前言：在一個有限元整體模型中，切割出部分模型，運用有限元分析將特定的力學特性通過模態表達、矩陣表達、傳遞函數表達提取出來，這一過程稱為超單元的生成（縮聚）。然后再對整體模型開展分析的時候，用這些表達來替換切割出來的部分模型。這樣一種操作方法，稱之為超單元法（或子結構法）。或者叫直接矩陣輸入法。這些表達就是所謂的超單元。而整體模型除去超單元的部分稱為殘余結構。

     超單元一個最有意義的用處便是大幅降低計算花費，提升分析效率。利用有限的計算資源完成計算更為龐大的分析。超單元可以大幅降低整體模型的自由度，所以計算量相對更低，可以用來做一些更為復雜的分析。

      尤其是對于多學科優化及輕量化優化分析時，有效地規劃計算資源的使用可以大大提升優化效率。對于多學科優化時，無論是直接優化還是使用代理模型優化都需要大量的計算。這就對計算資源提出了更高的要求。而使用超單元法則會大大提高計算效率。

     之前，介紹了超單元法在NVH分析中的應用。即在副車架多學科輕量化優化時安裝點動剛度時便使用了超單元法。求解器使用了Optistruct。

鏈接：超單元法在多學科優化分析中的應用

       本文介紹一下ABAQUS超單元法（子結構法）在優化分析及輕量化優化分析中的應用。

      ABAQUS中在如下的分析類型中子結構法應用沒有任何限制：static、dynamic、frequency、complex frequency、steady state dynamics。而在modal dynamic、Response spectrum、random Response分析中無法進行縮減自由度的恢復。

      在剛強度CAE分析中，ABAQUS主要用于進行非線性的分析計算，包括抗凹、車門下掉、Slam、拖鉤、千斤頂（抱具）等分析。當然還有的用于整車強度分析，整車碰撞分析的。本文以一個千斤頂分析為例介紹ABAQUS超單元法在結構優化分析中的應用。

一.分析計算

邊界條件：在前后減震器座4個位置約束1-6自由度

載荷：在千斤頂位置施加集中力

      本例中，集中力施加在門檻梁前段下部，在應力衰減范圍之外的結構對這個局部位置的應力分布幾乎沒有影響。因此我們可以將局部位置做為殘余結構，即我們用于做優化分析的模型。而把其他位置的結構做為子結構進行縮聚。

用于生成子結構的部分模型。

殘余結構，用于我們做優化分析的模型。

二.基礎模型和子結構模型結果對比：

       可以看到，子結構分析模型的結果精度非常高，誤差僅為萬分之0.2，且計算時間大大縮短，效率提升了百分之6百。這在大模型優化時是非常可觀的。

三.基于子結構模型的優化：

       前面提到的子結構結果精度和計算效率的優勢不是體現在單次計算分析中，而是體現在優化分析中。

      這里只是簡單的舉個例子，實際項目中會稍復雜一些。這里我們通過優化這個加強筋的位置（局部坐標系下x、y的位置）來讓結構的最大應力最小。

       這個筋需要找到他自己的位置，才能夠發揮最大的作用，而不是認不清自己，擺不正位置。

四.優化流程

本例基于Isight進行優化分析，當然可以直接進行優化分析，DOE分析等等。

分析結果：

從優化結果來看，最大應力降低了24.55%。

注意事項：

1.ABAQUS子結構調用時需要用到子結構結果文件包括：

子結構庫文件.sup；子結構數據庫文件 .sim ；分析數據庫文件mdl和 .stt；部件文件.prt。引用時要保證這些文件都在相應的文件夾下才可以正確運行。通過關鍵字引用：*ELEMENT, TYPE=Z0001, ELSET=P295;SUBSTRUCTURE_PROPERTY, FILE=substructure；

2.子結構分析生成的結果文件一般都比較大，在基于殘余結構模型進行優化分析時需要調用這些結果。因此在選擇優化軟件時需要考慮文件引用管理，如本文中使用Isight就是可以設置文件位置，即在優化時不需要生成子文件夾，即不需要進行子結構分析結果文件的拷貝復制操作，進一步減少了I/O時間。

總結：ABAQUS子結構法（超單元法）在進行多學科優化，輕量化優化分析中具有明顯的優勢，可以大大提升計算效率。

后續還會介紹LS-DYNA子結構法在碰撞優化分析中的應用。