有限元科技内参-Abaqus有限元仿真分析软件的子结构

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Abaqus子结构的概念是单元概念的推广和扩大，即将若干个基本单元装配在一起，通过保留部分自由度的静力凝聚而成的一个新结构单元，这个新的结构单元称为原结构的子结构或称为广义单元（超单元）。

Abaqus是一套功能强大的工程模拟有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。作为通用的模拟工具，Abaqus除了能解决大量结构问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如跌落仿真、热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析及压电介质分析。有限元科技参展2017深圳国际连接器、线缆及线束加工设备展览会，时间2017年9月19日-21日，深圳会展中心，展位：4号馆 B020号。欢迎广大朋友前来捧场，如需咨询业务请联系咨询QQ：2039363860/4006046636。

Abaqus子结构分析方法的思路是将一个大型的复杂结构划分为若干个子结构，先分别确定各子结构的刚度特性，然后再将子结构装配成整体结构，最后确定整体结构的刚度特性。其目的主要是为了节省计算时间，提高分析效率。一般来说，以下几种情况可以用子结构进行分析：

（1）在非线性分析中，可将模型的线性部分作为子结构，避免该部分的刚度矩阵在非线性迭代过程中多次重复计算。

（2）有重复几何形状的模型，可以将重复部分作为子结构生成超单元，通过复制生成结构的其他部分，节省大量机时。

（3）在计算机无法计算一个大规模结构问题时，可以将整个结构分为若干个子结构，最终实现对整个结构的计算。

下面以一个四条腿支撑结构例来说明Abaqus中子结构中的用法。

一、模型的描述

模型为一个由四条腿支撑的结构，四条腿完全相同，如图1所示。

- E: G% l. w- I. K% v0 z

# a* ]$ F" Y% B8 L: a7 J

图1模型示意图

7 G/ Q( s* u* S" w; e4 e

二、新建Model-1用于生成子结构

（1）建立一个支撑结构腿的模型，赋予响应的材料模型；

（2）定义一个子结构生成的分析步，如图2所示。

图2定义子结构生成的分析步

（3）定义需要保留自由度的边界条件（本实例中，保留了腿两端的自由度，顶端用于与被支撑结构进行联系，底部用于固支），如图3所示；

+ Z* o7 P! v! [0 C

7 S' X0 E0 w4 x/ |5 v

图3定义要保留自由度的边界条件

. S7 Q! `/ Y# |

然后进行建立一个job，生成子结构。

三、新建Model-2用于子结构分析

（1）创建被支撑结构，如图4所示，并赋予相应的材料；

0 c7 l( ~" C' w1 f) y* V' Y

图4被支撑结构示意图

7 O" n4 {4 m1 x" b' u8 C- s

（2）导入子结构part，如图5所示；

图5导入Model-1中生成的子结构模型

（3）创建实例（Instance）。子结构重复了4次，装配示意图如图6所示。

! C, z+ S4 |6 ]  P

图6装配示意图

. T2 R3 w& j8 U* Y3 L$ i7 ~2 J7 X

（4）定义一个静态分析步，并选择输出子结构的应力和位移，如图7所示。

  M3 R, s( T7 k2 G( I: P1 O8 B

图7选择子结构输出的变量

4 M( e2 @1 {2 @4 b5 s2 `0 R

（5）定义子结构和被支撑结构的相互作用关系。用tie进行二者之间的关系。

（6）定义腿的固支约束和被支撑结构的压力载荷，如图8所示。

4 {5 `# h4 g& S; i8 G. B

图8载荷边界条件示意图

0 n7 X1 |6 ]/ S: O

（7）划分网格、提交作业并显示结果如图9所示。

/ n  y" V9 u' Z+ z4 T

图9仿真结果（默认只显示被支撑结构）

8 W  N/ D0 D, N4 P" |

四、仿真结果显示

默认的情况下，仅仅显示被支撑结构的结果。如果想要观察整个模型的结果，可以进行如下操作：

（1）打开子结构结果的odb文件，如图10所示；

图10打开子结构分析结果

（2）为每一个odb结果文件创建一个图层，如图11所示；

# A1 r0 q; Y. x) F7 \

图11创建图层

（3）单击plotoverlay，可以显示整个模型的结果，如图12所示。

图12显示整个模型结果

# l- T3 Q% @; [

总结一下使用子结构进行分析的主要流程：

1、创建子结构模型，并生成子结构；

2、在主结构（除子结构外的模型）模型中导入子结构，并可以按照需要重复使用子结构；

3、可以创建多个图层用于显示分析模型的整个结果。