子結構與子模型技術在Abaqus中屬于模擬抽象化的范疇，所有Abaqus模型都涉及一定程度的抽象，但是除了傳統有限元的抽象方法之外，還可以通過以下幾種模擬抽象化技術來降低求解成本。

適當地利用這些抽象化建模技術可以極大地提高Abaqus的分析效率，本期文章介紹一下子結構和子模型技術。

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在有限元分析里，子結構也叫超級單元，是由多個單元組成的一個“整體單元”，它在線性分析的基礎上消除了“整體單元”中保留節點以外所有節點的自由度；子結構的系統矩陣（剛度、質量）也被縮聚成較小的矩陣，可以根據需求恢復內部求解。

很多實際工程結構都比較龐大，導致完整結構的有限元模型計算量超出計算機的硬件資源，對于具有線性響應的此類問題，可以使用子結構縮聚的方法，在一般配置的計算機上來求解完整結構的響應。

機翼骨架結構幾何模型

在這個機翼骨架分析的案例中，幾何結構包括主梁和翼梁，我們將重復出現的前部翼梁、中部翼梁作為兩個子結構，創建兩個獨立的Model，分別用Step中的Substructure generation為它們創建子結構分析步，并選擇與主梁連接區域的單元節點為保留自由度的節點。

運行子結構分析，將生成的*.sim文件作為Part導入整體分析模型中，通過陣列組裝成為原始結構。

把子結構的保留節點與主梁綁定，劃分主梁網格，檢查縮聚后的整體模型Mesh信息顯示：本來（陣列之后）總數應該是六十多萬個常規單元，變為一萬多個常規單元+幾十個超級單元。

通過子結構創建機翼骨架的整體模型

定義整體模型的邊界條件，創建任務，運算之后，每一個陣列出來的子結構都會對應一個結果文件，打開這些*.odb文件時勾選Append to layers，就能通過圖層疊加的方式將整體模型的計算結果顯示出來。

后處理圖層疊加顯示

顯示機翼骨架整體應力和局部翼梁應力

顯示機翼骨架整體位移和局部翼梁位移

通過這個案例的學習，能夠初步掌握子結構分析的思路，在日常工作中，適當的情況下，我們可以利用子結構技術（可以是多重多級的）將復雜、龐大的整體模型縮減為普通計算機可以駕馭的子結構分析模型。

子模型

鋼架分析模型

如果已經完成了一個結構分析，想要用更精細化的模型來研究該結構的局部響應，那么我們可以使用子模型分析技術來完成這個想法。

子模型是整體模型的局部區域，它可以具有更精細的幾何結構或網格劃分，通過將整體分析中截斷面上的載荷或位移傳遞給子模型邊界的方法，來驅動子模型進行分析。

子模型使用不同的單元并增加了8顆螺栓

在此鋼架分析的案例中，整體模型中沒考慮細節連接形式，采用了比較粗糙的S4R殼單元，而在子模型里我們采用精細化的幾何結構和網格，將螺栓連接考慮在內，單元類型都采用C3D8I實體單元，子模型的第一個分析步施加螺栓預緊力，第二個分析步施加子模型邊界驅動。

子模型邊界驅動方式分為基于節點的驅動（通過Load模塊BC-Submodel設置）和基于面的驅動（通過Load模塊Load-Submodel設置）。相較于整體模型，局部（子模型區域）剛度變化較大時宜采用基于面的驅動，但它只支持實體-實體單元，且僅在靜力學分析中可以使用；基于節點的驅動使用范圍較廣，支持多種單元類型之間的驅動，其中就包括此鋼架分析中使用的殼-實體單元，并且可以在Standard/Explicit之間的相互驅動；同一個子模型中兩種驅動方式可以混合使用。

多圖層顯示計算結果

同一圖層顯示整體模型和子模型來檢查驅動邊界

子模型位移云圖和螺栓應力

子模型支持多層級分析，即一個子模型可以作為后續子模型的整體模型來使用，所以這個技術在跨尺度分析中也會用到；另外，我們知道，因邊界條件的不確定性導致的誤差是有限元分析里最主要的、最難搞定的一類誤差，而子模型由于具有邊界驅動的優勢，也常出現在高精度有限元仿真中，用來克服邊界誤差。

二者主要區別

通過這兩個案例，我們已經可以非常直觀地感受到子結構和子模型這兩種方法的不同之處與各自的使用場景。總結地說，二者主要區別就相當于，子結構是把整體模型中的同類區域進行打包封裝；而子模型是用放大鏡對整體結構的某一位置進行Zoom in操作。前者著眼于局部以求整體響應，后者著眼于整體以求局部響應。

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