。而且在切割边界插值时可以方便地指出粗糙模型的文件。用下列方法指定文件名：   Command:/FILNAME   GUI:UtilityMenu>File>ChangeJobname   2）子模型技术只能使用块单元和壳单元。分析模型中可以有其他单元类型（如梁单元作为加强筋），但切割边界只能经过块和壳单元。   3）建模——在很多情况下，粗糙模型不需要包含局部的细节如圆角等，见图2。但是，有限元网格必须细化到足以得到较合理的

6、位移解。这一点很重要，因为子模型的结果是根据切割边界的位移解插值得到的。图2粗糙模型可以不包括一些细节部分   4）结果文件（Jobname.RST,Jobname.RMG等）和数据库文件（Jobname.DB,包含几何模型）在粗糙模型分析中是需要的。在生成子模型前应存储数据库文件。用下列方法存储数据库：   Command:SAVE   GUI:UtilityMenu>File>Saveas   UtilityMenu>File>SaveasJobname.db2.2生成子模型   子模型是完全依靠第一步粗糙模型的。因此在

7、初始分析后的首先要做的就是初始状态清除数据库（也可以退出并重新进入ANSYS）。可以用下列方法清除数据库：   Command:/CLEAR   GUI:UtilityMenu>File>Clear&StartNew   同时，应记住用另外的文件名以防止粗糙模型文件被覆盖。用下列方法指定文件名：   Command:/FILNAME   GUI:UtilityMenu>File>ChangeJobname   然后进入PREP7并建立子模型。应该记住下列几点：   1）使用与粗糙模型中同样的单元类型病同时应指定相同的单元实参

8、（如壳厚）和材料特性。   2）子模型的位置（相对全局坐标原点）应与粗糙模型的相应部分相同，见图3。    图3叠加在粗糙模型上的子模型    3）指定合适的点旋转位移。切割边界节点的旋转角在插值步骤一写入节点文件时不应改变（见第三步：生成切割边界插值）。用下列方法指定节点旋转：   Co