ANSYS中的超单元(2)

GUI： Main menu -> Solution -> Analysis Type -> Analysis Options 设置内容有：

方程求解方法 (波前法 – 默认，或稀疏矩阵法 – 推荐)；

要求生成的矩阵，可以是：刚度矩阵；刚度和质量矩阵；刚度、质量和阻尼矩阵 (稀疏矩阵法不能生成阻尼矩阵)；

要求输出到 output 窗口的矩阵 (矩阵和载荷矢量或仅输出载荷矢量，默认不输出) ;

扩展超单元的方法 (后续操作时，对本超单元扩展时使用的方法)，默认是回代法(backsubstitution method)，需要存储主自由度的三角矩阵 (波前法为 sebname.tri，稀疏矩阵法为 sename.LNxx)；完全求解方法 (Full resolve method 不存储任何三角矩阵)。

随着问题规模加大，三角矩阵可能很大；完全求解方法不需要三角矩阵，但花费时间较长，且不能重启动子结构分析 (对于不同的载荷矢量)。

质量矩阵公式：是否使用集中质量矩阵，推荐用一致质量矩阵。

D 选择主自由度 命令：M

GUI： Main menu -> Solution -> Master DOFs -> User Selected -> Define 主自由度是超单元和其它单元之间的界面，必须确保将超单元与其它单元的界面上的所有节点自由度定义为主自由度。假如模型中除了超单元外没有其它单元，也必须定义主自由度。

在将超单元用于动力分析时，主自由度的动力特性应能代表超单元的动力特性。对于在使用超单元时将被定义为约束或施加载荷的节点，应该定义为主自由度 (如果它们也位于当前的超单元中)。

对于大挠度问题或使用 SETRAN 命令的情况，主节点的 6 个自由度都应作为主自由度。

本例中选择超单元外端面上所有节点的所有自由度作为主自由度。一般情况均推荐选择相应主节点的 All 自由度。

E 在超单元上施加载荷

作为超单元的结构可以施加任意载荷，但要记住：

程序会生成一个载荷矢量，其中包含了施加的所有载荷。对于每个载荷步，在超单元文件中写一个等效的载荷矢量，最多可以写 31 个载荷矢量。

在超单元结构中可以使用非零位移约束，并作为载荷矢量的一部分。求解后对超单元进行结果扩展时，对于有非零位移的载荷步，其数据库必须匹配，否则需再次施加非零位移约束后再进行结果扩展。

可以在使用超单元时再定义载荷和约束，此时应注意将相应节点选为主自由度节点。

同样也可以在使用超单元时再定义惯性力 (加速度或角速度)，但在超单元部分要生成质量矩阵。如果在使用超单元时需要对其进行旋转，推荐这样做，因为超单元的载荷矢量是随着超单元一起转动的。

注意：如果生成质量矩阵，推荐在使用超单元时再施加约束，但要注意将约束节点选为主自由度。如果要施加加速度载荷，建议再生成超单元时施加，而不要施加到简缩的质量矩阵上。对于有大转动的问题，推荐在使用超单元时再施加约束。

F 设置载荷步选项

在生成超单元的阶段，唯一有效的载荷步选项是设置阻尼。 以上内容设置完毕，存储模型并求解。 对于本例，首先选择新的求解类型：

设置分析选项：

定义主自由度：

然后将模型存盘并求解。求解后将生成超单元文件 se_1.sub。

(2) 使用超单元

使用超单元的过程是： A 建立新模型

对于本例，将se_1.db 文件存盘，点击File -> Clear & Start New ... 菜单项，修改Jobname 为se_main，，Resume 模型。此时读入的模型仍是个完整的模型，在前处理的 Mesh 下，清除后半段 area 上的网格，只保留前半段area 上的网格 (以及已经施加的节点 Z 向载荷向载荷)。

图 10 非超单元部分的模型

为了使用超单元，除了其它单元类型外，还需要定义单元类型Matrix50 (超单元)。

图 11 定义超单元类型

在对非超单元部分建模时，必须确保其界面节点与超单元模型的界面节点精确匹配且最好节点编号也完全一致，否则需要偏移节点编号或在超单元节点和非超单元节点之间建立耦合，或由老的超单元模型创建一个新的超单元模型(SETRAN 命令)，其界面节点与非超单元模型相匹配。

对于本例，由于非超单元模型与超单元模型都是由同一个整体模型修改而来，故其界面节点的位置和编号都是完全相同的。