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Nastran如何用超单元即子结构法建有限元模型?

超单元对于解决计算机硬件不足以分析超大规模有限元模型十分有用。该求解器软件有两种建立超单元的方法,一种是主模型法,一种是零件法。不论小规模模型还是大规模模型,建立超单元,都需要手工修改求解文件。下面介绍两种超单元创建方法(主模型法和零件法),及单级和多级超单元的创建过程。
工具/原料
1

用HyperMesh作为前处理软件

2

Nastran求解器

方法/步骤
1

首先用前处理软件建立普通有限元模型,即进行网格划分、材料等属性定义,接着导出Nastran格式的求解文件,如下图所示该求解文件为bdf格式。

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接着基于bdf求解文件,可以手工修改求解文件,创建超单元有限元模型。方法一,主模型超单元。不论何种方法创建超单元,都要学习该求解文件的格式。主模型法超单元求解文件和常规法求解文件,几乎没有差别。只是grid卡不同,下图所示为节点卡片格式,建立零件超单元,只需将第9个域设置为超单元编号即可,如设为1,所有为1的节点及其附属(单元、材料属性等)会被看作超单元1。

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如下图所示,为创建的两个超单元(1和2),每个超单元有两个节点,其中编号为0的,不是超单元,而是残余结构。用这种方式将节点划入不同超单元后,即建模完成,后续将节点所包含单元等信息,移入不同超单元,软件会自动完成。对于超单元有较多节点(如上万个)的模型,如果前处理软件不能用这种方式设置超单元,建议不使用这种方法,使用接下来介绍的第二种方法。

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方法二,零件超单元。这种方法不同超单元对应的求解文件完全独立,即完整包含节点、单元、材料等属性信息,即每一个超单元都包含这些信息。这不像主模型法,主模型法只是整个求解文件包含一次完整的节点、单元等信息,只是节点第9域,用来区分不同超单元。如下图为两种方法区别。

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即零件法超单元中,每个超单元,用“super=编号”语句引出,到另一条“super=编号”,或者到enddata之间为,相应超单元信息,实际上这段信息包括了完整的有限元信息,即单元、节点及属性等。

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这样如何建立超单元介绍完成,但要注意还有单级和多级超单元之分,如果是下图所示,不同超单元相互接壤,公共节点即虚线框及未定义超单元的部分就作为残余结构。

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而如果是下图所示,某一超单元外部节点,只连接另一个超单元,则该部分为多级,但是下图所示模型,为单级和多级混合有限元模型。具体优缺点,这里不进行叙述。可以通过加入setree等卡片,进行控制。这样如何建模介绍完成。

注意事项
1

这里只介绍建模方法,并不涉及计算原理,其中残余结构概念及计算原理这里不进行介绍,可查看相关书籍。

2

注意超单元边界节点不能为刚性单元等的非独立从节点,对于rbe2等刚性单元,只能是主节点作为为边界点,所以要考虑清楚该单元该划分到那部分超单元中。

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