子結構
關注創建者：shanyang 創建時間：2019-07-02
子結構的視頻教程
ABAQUS子結構和子模型綜合網課(結構多尺度)
ABAQUS子結構和子模型綜合網課(結構多尺度) 1. abaqus子結構和子模型區別和聯系、概念等入門介紹；? 2. 四腿桌子結構創建分析、草圖繪制技巧（幾何約束、標注編輯修改）、子結構裝配到整體模型并設置輸出、子結構與整體結構接觸面tie操作、子結構與整體模型odb合并、以及子結構模型與整體結構模型計算結果對比驗證；? 3.
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ABAQUS子結構-教程視頻
子結構分析是一種用于簡化計算時間的方法。當結構中某些部分為重復結構時，可以將其最小單元做為一個子結構單元，在實際分析時重復利用該單元。其另一種應用方法為，當對整體結構中的某微小部分進行局部設計時，可以見結構不變的部分做為一個子結構單元，在進行局部設計分析時也可重復利用該單元。子結構的實現原理是將一組通過分塊求解的方法把內部自由度消除，有時也稱自由度凝聚。
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abaqus通過子結構實現大跨距橋梁熱變形分析
Abaqus中的子結構功能可以通過縮減結構自由度，幫助減小分析模型規模，節約計算時間。本視頻介紹了如何通過子結構功能實現大跨距橋梁的熱變形分析。
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子結構的實例教程
“ 子結構和子模型什么區別？如何使用它們？-通過2個工程案例學習Abaqus中的子結構與子模型分析技術”
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。
子結構
子模型
生成矩陣
對稱模型生成、結果傳遞和循環對稱模型
周期介質分析
網格劃分的梁橫截面
擴展有限元方法（XFEM）
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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子結構
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。
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“ 子結構和子模型什么區別？如何使用它們？-通過2個工程案例學習Abaqus中的子結構與子模型分析技術”
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。
子結構
子模型
生成矩陣
對稱模型生成、結果傳遞和循環對稱模型
周期介質分析（歷史文章：憤怒的小鳥）
網格劃分的梁橫截面（SIMULIA的趙老師文章有介紹）
擴展有限元方法（XFEM）
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。
01、子結構
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。
展開 1.什么是子結構
子結構也叫超單元的（兩者還是有點區別的，文后會談到），子結構并不是abaqus里面的新東東，而是有限元里面的一個概念，所謂子結構就是將一組單元組合為一個單元（稱為超單元），注意是一個單元，這個單元和你用的其他任何一種類型的單元一樣使用。
2.為什么要用子結構
使用子結構并不是為了好玩，凡是建過大型有限元模型的兄弟們都可能碰到過計算一個問題要花幾個小時，一兩天甚至由于單元太多無法求解的情況，子結構正是針對這類問題的一種解決方法，所以子結構肯定是對一個大型的有限元模型的，譬如在求解非線性問題的時候，因為對于一個非線性問題，系統往往經過多次迭代，每次這個系統的剛度矩陣都會被重新計算，而一般來說一個大型問題往往有很大一部分的變形是很小的，把這部分作為一個子結構，其剛度矩陣僅要計算一次，大大節約了計算時間。
3.那些情況可以使用子結構
前面提到的非線性問題，包括了很小變形的或者線彈性部分可以使用子結構，特別是當模型中有很多相同的部分時，提到的最多的一個例子就是桌子的四條腿，四條腿作為子結構（因為基本時彈性變形）可以包括了很多的實體單元，可以大大提高效率再一個就是問題確實太大，只有采用子結構將問題分成很多塊，計算出結果后再次采用子結構分塊計算，一直到能對每塊單獨計算為止。
4.abaqus中子結構的特點及要注意的問題
子結構是一組單元的集合，但是在子結構中僅僅只有你指定的那些節點的自由度會保留下來而其他節點的自由度都被消除了，其他的節點均是通過線性插值的方式獲得求解；
子結構是通過你指定的節點與其他的單元建立聯系的；在abaqus的6.4版本中只有子結構這個概念沒有超單元了，其區別就是子結構可以求得單元內部準確的解而超單元不行；當你定義子結構的時候不要包含太多的單元，因為單元的剛度矩陣集成的時候會花掉太多的時間，可以用更多的含有較少單元的子結構代替。
展開 子結構（substructure）雖然并不是什么新東西，但以前版本的CAE并不支持還是給使用者帶來了很大麻煩，從6.11開始CAE已經可以支持部分的substructure命令，做了一個小例子，拋磚引玉吧，跟大家一直學習。
1.什么是子結構
子結構是一組單元的集合，他們的內部結點自由度已經被移除，只保留了部分結點的自由度與外部相連，完全可以想象一個子結構就是一個大的單元。這部分單元在分析中只能是線性響應的，但可以存在大位移。
2.子結構有什么好處
由于子結構內部結點自由度被移除，不參與計算，因此其整個單元剛度矩陣可以不用每次迭代都重新計算，對于一個大型復雜結構分析而言可以節省大量時間。還有另一個好處，就是子結構可以拷貝，比如在一個模型中有多個相同的部分（當然要預判這些部分是線性響應），就可以把每個這樣的部分做成一個子結構，只需一次計算就可得到其剛度矩陣，在復雜分析中可以靈活運用。
3.子結構分析的步驟
首先，要對子結構進行計算，目的是得到其剛度矩陣，這是通過一個線性攝動步實現的。
其次，在整體模型中可以把計算好的子結構當成一個part導入到模型中，完成整體分析。
最后，在變量輸出里，需要把結果整合一下，顯示整體結果。
好，下面例子開始，是一個桌子，4個腿每個做成一個子結構，與桌面一直作為整體結構。
先給子結構，即桌腿建模，命名為leg，先要把網格劃分好，以備選擇保留結點時用到，在step步里選擇創建Linear perturbation線性攝動步，下面選Substructure generation子結構創建。在
Basic選項卡里，需要給子結構起個唯一的標識，子結構單元都是以Z開頭的跟一個1~9999之間的整數，這里取101，這樣在計算之后就會產生一個，leg_Z101.sim就是我們要得到的子結構結果，它可以作為part導入到后續模型中。
展開 子結構（substructure）雖然并不是什么新東西，但以前版本的CAE并不支持還是給使用者帶來了很大麻煩，從6.11開始CAE已經可以支持部分的substructure命令，做了一個小例子，拋磚引玉吧，跟大家一直學習。
1.什么是子結構
子結構是一組單元的集合，他們的內部結點自由度已經被移除，只保留了部分結點的自由度與外部相連，完全可以想象一個子結構就是一個大的單元。這部分單元在分析中只能是線性響應的，但可以存在大位移。
2.子結構有什么好處
由于子結構內部結點自由度被移除，不參與計算，因此其整個單元剛度矩陣可以不用每次迭代都重新計算，對于一個大型復雜結構分析而言可以節省大量時間。還有另一個好處，就是子結構可以拷貝，比如在一個模型中有多個相同的部分（當然要預判這些部分是線性響應），就可以把每個這樣的部分做成一個子結構，只需一次計算就可得到其剛度矩陣，在復雜分析中可以靈活運用。
3.子結構分析的步驟
首先，要對子結構進行計算，目的是得到其剛度矩陣，這是通過一個線性攝動步實現的。
其次，在整體模型中可以把計算好的子結構當成一個part導入到模型中，完成整體分析。
最后，在變量輸出里，需要把結果整合一下，顯示整體結果。
好，下面例子開始，是一個桌子，4個腿每個做成一個子結構，與桌面一直作為整體結構。
先給子結構，即桌腿建模，命名為leg，先要把網格劃分好，以備選擇保留結點時用到，在step步里選擇創建Linear perturbation線性攝動步，下面選Substructure generation子結構創建。在
Basic選項卡里，需要給子結構起個唯一的標識，子結構單元都是以Z開頭的跟一個1~9999之間的整數，這里取101，這樣在計算之后就會產生一個，leg_Z101.sim就是我們要得到的子結構結果，它可以作為part導入到后續模型中。
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但這些方案均存在明顯短板：部分方案僅優化中心視場，邊緣視場均勻性不佳；部分方案需迭代計算衍射效率分布，計算效率低下；還有部分方案要求設計復雜的光柵子結構，大幅提升了制造難度，難以實現產業化應用。實現全視野范圍內的高眼動范圍均勻性，同時兼顧設計效率與制造可行性，成為AR光柵波導技術發展亟待突破的核心問題。
腳本從指定 Product 開始，遞歸遍歷所有子總成和零件結構，自動獲取每個 Piece 下的特征信息，根據特征類型和方向生成標準化名稱，并一次性完成重命名。
規則對應表格
在實際使用中，這套腳本將原本需要數小時甚至數天完成的特征命名工作，壓縮到幾分鐘內完成。
特別是在非結構網格離散下，矩陣圖的不規則連接模式正是 GNN 的用武之地——<strong style="color: rgb(5, 76, 143);">通過消息傳遞，GNN 能識別出迭代法收斂難點（如特征值分布、強耦合子結構），為智能求解打下基礎。
迭代效率：對復雜模型使用子結構法（SUBSTEP）加速計算。
4. 結果穩健性：進行厚度公差分析（±0.2mm擾動驗證性能穩定性）。
通過以上流程，OptiStruct可在保證結構安全的前提下實現電池包殼體的高效減重。建議優先優化對質量敏感度高且應力裕度大的區域，對高應力區域保留厚度余量。
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與圓形子單元陣列的結構相比，盡管方形子單元陣列在容差和制造要求上有優勢，但圓形子單元陣列具有更小的插入損耗和模式串擾。
圖8 基于方形子單元的模式解復用器中TE0和TE1模式的傳輸譜
結論
提出并比較了兩種基于逆向設計的高度集成度的模式（解）復用器。該器件的功能區采用DBS算法進行優化，優化后的器件尺寸僅為4 μm × 1.25 μm。
默認目標頻率會相對原頻率偏移20%，如圖2所示：
圖2 目標模態頻率選擇
（4）單擊“修改區域選擇”按鈕，打開結構的修改區域選擇對話框，根據結構中已有的物理參數和幾何參數定義的子結構進行分類顯示，如圖3所示。
通過在“reflectivity structure group”選項中選擇適當的組，也可以對結構的子組進行分析。此外，在VCSEL求解器“Reflectivity”選項卡中，可以設置波長范圍、波長數量和入射角。
繪制了每種模式的頻率與模式數和傅里葉指數的關系圖。如下所示，對于傅里葉指數1，在指定頻率附近僅發現了四種模式。
模式1和傅里葉指數1的電場和磁場分量如下所示。
搭載的AMSES自動多級子結構求解器，能快速處理百萬自由度模型，一小時內完成數千階模態計算，將原本數月的仿真周期壓縮至數周。
航空航天領域的突破最能彰顯其硬核實力。在空客A380機翼前緣肋設計中，OptiStruct通過拓撲與尺寸優化結合，實現了44%的減重效果，單架飛機減重達500kg，直接讓每英里每座運行成本降低20%，且13根肋的設計方案僅用7周就完成交付。
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