有限單元法作為當(dāng)前工程領(lǐng)域最具實(shí)用性的數(shù)值模擬方法，早在二十世紀(jì)40年代被用于求解St.Venant的扭轉(zhuǎn)問題，并隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和工程計(jì)算領(lǐng)域。但由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)硬件及運(yùn)算時(shí)間的限制，有限元模型的建立往往會(huì)忽略實(shí)際結(jié)構(gòu)的某些細(xì)部特征，如倒角、圓角及小孔等，導(dǎo)致其周邊應(yīng)力發(fā)生較為顯著的變化，從而造成較大的計(jì)算誤差。為準(zhǔn)確反映復(fù)雜結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布情況，保證大型實(shí)際工程的應(yīng)力精度要求，子模型方法應(yīng)運(yùn)而生。

      子模型法是將應(yīng)力變化劇烈或應(yīng)力集中區(qū)域等重點(diǎn)關(guān)注部位從整體模型中取出，單獨(dú)對網(wǎng)格二次加密并進(jìn)行計(jì)算的一種分析方法。圣維南原理認(rèn)為：實(shí)際荷載可用等效荷載來代替，這種代替只會(huì)使荷載施加的位置附近的應(yīng)力和應(yīng)變有所改變，但對較遠(yuǎn)的區(qū)域基本沒有影響。這說明當(dāng)子模型切割邊界距離關(guān)鍵部位足夠遠(yuǎn)時(shí)，就可以通過子模型法計(jì)算得到較精確的結(jié)果。

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算例

      塊體尺寸100×100×20mm，塊體中心有一弧形孔，整體模型“W”網(wǎng)格尺寸設(shè)置為5mm，材料彈性模量取210000Mpa，泊松比取0.3，塊體厚度取20mm。

• 第一步，在Part建立三維實(shí)體單元  

• 第二步，在Property模塊，設(shè)定材料屬性

      材料：模量取210000，泊松比取0.3

• 第三步，在Assembly模塊裝配

• 第四步，在Step模塊建立分析步。

      選擇靜力通用

• 第五步，在load模塊創(chuàng)建荷載。

     邊界條件為在左側(cè)鉸接約束U1,U2,U3，右側(cè)邊施加10MPa壓強(qiáng)

• 第六步，在mesh模塊劃分網(wǎng)格

      網(wǎng)格尺寸設(shè)置為5mm

• 第七步，在job模塊，建立“w”計(jì)算

• 第八步，在Visualization模塊查看結(jié)果

• 第九步，建立子模型

      復(fù)制“W”模型，命名為“S”，右鍵單擊模型“S” 進(jìn)行子模型設(shè)置。其中“從下列作業(yè)中讀取數(shù)據(jù)填入W.odb。

• 第十部，子模型裁剪

       對原模型進(jìn)行裁剪，裁剪邊界原則上可以任意裁切，將其余區(qū)域的面刪除，重新劃分尺寸為2mm的網(wǎng)格。

• 第十一步，在load模塊，修改荷載

     由于在整體模型中，Property，Assembly，Step都已經(jīng)設(shè)置無需再次設(shè)置，但是在load模塊，要將整體模型的作為邊界條件加入到子模型。

• 第十二步，在mesh模塊劃分網(wǎng)格

      網(wǎng)格尺寸設(shè)置為2 mm

• 第十三步，第九步，在job模塊，建立“S”計(jì)算

• 第十四步，在Visualization模塊查看結(jié)果