Ansys自顶而下子结构分析

每个超单元是通过独立的生成过程来生成，然后通过使用过程组装。这种方法适用于超大型的模型，分解为小的超单元便于求解。

如果对相对小一些的模型或具有统一的几何外型控制和不同的结构分析的情况，可以用一种与上述方法有一点细微差别的技术，称之为自顶而下的子结构分析。这种方法适于将非线性模型中线性部分（应相对计算机系统大小比较适中）作成子结构。这种做法的优点是可以在后处理中将几个子结构的结果加以组合。自顶而下子结构分析的步骤如下：

1．           首先建立整体模型，包括超单元和非超单元部分。将模型存储在一个命名的数据库文件中。这个整体的数据库在后面扩展部分中还要使用。如果模型中包含非超单元部分，在使用部分中也要用到这个文件。

2．           将模型的一部分选出完成生成部分操作。因为整体模型都已经建立了，用户所要做的就是选择要生成超单元部分的单元，施加载荷（目的是生成载荷向量），然后SOLVE命令生成超单元（Main Menu>Solution>-Solve-Current LS）。

3．           完成使用部分。进入PREP7，读入整体模型数据库并选择非超单元部分。接下来定义超单元类型[ET，TYPE]，读入相应的超单元矩阵。绝大多数情况下，用户不必担心接触处的结点连接，因为它们是由一个模型生成的。进入SOLUTION，定义分析类型和分析选项。在非超单元上施加载荷，读入载荷向量（如果有的话），指定载荷步选项，并开始使用部分的求解。

4．           完成扩展部分。首先读入整体模型，需包含所有结点和单元，然后对每个超单元做扩展，每次应定义不同的文件名，并每次进入和退出SOLUTION。用户可以用通用的后处理过程查看每个超单元的结果。注——使用整个数据库文件，可以读入多个超单元结果：

RESUME,FULL,DB

/POST1

FILE,GEN1

SET,…

FILE,GEN2

SET,…            !不清除上一个超单元的结果。

    以下给出一个自顶而下子结构分析的输入示例。本例假定模型有一个超单元和其他非超单元部分。

!自顶而下子结构分析的输入示例

!建立整体模型

/FILNAME，FULL         ！文件名为FULL

/TITLE，…

/PREP7                  ！进入PREP7

——                    ！生成整体模型，包括超单元部分和非超单元

                          部分

SAVE                   ！存储整体模型，以备（使用部分和）扩展部

                          分使用

FINISH

! 生成部分

/FILNAME，GEN         ！文件名为GEN

/SOLU                  ！进入SOLUTION

ANTYPE，SUBST       ！子结构分析

SEOPT，GEN,…         ！子结构分析选项

ESEL，…               ！选择超单元部分的单元和结点

NSEL

M，…                  ！主自由度

D，…                  ！载荷。一个载荷向量将产生并写入超单元矩

                         阵文件

—–                    ！载荷步选项

SOLVE                 ！开始求解——生成超单元矩阵文件GEN.SUB

—–                    ！载荷。生成第二个载荷向量（D和M可以

                         不变）

SOLVE                 ！加入第二个载荷向量。

—–                    ！重复加载和求解生成其他的载荷向量（最多

                         达到31个）。

FINISH

！使用部分

/CLEAR                ！清除数据库

/FILNAME，USE        ！文件名为USE

RESUME，FFULL，DB   ！读入整体模型数据库

ESEL，…               ！选择非超单元部分的单元和结点

NSEL

/PREP7

ET，…，MATRIX50      ！MATRIX50为超单元类型

TYPE，…               ！指向超单元类型

SE，GEN                !读入超单元矩阵

EPLOT

FINISH

/SOLU                ！进入求解器

ANTYPE，…          ！分析类型和分析选项

—

D，…                ！非超单元上的载荷

—

SFE，…              ！施加超单元载荷向量

—                   ！载荷步选项

SOLVE              ！开始求解，计算非超单元完整解和超单元凝聚解。

FINISH

！扩展部分

/CLEAR              ！清除数据库

/FILNAME，GEN     ！文件名切换到生成部分文件名

RESUME，FULL，DB ！读入整体模型数据库

/SOLU               ！进入求解器

ANTYPE，SUBSTR

EXPASS，ON      ！激活扩展选项

EXPSOL，…         ！指定要扩展的解

SEEXP，GEN，USE  ！要扩展的超单元名

—                  ！载荷步选项（主要是输出控制）

SOLVE              ！开始扩展部分求解。超单元完整解写入文件

                    GEN.RST或RTH,RMG中。

FINISH

！查看超单元解

请查阅ANTYPE，SEOPT，M，ET，SETRAN，SE，EXPASS和SEEXP命令得到更加详细的说明。

超单元嵌套

在ANSYS中一个强有力的子结构特性就是允许嵌套：允许一个子结构中包含另一个子结构。也就是说，在生成超单元时，生成部分的其中一个单元可以是以前生成的超单元。

例如，有一个超单元名为PISTON，可以在生成一个名为CYLINDER的超单元，其中包含超单元PISTON。为了完成柱体及其内部的活塞的分析，就要进行一个使用部分计算和两个扩展部分的计算。使用部分计算超单元CYLINDER的主自由度凝聚解，第一个扩展部分计算CYLINDER的完整解和超单元PISTON的凝聚解，第二个扩展部分计算PISTON的完整解。

有预应力的子结构

在建模中正确的描述系统特性，很重要的一点就是考虑其应力情况。应力情况会影响刚度矩阵项的数值。前一步结构分析的应力情况在超单元生成部分形成刚度矩阵时会被计入。应力刚化使得一般不能承受某种载荷的结构加强。比如说，拉紧的绳索能够承受法向力而松弛的绳索就不能。应力刚化同样可以影响同时有模态和瞬态动力问题时系统的响应频率。

有两种不同的方法能够生成有预应力的子结构。以下用方法A和方法B列出：

方法A：

1．           建立模型，定义分析类型为静力分析（ANTYPE，Main Menu>Solution>New Analysis），施加刚化载荷。

2．           指定计算预应力效果（PSTRES或Main Menu>Solution>Analysis Options）。

3．           开始静力计算（SOLVE或Main Menu>Solution>-Solve-Current LS）。

4．           完成生成部分。用PSTRES命令或其等效的GUI路径计入静力分析的预应力效果。（注——在静力分析和生成部分一定要打开预应力效果。）

5．           完成使用部分和扩展部分。

6．           查看结果。

方法B：

注——本方法不需进行整体模型的静力计算。

1．           建模并完成生成部分。要通过将SEOPT(Main Menu>Solution>

Analysis Options)命令选项SESST设为1为应力刚度矩阵保留空间。

2．           加载并完成静力的使用部分。

3．           完成扩展部分并用PSTRES(Main Menu>Solution>Analysis Options)计入预应力效果。

4．           保持预应力效果打开进行其他的生成部分以生成新的超单元。

5．           求解新的生成部分并完成使用部分。

6．           完成扩展部分并查看结果。