当使用有限元分析等复杂工具进行深层次的结构分析时，工程师会遇到大型模型的挑战。通常，这些模型可以对结构在施加的载荷作用下的行为进行模拟。虽然我们可能需要在某些局部区域得到一些结果，但细化网格可能会使模型变得更大。
在本文中，将提出一种使用子模型来解决此问题的方案。首先，将准备一个承受重力和动态地震荷载的钢结构的全尺寸模型。该模型将用于生成边界条件，以驱动后续的子模型分析，以便在相同的加载条件下进行更精细的局部分析。第三次分析是通过向子模型添加更多几何细节以进行更多调查分析来执行的。
在本文中考虑的全局模型是一个承受重力和动态地震荷载的简单多层钢结构建筑。我考虑的地震荷载是基于Vrancea地震现场数据。我使用动态隐式程序将这些数据用作加速度幅值。
将提供的数据减少十倍，以使模型运行得更快，从而实现快速周转。因此，新的时间尺度比实际记录的现场数据短十倍。
如图1所示，该多层建筑由六层组成，具有相同的结构模式。我使用 4689 个 C3D4 元素在零件级别对模型进行网格划分。使用默认的粗网格尺寸 0.64m 来加快分析速度。
所应用的边界条件是为了限制建筑物底部 X 和 Y 方向的位移。应用单位加速度，并使用幅值曲线数据来施加地震加速度。这项工作没有考虑风荷载。结果如图 5 所示。应力集中在一楼的支撑梁上。
全局模型正在运行并产生预期的正确结果。让我们深入研究如何准备子模型并在局部获得更准确的结果。如上所述，全局模型将用于驱动子模型，或者子模型的边界条件将基于全局模型/从全局模型中提取。我更感兴趣的是了解应力如何在第一层（主层）的支撑梁水平上局部分布，因此子模型将围绕该区域进行切割，并进行一些局部网格细化。
首先，我复 制了全局模型。复 制全局模型后，我们必须指定新模型实际上是子模型。从“编辑属性”菜单的“子模型”选项卡下，打开“读取数据表单作业”，然后指定全局模型 .odb 文件。请注意，子模型和全局模型必须位于同一目录下。
然后使用几何编辑工具消除不需要的几何部分。最终轮廓如图 8 和图 9 所示。
在这里，我用 16,335 个 C3D10 四面体单元对子模型进行了网格划分。
有两种不同的方法或技术来执行子建模仿真；基于节点的子建模和基于表面的子建模。在第一种技术中，节点结果场被 插值到子模型节点上，而在第二种技术中，应力场被 插值到子模型表面积分点上。基于节点的子建模更通用，也更常见。基于表面的技术仅限于一般静态过程，并且仅提供实体到实体的子建模。地震模型的动态性质决定了在此特定示例中使用基于节点的子建模技术。
在我们这里的子模型中，根据全局模型应用重力载荷，然后在切割面上应用局部边界条件，如图 10 所示。当使用基于节点的子建模时，全局模型用于使用边界条件驱动子模型，而当使用基于表面的子建模时，驱动模型被实现为负载。
在创建边界条件菜单中，单击其他，然后单击子模型。将弹出编辑边界条件窗口。通过拾取切割面来定义子模型集。在这里，我在零件级别预定义了一组，这使得边界条件定义变得快速而简单。不需要其他边界条件定义。
作为子模型的结果验证和确认，我将在全局模型和子模型的同一位置绘制位移、速度和加速度。为结果图选取的节点如图 14 所示。
全局模型和子模型中的位移和速度都显示出非常好的一致性。然而，我们观察到子模型中的加速度峰值比全局模型和现场数据高出几个数量级，这很大程度上是由于分析的动态性质。
在子模型中，可以添加几何特征以提供对结果更深入的了解。可以考虑孔、切口、凹槽、螺栓等。为了说明这一点，我在子模型中向支撑和横梁添加了梁轮廓；横梁具有 L 型轮廓，而支撑梁具有 U 型轮廓，如图 18 所示。
修改后的子模型的处理与之前的子模型类似；复 制全局并使用基于节点的子建模技术，使用相同的拓扑和尺寸。应力和位移结果如图 19 和图 20 所示。我们可以看到应力等值线和大小是相同的。顶部横梁应力集中较高。
· 对多层钢结构进行了抗震分析。
· 地震地面运动记录来自弗朗恰地震的加速度被用来驱动全球动态。
· 使用基于节点的子建模技术，使用子模型来分析局部结果。
· 还提出了修改后的子模型，以显示向子模型添加几何特征的可能性。
在处理大型模型时，挑战始终是在模型保真度和尺寸之间达成折衷。我们需要不断地细化网格以获得更真实的结果，这使得简单模型的内存负担增加了几个数量级。
在本文中，我们展示了在处理大型模型时使用子建模技术如何非常有用和高效，因为它用更局部的子模型代替了整个模型网格细化过程，该子模型由先前由较大的全局模型获得的结果驱动。
