ANSYS分析指南精华：子模型

1、第五章子模型何为子模型？子模型是得到模型部分区域中更加精确解的有限单元技术。在有限元分析中往往出现这种情况，即对于用户关心的区域，如应力集中区域，网格太疏不能得到满意的结果，而对于这些区域之外的部分，网格密度已经足够了。见图5-1图5-1轮毂和轮辐的子模型a）粗糙模型，b）叠加的子模型(a)(b)要得到这些区域的较精确的解，可以采取两种办法：（a）用较细的网格重新划分并分析整个模型，或（b）只在关心的区域细化网格并对其分析。显而易见， 方法a太耗费机时，方法b即为子模型技术。子模型方法又称为切割边界位移法或特定边界位移法。切割边界就是子模 型从整个较粗糙的模型分割开的边界。整体模型切割边界的计

2、算位移值即为子模 型的边界条件。子模型基于圣维南原理，即如果实际分布载荷被等效载荷代替以后，应力 和应变只在载荷施加的位置附近有改变。这说明只有在载荷集中位置才有应力集 中效应，如果子模型的位置远离应力集中位置，则子模型内就可以得到较精确的 结果。ANSYS程序并不限制子模型分析必须为结构（应力）分析。子模型也可以 有效地应用于其他分析中。如在电磁分析中，可以用子模型计算感兴趣区域的电 磁力。除了能求得模型某部分的精确解以外，子模型技术还有几个优点：它减少甚至取消了有限元实体模型中所需的复杂的传递区域。它使得用户可以在感兴趣的区域就不同的设计 （如不同的圆角半径）进 行分析。它帮助用户证明网格

3、划分是否足够细。使用子模型的一些限制如下：2只对体单元和壳单元有效。子模型的原理要求切割边界应远离应力集中区域。用户必须验证是否满足这个要求。如何作子模型分析子模型分析的过程包括以下步骤：1. 生成并分析较粗糙的模型。2. 生成子模型。3. 提供切割边界插值。4. 分析子模型。5. 验证切割边界和应力集中区域的距离应足够远。第一步：生成并分析较粗糙的模型第一个步骤是对整体建模并分析。（注-为了方便区分这个原始模型， 我们 将其称为粗糙模型。这并不表示模型的网格划分必须是粗糙的， 而是说模型的网 格划分相对子模型的网格是较粗糙的。）；3分析类型可以是静态或瞬态的，其操作与各分析的步骤相同。下面列

4、出了 其他的一些要记住的方面。文件名粗糙模型和子模型应该使用不同的文件名。这样就可以保证文 件不被覆盖。而且在切割边界插值时可以方便地指出粗糙模型的文件。用下列方 法指定文件名：Comma nd: /FILNAMEGUI: Utility Men uFileCha nge Job name单元类型一一子模型技术只能使用块单元和壳单元。分析模型中可以有其 他单元类型（如梁单元作为加强筋），但切割边界只能经过块和壳单元。一种特殊的子模型技术，称为壳到体子模型技术，允许用户用壳单元建立 粗糙模型而用三维块单元建立子模型。本技术在后面还要讨论。建模一一在很多情况下，粗糙模型不需要包含局部的细节如圆角等

5、，见下 图。但是，有限元网格必须细化到足以得到较合理的位移解。这一点很重要，因 为子模型的结果是根据切割边界的位移解插值得到的。图5-2粗糙模型可以不包括一些细节部分Geomeui/Finie Element Model文件结果文件（ Job name.RSTJob name.RMG 等）和数据库文件（Jobname.DB,包含几何模型）在粗糙模型分析中是需要的。在生成子模型前应存储数据库文件。用下列方法存储数据库：Comma nd: SAVEGUI: Utility MenuFileSave asUtility Menu FileSave as Job name.db第二步：生成子模型子模型是完全依靠