ANSYS高级分析技术指南5第五章 子模型

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1、ANSYS高级分析技术指南子模型第五章子模型何为子模型？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。在有限元分析中往往出现这种情况，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，网格密度已经足够了。见图5-1。图5-1轮毂和轮辐的子模型a)粗糙模型，b)叠加的子模型要得到这些区域的较精确的解，可以采取两种办法：(a)用较细的网格重新划分并分析整个模型，或(b)只在关心的区域细化网格并对其分析。显而易见，方法a太耗费机时，方法b即为子模型技术。子模型方法又称为切

2、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。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，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。ANSYS程序并不限制子模型分析必须为结构（应力）分析。子模型也可以有效地应用于其他分析中。如在电磁分析中，可以用子模型计算感兴趣区域的电磁力。除了能求得模型某部分的精确解以外，

3、子模型技术还有几个优点：它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。它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。它帮助用户证明网格划分是否足够细。使用子模型的一些限制如下：只对体单元和壳单元有效。5-15ANSYS高级分析技术指南子模型子模型的原理要求切割边界应远离应力集中区域。用户必须验证是否满足这个要求。如何作子模型分析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应足够远

4、。第一步：生成并分析较粗糙的模型第一个步骤是对整体建模并分析。（注－为了方便区分这个原始模型，我们将其称为粗糙模型。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。）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。下面列出了其他的一些要记住的方面。文件名——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:/FILNAMEGUI:UtilityMenu>File>Ch

5、angeJobname单元类型——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。一种特殊的子模型技术，称为壳到体子模型技术，允许用户用壳单元建立粗糙模型而用三维块单元建立子模型。本技术在后面还要讨论。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，见下图。但是，有限元网格必须细化到足以得到较合理的位移解。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5-2粗糙模型可以不包括一些细节部分文件——结果文件（Jobna

6、me.RST,Jobname.RMG5-15ANSYS高级分析技术指南子模型等）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:SAVEGUI:UtilityMenu>File>SaveasUtilityMenu>File>SaveasJobname.db第二步：生成子模型子模型是完全依靠粗糙模型的。因此在初始分析后的第一步就是在初始状态清除数据库（另一种方法是退出并重新进入ANSYS）。用下列方法清除数据库：Com

7、mand:/CLEARGUI: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:/FILNAMEGUI:UtilityMenu>File>ChangeJobname然后进入PREP7并建立子模型。应该记住下列几点：使用与粗糙模型中同样的单元类型。同时应指定相同的单元实参（如壳厚）和材料特性。（另一种子模型技术——壳到体技术——允许从粗糙模型的壳单元转换为体单元，见后。）子模型的位置（相对全局坐标原点）应与粗糙模型

8、的相应部分相同，见图5－3。图5-3叠加在粗糙模型上的子模型指定合适的结点旋转位移。切割边界结点的旋转角在插值步骤一写入结点文件时不应改变（见第三步：生成切割边界插值）。用下列方法指定结点旋转：Command:NROTATGUI:MainMenu>Preprocessor>Create>Nodes>-RotateNodeCS-ToActiveCSMainMenu>Prep