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ANSYS 子模型子結構
時間:2023年01月06日
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我(wǒ)們做仿真分(fēn)析的時候,經常遇到實際工(gōng)程模型比教程的案例要複雜(zá)得多,劃分(fēn)的網格規模也比較大(dà)等問題。爲了得到比較準确可靠的分(fēn)析結果,常常需要劃分(fēn)比較小(xiǎo)的網格尺寸,但這樣又(yòu)極大(dà)地增加了計算量。

一(yī)般來說,有經驗的工(gōng)程師都是通過全局大(dà)尺寸網格、局部重點部位細化網格的方式來平衡精度與計算效率。那有沒有其它好用的方法能達到更好的精度與計算時間的平衡呢?

有,相信仿真經驗豐富的工(gōng)程師都聽(tīng)過或者用過子模型,也就是将模型中(zhōng)關注的局部位置切割後細化網格分(fēn)析。今天我(wǒ)們先介紹一(yī)下(xià)Ansys Mechanical分(fēn)析中(zhōng)子模型方法的操作流程,以及另外(wài)一(yī)個提高計算速度的方法——子結構(CMS)。



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子模型設置方法


子模型方法是基于聖維南(nán)原理進行的。

聖維南(nán)原理(Saint Venant’s Principle)是彈性力學的基礎性原理,是法國力學家 聖維南(nán)于1855年提出的。其内容是:分(fēn)布于彈性體(tǐ)上一(yī)小(xiǎo)塊面積(或體(tǐ)積)内的荷載所引起的物(wù)體(tǐ)中(zhōng)的應力,在離(lí)荷載作用區稍遠的地方,基本上隻同荷載的合力和合力矩有關;荷載的具體(tǐ)分(fēn)布隻影響荷載作用區附近的應力分(fēn)布。

(圖片來源:搜狗百科)

子模型法通過使用全模型在子模型切割處的狀态作爲子模型的邊界條件,進而隻在子模型上進行更小(xiǎo)尺寸網格的計算。根據聖維南(nán)原理,我(wǒ)們切割子模型的邊界距離(lí)所關心部位足夠遠的時候,子模型分(fēn)析結果與全模型細化網格得到結果基本一(yī)緻。

Ansys Mechanical實際上使用的是映射的方式(Imported Load or Constraint),将全模型分(fēn)析的結果映射到指定表面(子模型切割面)。實際上,即使映射面是另一(yī)個完全無關的幾何也可以,但這樣就沒有實際意義了。



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子結構
Component Mode Synthesis, CMS


使用局部零件的等效質量,剛度,和阻尼矩陣特征的單個超單元來替代模型。

子結構可以組裝在一(yī)起,形成更複雜(zá)的系統級模型,而不增加過多的自由度,有更少的自由度,節省計算時間。

Ansys Mechanical 中(zhōng)設置比較簡單,在model中(zhōng)啓用CMS功能,然後插入CMS部件,選擇欲定義的零件(與其它零件的接觸關系需提前定義好),然後通過自檢測CMS部件與相鄰零件的作用面和生(shēng)成功能自動完成定義。

這樣模型在計算的時候,CMS隻會以一(yī)個超單元參與計算,極大(dà)減少計算規模。但我(wǒ)們也要知(zhī)道,比較簡單快速的計算用這種方法,反而會由于生(shēng)成CMS計算矩陣的時間拖慢(màn)計算速度。隻有在由于網格規模比較大(dà)而導緻的計算時間過長的案例中(zhōng)才會起到明顯加速效果。

關于CMS方法,Ansys有更詳細和完整的教程與操作指導。如需了解更多,請聯系我(wǒ)們。





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