复杂结构大系统动态特性高效分析方法.pdf

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1、研究与分析·机械研究与应用·复杂结构大系统动态特性高效分析方法刘岿，王生泽(东华大学机械工程学院，上海201620)摘要：子结构法和并行算法是提高有限元分析效率，求解复杂结构系统的重要方法；并行工程是复杂系统研发推行的最新工作模式。将这种最新工作模式和子结构方法及并行算法相结合，可以极大地提高求解复杂结构大系统的效率。关键词：复杂结构大系统；子结构法；并行算法；并行工程；打包机中图分类号：TB12文献标识码：A文章编号：1006—4414(2010)02—0035—03Efectiveanalysismethodforthedynamicalpropertyofcomp

2、lexstructuresystemLiUKui．WangSheng—ze(Collegeofmechanicalengineering，Donghnauniversity，Shanghai201620，China)Abstract：Thesubstructurelawandtheparallelalgorithmareimportantmethodstoraisetheeficiencyoffiniteelementanaly—sisofcomplexstructuresystems．Theconcurrentengineeringisthenewestwor~ngp

3、atternofcomplexsystemR&D．Theunif-yingofthese3methodscanincreasetheeficiencyofthesolvingoflarge—scalecomplexstructuresystemenormously．Keywords：large—scalestructuresystem；substructurelaw；parallelalgorithm；concurrentengineering；baler1引言于复杂结构的动力分析。随着科学研究和工程技术领域的不断开拓和发对子结构进行子结构变换以后通过对接界面上展，出现

4、了各种各样的大型和超大型的复杂结构系对应节点的位移协调和力平衡可以将子结构模型组统。如油气田设备、航天器、大型水利设施建筑、核反集成整个系统的计算模型。对于静力分析，由子结构应堆等，这些结构不但是具有很大自由度的结构系组集的系统方程仅包含对接界面上节点的自由度；对统，还包含非线性本构关系、随机载荷和复杂的边界于动力分析则缩减系统的自由度包括界面节点自由条件等多种因素。对这些复杂结构的分析必须借助度和内部保留自由度两部分，其自由度数可以由如下于高阶的数值分析模型和大规模数学计算，以保证数方法计算：值解的精度。而传统的有限元分析方法受求解此类1问题所需的计算时间长和存储空间

5、大等条件限制，难{fJ7、，s=寺-m∑nB一Ⅳ(1)以在合理的时间和计算成本内完成这些复杂结构的，【Ⅳ。=∑+÷∑一Ⅳ计算⋯。因此，在满足工程精度要求的前提下缩减模型规模和提高求解效率成为复杂结构大系统研究式中：Ⅳs，ⅣD，分别表示由静力子结构和动力子结构的重要方向。组集成的系统的自由度数；m为系统的子结构数目；Ⅳ为系统原始自由度数；n表示第i个子结构的对接2子结构方法界面上的界面自由度数；凡。表示第个子结构的内部子结构法是计算力学中一种十分有效的降低模型规模，提高计算效率的方法l2J，是一种“化整为零”保留自由度数。可见只要合理选择子结构并进行适的分析方法。通过把整

6、个结构分割成相对简单的子当的坐标缩减，就可以把系统的规模控制在合理的适于计算的范围之内。结构，然后分别对每一个子结构进行处理，形成对应的静力或动力特性矩阵，再将各子结构模型装配成整3子结构的并行处理个结构系统的模型，该模型的规模远远小于直接离散并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过的模型，因而更容易计算。程(包括制造过程和支持过程)的系统方法】。并行通过子结构法可以凝聚结构的内部自由度达到工程的目标为提高质量、降低成本、缩短产品开发周缩减模型规模的目的。根据分析问题的类型可分为期和产品上市时间。既然复杂结构系统可以分割成静力子结构法和动力子结构法_2】。静力子结构法

7、主相互独立的子结构，且每一个子结构的子结构变换是要应用于复杂结构的静力分析，动力子结构法主要用独立完成的，这表明对各个子结构的处理具有良好的收稿日期：2010—03—12作者简介：刘岿(1984一)，男，陕西汉中人，硕士，主要从事复杂结构大系统的静力及动力特性研究方面的工作。·35·硼奔与分析·机械研究与应用·并行性。如果用传统的串行模式处理完一个子结构，首先，根据分析模型，召集所有参与分析的人员再处理另一个，显然处理效率较低；如果应用并行工参加会议，就模型的分割和界面规划制定方案；然后程的思想，将原来的串行处理变成并行处理，同时处根据各