子模型法的案例
子模型法在ANSYS Composite PrepPost（ACP）復合材料分析中的應用
本文首先以ANSYS Workbench子模型法及其應用意義進行說明，而后簡述ANSYS Composite PrepPost（ACP）在復合材料中的應用的一般基本流程，最后給出子模型法在ACP分析中如何實現進行簡要概述說明。
全文共分為三個部分，本部分主要進行最后一部分的子模型法在ACP分析中如何實現的基本操作的概要說明，其他兩部分可參見文后鏈接。
子模型在ACP復合材料應用流程操作簡例
(1) 子模型分析首先需要對整體模型進行子模型切割，如圖1所示在DM模塊中創建整體模型，并進行切割邊界。
展開 基于OptiStruct的3種子模型法實現及應用
摘 要：介紹了基于Optistruct求解器實現子模型法的3種方式，等參定量對比3種子模型法和全局模型法，計算結果表明：FIELD子模型方法計算結果同全模型存在差異，但差異可忽略不計；FBD子模型則完全一致；TCL子模型方法同全模型位移場、應力場相對誤差分別為3.1%、5.7%。應用FBD子模型法簡化計算不失為一條經濟、高效率的途徑。
關鍵詞：OptiStruct;子模型法;計算效率;
0 引言
有限元法在解決復雜工程分析計算中扮演的角色越來越重要，一些領域如機械制造[1,2,3,4]、化工[5]、國防軍工[6,7]等廣泛應用有限元法進行輔助設計和試驗驗證。有限元法是基于拉格朗日型網格，理論上網格劃分得足夠細密，那么就能使問題域離散單元數值解愈接近真實解。但受限于計算資源的捉襟見肘，實際復雜構件不可能劃分太細密的網格。工程師們經常會遭遇如下困境：對于著重關注的區域，計算網格太疏會跳過極值應力且收斂性差，不能得到滿意的結果，需細化網格以捕捉應力梯度；對于這些區域外的部分，網格密度已經富余，粗糙的網格分布已足夠求解近似的結果，如果耗費大量的計算資源、時間在這些不關注區域，影響分析的效率，不可取。基于此，子模型法倒不失為一種處理此類問題的捷徑。
1 子模型法簡介
子模型法基于圣維南（Saint-Venant）原理[8]，其指出結構真實載荷可以用等效載荷替換，但應力、應變等張量只在等效載荷施加處局部會發生變化。子模型法正是考慮此種思路，即避開全局整體模型而只在局部需求細節處模型進行特殊處理，從而得到更加精確解的分析方法。子模型法主要分為兩類：1）基于節點位移。即將計算得到的整體模型網格節點的位移場利用單元形狀功能插值到子模型邊界上的節點，它可以插值得到更精確的位移場。2）基于面應力。
展開 散熱器管板釬焊焊趾振動應力的數值分析
5 結論
(1)基于子模型法，借助ANSYS Mechanical模塊，能夠比較準確地計算釬焊焊趾振動應力分布規律；可用于指導產品和試驗設計；
(2)受限于測試方法、產品結構尺寸與數模存在偏差等諸多因素；計算值與實測值最大偏差達48%，需進行深入分析、以縮小此偏差。
ABAQUS子模型技術應用
有限單元法作為當前工程領域最具實用性的數值模擬方法，早在二十世紀40年代被用于求解St.Venant的扭轉問題，并隨著計算技術的發展廣泛應用于科學研究和工程計算領域。但由于當時計算機硬件及運算時間的限制，有限元模型的建立往往會忽略實際結構的某些細部特征，如倒角、圓角及小孔等，導致其周邊應力發生較為顯著的變化，從而造成較大的計算誤差。為準確反映復雜結構的應力分布情況，保證大型實際工程的應力精度要求，子模型方法應運而生。
子模型法是將應力變化劇烈或應力集中區域等重點關注部位從整體模型中取出，單獨對網格二次加密并進行計算的一種分析方法。圣維南原理認為：實際荷載可用等效荷載來代替，這種代替只會使荷載施加的位置附近的應力和應變有所改變，但對較遠的區域基本沒有影響。這說明當子模型切割邊界距離關鍵部位足夠遠時，就可以通過子模型法計算得到較精確的結果。
算例
塊體尺寸100×100×20mm，塊體中心有一弧形孔，整體模型“W”網格尺寸設置為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建立三維實體單元
第二步，在Property模塊，設定材料屬性
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模塊創建荷載。
展開 
基于ANSYS WORKBENCH的子模型分析技術
【問題背景】
在經典界面中有子模型分析技術，那么這種技術能否在WB中使用呢？
答案是肯定的。
本算例說明如何在WB中使用子模型技術。
【問題描述】
一塊開孔薄板，左邊固定，右邊施加1MPa的拉力，求板中的最大應力。
【問題分析】
該問題中存在應力集中，應力集中發生在孔的上下邊沿。
為了得到應力的收斂值，需要對應力集中點反復加密網格，然后對整個板進行計算。對于簡單的問題而言，這種方法是可以的。但是如果板很復雜，這樣反復計算耗時很長。
比較合理的方法是使用子模型法。
經典界面中子模型法操作復雜，而WB則對子模型法提供了完美的支持。本算例說明如何在WB中用子模型法進行操作。
WB中，首先創建粗糙模型并進行分析；
然后拷貝粗糙模型分析系統得到子模型分析系統，并建立粗糙模型與子模型分析系統的關系；
接著修改子模型分析系統中的幾何模型，只取與應力集中點周圍的部分幾何體；
然后導入粗糙模型在切割邊界處的位移，根據此來計算子模型的應力；
對子模型反復加密網格，就可以得到應力集中點的精確解。
【求解過程】
1.分析粗糙模型。
（1）創建靜力學分析系統。
（2）創建幾何模型。
選擇長度單位是毫米，創建一個草圖
然后根據該草圖形成面體。
并設置對該面體進行2D分析。
（3）劃分網格。
自動劃分。此時使用粗糙的網格劃分。
（4）定義邊界條件。
固定左邊線。
右邊線施加1Mpa的均布載荷。
（5）求解并查看應力。
得到X方向的正應力如下圖。
可見，在孔的上下兩邊，應力最大,為2.7Mpa。
那么真正的最大應力是多少呢？
下面使用子模型加密得到。
2.分析子模型。
展開 ANSYS知識普及9——AWB如何添加子模型（ANSYS專家編輯，非原創，歡迎轉摘）
利用子模型加載預變形，
該貼鏈接為http://www.yqgqt.org.cn/content/post/282973。
剛好最近自己也在做這方面的內容。但該貼缺少子模型技術的操作流程。百度了一下，特轉載。
以下內容轉自宋博士的博客“基于ANSYS WORKBENCH的子模型分析技術”
該貼鏈接為http://blog.sina.com.cn/s/blog_9e19c10b0102v7xd.html
借花獻佛，供大家借鑒參考。
【問題背景】
在經典界面中有子模型分析技術，那么這種技術能否在WB中使用呢？
答案是肯定的。
本算例說明如何在WB中使用子模型技術。
【問題描述】
一塊開孔薄板，左邊固定，右邊施加1MPa的拉力，求板中的最大應力。
【問題分析】
該問題中存在應力集中，應力集中發生在孔的上下邊沿。
為了得到應力的收斂值，需要對應力集中點反復加密網格，然后對整個板進行計算。對于簡單的問題而言，這種方法是可以的。但是如果板很復雜，這樣反復計算耗時很長。
比較合理的方法是使用子模型法。
經典界面中子模型法操作復雜，而WB則對子模型法提供了完美的支持。本算例說明如何在WB中用子模型法進行操作。
WB中，首先創建粗糙模型并進行分析；
然后拷貝粗糙模型分析系統得到子模型分析系統，并建立粗糙模型與子模型分析系統的關系；
接著修改子模型分析系統中的幾何模型，只取與應力集中點周圍的部分幾何體；
然后導入粗糙模型在切割邊界處的位移，根據此來計算子模型的應力；
對子模型反復加密網格，就可以得到應力集中點的精確解。
【求解過程】
1.分析粗糙模型。
（1）創建靜力學分析系統。
（2）創建幾何模型。
選擇長度單位是毫米，創建一個草圖
然后根據該草圖形成面體。
展開 參賽
41子模型法 王海龍.pdf
精沖鋼微觀組織對其力學性能和精沖性能影響的多尺度模擬研究
為了研究精沖鋼不同微觀組織對精密沖裁工藝的適應性，分別建立基于材料組織的微觀代表性體積單元（RVE）模型和基于子模型法的RVE——宏觀有限元耦合多尺度模型，研究了球化退火后材料基體中滲碳體顆粒不同直徑、體積分數以及碳化物帶分布特征對拉伸、剪切力學性能和精沖性能的影響。
精密沖裁工藝是在很小的凸凹模間隙下，利用精沖凸凹模、反頂凸模及V形齒圈的共同作用使沖裁變形區處于較高的三向壓應力狀態，材料延遲斷裂的時間顯著延長，進而獲得高質量沖裁斷面。與傳統板料沖裁方法相比，精沖工藝條件更為嚴苛，對所用板材的要求也更高。目前，最常用的精沖材料是精沖用低碳鋼板，通常經歷熱軋、冷軋、退火處理等工序得到。
代表性體積單元（RVE)常被用于模擬研究具有多相微觀組織的材料性能，如材料的流動應力曲線、損傷和斷裂特性等力學性能。將RVE模型作為子模型，并結合宏觀有限元模擬得到的某單元位移場變化，構建宏觀—微觀模型，可實現對復雜成形工藝關鍵位置處不同微觀組織變形行為的模擬。
本文通過數值模擬研究了精沖鋼不同的微觀組織對其力學性能和精沖性能的影響。首先，針對球化退火后的滲碳體顆粒直徑、體積分數、分布狀態以及未退火的珠光體組織，分別建立了不同的RVE模型；其次，對不同微觀組織模型施加拉伸、剪切邊界條件進行數值模擬研究；再次，基于子模型法，在精沖試驗宏觀有限元模型中提取剪切變形區中心位置單元的位移歷史作為RVE模型的邊界條件，構建宏觀—微觀模型以探究不同微觀組織對精沖性能的影響；最后，通過對比分析模擬所得的子模型單元失效情況與實際精沖試樣的掃描電鏡（SEM)觀察結果，驗證模擬的準確性。
精沖鋼的微觀組織
精沖工藝相同時，精沖材料的性能很大程度上決定了精沖質量。如前所述，精沖用低碳鋼板因原材料、軋制工藝、退火工藝等的差異，導致材料的微觀組織及性能也會存在差異。
展開 ABAQUS子模型簡介
子模型是在全局模型分析結果的基礎上研究局部模型的方法。通過初始的全局模型分析計算來確定在激勵載荷作用下的最大響應區域，子模型方法不需要細化或重分析整體模型，只需截取局部關注區域模型并細化其網格從而提高分析精度。即采用粗網格模型得到局部關注區域周圍的結果，采用局部區域網格細化得到局部分析結果。如下圖所示。
子模型方法是基于Saint-Venant's 定理，要求子模型邊界足夠遠離子模型響應的關注區域。因為建立子模型時沒有一個明確的限制來保證結果有意義，因此需要用戶自己判斷子模型建立的正確性。如何判斷子模型建立的正確性，一般的方法是查看子模型邊界附近的結果變量值及云圖變化與全局模型是否一致，如果結果一致，則認為該子模型是有效的。
Abaqus提供兩種子模型技術：基于節點的子模型技術與基于面的子模型技術。基于節點的子模型技術是使用全局模型節點位移結果場插值到子模型邊界節點的技術，它能夠得到相對更精確的位移結果，適用于任何分析類型；基于面的子模型技術是使用應力場值到子模型邊界處的表面積分點上，這種子模型技術能夠得到相對更精確的應力結果，但其只能應用于體網格模型和靜態分析中。
子模型法分析流程：
1、定義問題；
2、運行全局模型，確定驅動子模型的變量輸出；
3、檢查全局模型結果，特別要注意用于驅動子模型的區域周圍不能出現局部不合理現象；
4、定義子模型；
5、根據全局模型的載荷加載子模型的載荷；
6、應用子模型邊界條件；
7、需要時定義慣性釋放；
8、運行子模型分析；
9、查看子模型結果。
展開 基于 ABAQUS 的多尺度有限元模型橋梁檢測與評估
基于此，以 ABAQUS 軟件為依托，將橋梁檢測中重點區域進行精細化建模并準確、合理地連接到 整體模型中，以此建立可以細致分析重點區域受力 情況的多尺度有限元模型。通過矩形截面簡支梁計 算驗證精細化有限元模型和宏觀有限元模型之間 連接形式的正確性， 并以福建某實際橋梁工程為例，對比計算結果及檢測數據，進一步驗證多尺度有限元模型的準確性。
1 多尺度有限元模型方法
多尺度有限元模型包含了宏觀及精細化有限元模型，其單元節點的自由度和精度不同，因此保 證不同單元界面之間正確合理地連接是多尺度有 限元模型建立的重難點[7]。當宏觀有限元模型和精 細化有限元模型分別建立時，主要考慮邊界條件的轉換問題，二者的連接可采用多邊界插值法、雙重 子模型法、子模型法等方法；當宏觀有限元模型和精細化有限元模型混合建立時，是不同維度單元的連接問題，二者之間的連接通常采用多點約束法[8-9]。
多點約束法是將一種節點自由度的耦合關系建立的多點約束方程，能處理線性及非線性的約束 問題，包含梁類型約束、線性約束、鉸結約束、綁定約束等。對于復雜的約束可以通過設置自由度矩陣來實現連接關系[10]。多點約束法的基本表達式如公 式（1）。
其中 uB 和 up 分別為單元界面連接處的節點位移向量，C 為界面連接約束方程的系數矩陣。
通過圖 1 可以直觀了解線性約束的原理，c 點被 a、b 兩點通過自由度線性插值的方式約束著。將宏觀有限元模型與局部精細化有限元模型建立在同一個模型中，通過多點約束法進行連接過渡的多尺度有限元模型被認為是計算精度最好且計算成本最少的方法。
展開 ANSYS Workbench子模型分析實例
子模型分析是得到模型局部區域中更加精確解的有限元技術。在復雜結構的有限元分析中，某些局部關鍵部位是我們關注的對象，需要進行網格細化以獲得較為準確的解，但如果對整體結構進行同樣的單元尺度劃分將嚴重影響求解效率，因此采用子模型技術是解決此類問題有效的方法，本文將基于分析實例，講解如何利用WB19.0進行子模型技術的仿真和應用。
子模型分析簡介
利用有限元技術進行仿真分析時，面對復雜結構的求解，一般先采用較粗的單元網格尺度對整個構件進行網格劃分，求解獲得應力較大部位，然后在對關鍵的薄弱點進行局部網格細化，以獲得更為精確的求解值，經過多次反復求解，將趨于收斂的求解結果作為最終結果。
采用上述方法計算時需要每次都對整個構件進行網格劃分和計算，效率非常低下，為了解決這一問題，研究人員提出使用子模型分析技術。該方法在對整個構件進行一次初略仿真之后，直接取出應力薄弱點附近的小片區域，然后利用插值方法將邊界點的位移映射到該小片區域邊界作為邊界條件，然后再對該區域進行網格細化和求解，如下圖所示。
圖1 子模型法
除了能夠提高計算效率，獲得模型某部分更精確解之外，采用子模型技術還具備一下優點：
1．該方法減少甚至消除了有限元實體模型中所需的復雜傳遞區域；
2．它使用戶可以再感興趣的區域就不同的設計進行分析；
3．它能夠幫助用戶證明網格劃分是否足夠細。
雖然存在上述優勢，但是在使用子模型過程中仍然存在一些限制，比如只能針對實體或者殼單元進行求解，子模型的切割邊界應該遠離應力集中區域等，在具體使用中用戶需要注意。
展開 
哈電科技應用NOVACAST
應用的YJD-27智能型自動采集靜、動態應變儀、YZ-22 預調平衡箱可進行水電機組運行時應力與變形、水輪機蝴蝶閥打水壓試驗、水輪機蝸殼打壓試驗、其它結構的應力與變形測試；采用錘擊法應用ORS25FFT分析儀、PCB力錘組、PCB加速度傳感器與電荷放大器，實現了水輪機、發電機各部件，汽輪發電機端部、水輪機轉輪葉片等結構的固有頻率測量與振動模態分析，避免共振問題發生。利用VMS-02B 計算機監測與平衡系統，應用幅相影響系數法平衡軟件可保證水輪發電機轉子等旋轉機器轉子的現場動平衡。擁有先進的分析軟件ANSYS、I-DEAS，可以進行結構的剛強度振動、疲勞斷裂分析和結構件設計和選型的優化，并確定合理的結構方案。
94年以來，完成了三峽水輪機蝸殼座環、頂蓋、導葉等結構，國內最大的軸流式機組—水口水輪機各部件、江口貫流式機組整個部件、以及伊朗蘇里曼、卡倫-Ⅰ等國際、國內數十個大型電站水輪機部件的剛強度計算分析，保證了電站機組的可靠運行。在軸系穩定性研究方面，應用自編和引進的程序進行了各種復雜因素的影響分析，對水口電站、天生橋-Ⅰ級電站、五強溪電站、伊朗蘇利曼電站機組的軸系問題進行了計算和測試，保證了機組的安全運行。應用SUBMODEL子模型法分析了轉輪的局部應力，提高了轉輪的壽命。利用計算斜支撐結構軟件，為我公司拓寬設計不同結構和巨型機組的能力奠定了堅實的理論基礎，并對近20年哈電公司獨立設計制造或合作制造的巖灘、魯布革、天生橋、水口、隔河巖、五強溪、蓮花、萬家寨、小浪底及二灘等大容量水輪發電機的定子機座、轉子支架等部件進行了剛強度計算，實踐證明，機組運行穩定、安全可靠。
展開 基于OptiStruct的電池包殼體尺寸優化
材料模型：使用彈塑性材料（如AL6061-T6）避免低估屈服風險。
2. 連接簡化：焊點用CWELD單元模擬，避免應力失真。
3. 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。
最后，歡迎大家通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡
從Eurodyn2017會議看交通環境振動的發展現況
北京交通大學 Ma et al
日本鐵道技術研究所 Watanabe et al
日本鐵道技術研究所有砟梯軌減振性能匯報ppt
在振源特性研究方面，北京交通大學匯報了曲線段車軌耦合模型的研究進展，將周期性理論應用于求解曲線軌道動力響應的原創性方法得到與會專家的廣泛關注，被分會主席Degrande教授譽為分會報告中“最具吸引力”的研究。
北京交通大學Du et al
北京交通大學杜林林博士作報告
在預測模型和方法的研究上，比利時魯汶大學和葡萄牙波爾多大學依舊發揮了歐洲在該領域創新示范作用。針對2.5D模型和周期性模型難以考慮軌道剛度縱向漸變和突變的問題，比利時魯汶大學提出了一種基于波分析技術的分析多個耦合周期結構的方法。
比利時魯汶大學Germonpre et al
比利時魯汶大學Lombaert教授做報告及ppt
葡萄牙波爾多大學提出了一個預測建筑振動和二次噪聲的模型。模型基于子結構法，考慮整個傳播鏈的全部子系統，利用2.5D有限元法模擬軌道-地層-建筑系統，利用2.5DFEM-MFS（Method
of Fundamental Solution）耦合法模擬二次噪聲.
葡萄牙波爾多大學Cola?o et al
葡萄牙波爾多大學PPT
交通引起建筑室內振動和噪聲問題也同樣受到其它學者關注，包括探索室內噪聲與振動規律以及建立相應的振動模型、聲振耦合模型等。但室內振動評價時，各個國家仍存在指標接口的問題，比如我國VLzmax和VLmax仍無法與歐洲三種主流指標對接，而波蘭國內采用的WODB指標也是國際上較為陌生的。
展開 