ANSYS子结构分析教程--从一个开洞板说起

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本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了子结构分析技术在ANSYS分析中的应用，以开洞板为例详细阐述了超单元的生成、使用和扩展过程。子结构技术可以极大地简化运算，同时误差也在可控范围之内。在实际应用中，我们可以根据关心的区域和模型复杂度来选择合适的超单元划分和主自由度定义方法，以实现更高效的计算和分析。

今天要同大家分享的内容是水哥最近一直在研究的东西，也是ANSYS分析中比较高级的一个内容---子结构分析技术。

子结构内容说来话长，也不可能通过这一期的内容就将其说明白，所以今天我们就简单的从一个开洞板的计算说起，后面几期我们在好好从里到外说说子结构。

有下面一块钢板，长500mm，宽200mm，厚10mm，中间开洞直径为10mm，左侧固结，右侧受均布受拉10KN/m，采用子结构技术分析该钢板在开孔处的应力分布情况。

什么是子结构？要详细阐述就说来话长了，但既然有一个子字，就可以理解为有一个从属的概念，若我们只关心钢板在右侧均布线荷载作用下的总横向位移，为了节省计算资源，在开洞处的网格划分就可以略为粗糙一点，对右端位移影响不大；但若是我们关心开洞处的应力情况，则需要对开洞处进行网格细分，当然这个模型比较简单，可以在初始状态下就对开洞处进行网格细分，但若这个模型比较复杂，过分的网格细分则会与整体网格划分不协调，占用大量计算资源。

子结构技术可理解为一个类似CAD当中的块，将我们需要局部关心的地方做成一个超单元，利用各个超单元与非超单元组装成整体模型计算，最后整体模型求解完成之后，通过超单元与非超单元共同界面的结果映射到单个超单元里面，对单个模块进行求解，通过这种方式，极大的简化了运算，同时误差也在可控范围之内。

一般来讲，子结构分析分三步走：

1）超单元的生成。

这一步的操作也即超单元的定义，将我们关心的区域分割出来，定义成超单元，超单元通过定义主自由度来与外部其他单元连接。

主自由度是建立超单元的主要难点，其主要特点在于需要保证超单元与非超单元的节点重合，有两种方法可以实现，一种是使用相同的节点编号，这个需要建立统一的模型，另一种是通过节点的耦合来完成，个人推荐使用节点耦合。

2）超单元的使用。

这一步也即组装求解，定义好超单元后，将其余其他外部非超单元进行连接并整体求解。

3）超单元的扩展。

求解完毕后，通过超单元与非超单元共同界面的结果映射，计算超单元内部凝聚单元的结果，也即最后我们关心区域的结果。

下面以开洞板为例详细说明操作流程。

本例我们关心的是开洞区域的应力集中情况，因而我们将洞口中心100mm范围内的单元凝聚成超单元。