超單元
關(guān)注創(chuàng)建者：mishaw 創(chuàng)建時(shí)間：2018-10-28
超單元的視頻教程
Nastran超單元使用（模態(tài)）視頻教程-干貨
超單元有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 縮減的矩陣可以連接到外部殘留結(jié)構(gòu)，并且保持完整結(jié)構(gòu)一樣的特性； 外部超單元可以很容易的以很高時(shí)間效率被使用，極大的縮短了計(jì)算時(shí)間； 使用外部超單元，可以把材料、屬性和結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)信息進(jìn)行保密； 外部超單元可以做到不恢復(fù)數(shù)據(jù)的情況下對(duì)某些關(guān)鍵結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)審核； 外部超單元文件客戶很方便的在各個(gè)設(shè)計(jì)組織中傳遞。 如果需要文件，請(qǐng)私信哈
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Nastran超單元使用-原點(diǎn)動(dòng)剛度分析(IPI)-干貨
超單元的優(yōu)勢(shì) 1、對(duì)于非設(shè)計(jì)區(qū)域的系統(tǒng)，僅需要計(jì)算一次后，能反復(fù)用于設(shè)計(jì)區(qū)域的優(yōu)化分析； 2、通過(guò)使用計(jì)算得到的超單元，特別針對(duì)大型超單元，能極大地縮短計(jì)算時(shí)間； 3、可以把非設(shè)計(jì)區(qū)域系統(tǒng)的材料、屬性和結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)信息進(jìn)行保密，如整車制造商提供超單元給供應(yīng)商； 4、可以在不恢復(fù)數(shù)據(jù)的情況下，對(duì)某些關(guān)鍵結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)審核；5、超單元文件可以很方便的在各個(gè)設(shè)計(jì)組織中進(jìn)行技術(shù)參數(shù)傳遞。
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05_NVH超單元介紹與應(yīng)用
介紹了超單元在NVH CAE分析中的生成和使用方法。 歡迎關(guān)注NVH公眾號(hào)：NVH實(shí)用工具與技巧
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超單元的實(shí)例教程
Nastran超單元使用-模態(tài)分析 ￥8888
由于工作需要，汽車整車企業(yè)聯(lián)合供應(yīng)商開(kāi)發(fā)汽車副車架，涉及到汽車集成性能的IPI、模態(tài)、VTF、NTF等分析項(xiàng)，由于設(shè)計(jì)保密的要求，不能直接將車身有限元數(shù)據(jù)發(fā)給供應(yīng)商設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，因此有必要用超單元來(lái)達(dá)到聯(lián)合開(kāi)發(fā)的目的，將車體等保密數(shù)據(jù)的有限元求解所需的質(zhì)量矩陣、剛度矩陣存儲(chǔ)到超單元中，然后提供給供應(yīng)商進(jìn)行子系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。這一節(jié)分享超單元用于模態(tài)分析，具體的操作步驟和流程如下：
Step1 分離出超單元與外部單元
1.1 分離出超單元與外部單元
導(dǎo)入一個(gè)簡(jiǎn)易的車輛模型到hypermesh，模型如下圖所示。通過(guò)renumber命令對(duì)外部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，節(jié)點(diǎn)編號(hào)為1、2、3、4，將輪胎及其bush單元定義為外部節(jié)點(diǎn)。導(dǎo)出文件hm_example_model_mod_sue.bdf和wai_bu_element.bdf。
Step2 超單元定義
2.1 超單元分類
超單元的種類分為3種：List Superelements，PART Superelements和External Superelements，前兩種應(yīng)用的較少，大多數(shù)使用的還是第三種：外部超單元。其有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
縮減的矩陣可以連接到外部殘留結(jié)構(gòu)，并且保持完整結(jié)構(gòu)一樣的特性；
外部超單元可以很容易的以很高時(shí)間效率被使用，極大的縮短了計(jì)算時(shí)間；
使用外部超單元，可以把材料、屬性和結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)信息進(jìn)行保密；
外部超單元可以做到不恢復(fù)數(shù)據(jù)的情況下對(duì)某些關(guān)鍵結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)審核；
外部超單元文件客戶很方便的在各個(gè)設(shè)計(jì)組織中傳遞。
本文使用外部超單元完成后續(xù)步驟。
2.2 創(chuàng)建外部超單元
展開(kāi) 來(lái)源：誤入CAE的程序員
作者:朱淑強(qiáng)
0 引子
現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力大幅提高，可能用到超單元的機(jī)會(huì)越來(lái)越少了，但不代表超單元可以徹底舍棄。如果在實(shí)際工作中沒(méi)有應(yīng)用到，那只能是因?yàn)樵诠ぷ髦羞€沒(méi)有需要必須用到的地步。例如整車振動(dòng)路躁的優(yōu)化和對(duì)標(biāo)，尤其是針對(duì)底盤結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，就需要把整個(gè)TB+cavity建成超單元，之前需要花上3h計(jì)算的任務(wù)可能只需要10min。
1 外部超單元優(yōu)點(diǎn)
超單元的種類分為3個(gè)：List Superelements，PART Superelements和External superelements，前兩種應(yīng)用的較少，大多數(shù)使用的還是第三種：外部超單元。其有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
縮減的矩陣可以連接到外部殘留結(jié)構(gòu)，并且保持完整結(jié)構(gòu)一樣的特性；
外部超單元可以很容易的以很高時(shí)間效率被使用，極大的縮短了計(jì)算時(shí)間；
使用外部超單元，可以把材料、屬性和結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)信息進(jìn)行保密；
外部超單元可以做到不恢復(fù)數(shù)據(jù)的情況下對(duì)某些關(guān)鍵結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)審核；
外部超單元文件客戶很方便的在各個(gè)設(shè)計(jì)組織中傳遞；
2 如何創(chuàng)建外部超單元
創(chuàng)建外部超單元當(dāng)然少不了EXTSEOUT關(guān)鍵字：
在計(jì)算文件中寫入該關(guān)鍵字，即默認(rèn)把結(jié)構(gòu)的剛度矩陣、質(zhì)量矩陣、粘性阻尼矩陣、結(jié)構(gòu)阻尼矩陣、靜態(tài)載荷矩陣和流固耦合矩存儲(chǔ)到外部文件中，默認(rèn)存儲(chǔ)的外部文件是MASTER和DBALL格式文件中，當(dāng)然，你也可以選擇把這些信息存儲(chǔ)到op2、punch或者op4文件中，存儲(chǔ)的文件格式不同，數(shù)據(jù)恢復(fù)也不一樣，但大體類似。以下以存儲(chǔ)到MASTER和DBALL文件中的為例，簡(jiǎn)單闡述創(chuàng)建外部超單元的方法。
展開(kāi) 前言：在一個(gè)有限元整體模型中，切割出部分模型，運(yùn)用有限元分析將特定的力學(xué)特性通過(guò)模態(tài)表達(dá)、矩陣表達(dá)、傳遞函數(shù)表達(dá)提取出來(lái)，這一過(guò)程稱為超單元的生成（縮聚）。然后再對(duì)整體模型開(kāi)展分析的時(shí)候，用這些表達(dá)來(lái)替換切割出來(lái)的部分模型。這樣一種操作方法，稱之為超單元法（或子結(jié)構(gòu)法）。或者叫直接矩陣輸入法。這些表達(dá)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(jié)構(gòu)。
超單元一個(gè)最有意義的用處便是大幅降低計(jì)算花費(fèi)，提升分析效率。利用有限的計(jì)算資源完成計(jì)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(jì)算量相對(duì)更低，可以用來(lái)做一些更為復(fù)雜的分析。
尤其是對(duì)于多學(xué)科優(yōu)化及輕量化優(yōu)化分析時(shí)，有效地規(guī)劃計(jì)算資源的使用可以大大提升優(yōu)化效率。對(duì)于多學(xué)科優(yōu)化時(shí)，無(wú)論是直接優(yōu)化還是使用代理模型優(yōu)化都需要大量的計(jì)算。這就對(duì)計(jì)算資源提出了更高的要求。而使用超單元法則會(huì)大大提高計(jì)算效率。
之前，介紹了超單元法在NVH分析中的應(yīng)用。即在副車架多學(xué)科輕量化優(yōu)化時(shí)安裝點(diǎn)動(dòng)剛度時(shí)便使用了超單元法。求解器使用了Optistruct。
鏈接：超單元法在多學(xué)科優(yōu)化分析中的應(yīng)用
本文介紹一下ABAQUS超單元法（子結(jié)構(gòu)法）在優(yōu)化分析及輕量化優(yōu)化分析中的應(yīng)用。
ABAQUS中在如下的分析類型中子結(jié)構(gòu)法應(yīng)用沒(méi)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(wú)法進(jìn)行縮減自由度的恢復(fù)。
展開(kāi) 二維轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)模型不僅可以用于系統(tǒng)的簡(jiǎn)化分析，也可以對(duì)其進(jìn)行超單元生成，然后作為次級(jí)部件導(dǎo)入其他系統(tǒng)模型中。需要指出的是，超單元生成的計(jì)算，沒(méi)有任何可以顯示的三維結(jié)果。
通過(guò)對(duì)本案例的介紹，可以了解到samcef在超單元生成方面的功能，主要包括：
· Howto define 2D rotor geometry in Field (vertex, lines, face)
· Howto define an elastic material
· Howto create a superelement from this 2D geometry
· Howto create a model, and import the superelement in it
· Howdo define a Lumped mass attached to the superelement
· Howdo define a Ground bearing linked to retainednodes of the superelement
· Howdo define locking on translational degrees of freedom of the superelement
· Howto perform a “critical speed” analysis (ROTOR) of the model containing thesuperelement
· Howto examine the results and report them.
How to perform recovery ofthe superelement and see internal modal displacements
附件為本案例的具體操作介紹。
展開(kāi) 在大型復(fù)雜的機(jī)構(gòu)中，為了節(jié)省計(jì)算資源，保證計(jì)算精度，常需要利用超單元對(duì)部件進(jìn)行柔性化。Samcef field中超單元生成的步驟比較簡(jiǎn)單，計(jì)算完成后也沒(méi)有可顯示的計(jì)算結(jié)果。有些重要的步驟需要考慮，否則生成的超單元難以與其他部件連接。兩個(gè)比較容易忽略的操作步驟是：將連接幾何點(diǎn)設(shè)置為“not a datum”；將連接點(diǎn)在assembly中設(shè)置為“retained nodes”這樣才能與其他部件進(jìn)行連接。
以直驅(qū)風(fēng)機(jī)的底座為例，進(jìn)行了超單元生成的操作，視頻網(wǎng)址：
http://v.youku.com/v_show/id_XOTQ2MDk4MzI0.html
http://pan.baidu.com/s/1ntOfKTF
展開(kāi) 
超單元的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
超單元的最新內(nèi)容
激光空間相干性調(diào)控 | 超表面全息偽影抑制的新策略2個(gè)月前
針對(duì)上述偽影問(wèn)題，雖可通過(guò)深度學(xué)習(xí)等技術(shù)計(jì)算更精準(zhǔn)的相位分布、設(shè)計(jì)更合理的超表面結(jié)構(gòu)，但對(duì)于包含數(shù)萬(wàn)個(gè)納米單元的大面積超表面而言，精確模擬并補(bǔ)償所有干擾效應(yīng)需消耗極高的算力資源，成為超表面全息走向?qū)嶋H應(yīng)用的主要“攔路虎”。
超表面計(jì)量學(xué)的光學(xué)屬性4個(gè)月前
超表面偏振測(cè)量表征
通過(guò)合理設(shè)計(jì)超表面結(jié)構(gòu)單元的幾何形狀，可靈活控制光的偏振，實(shí)現(xiàn)從矢量全息、偏振濾波到偏振復(fù)用等多種功能，此外，偏振控制還在材料檢測(cè)、生物成像、光通信等眾多領(lǐng)域也至關(guān)重要。光的偏振態(tài)（SoP）由三個(gè)量表征，包括量化偏振光量的偏振度（DoP）、橢圓率χ和偏振角α。因此，SoP可以表示為龐加萊球中的3D向量，如圖4所示。
超表面高階微分器助力光學(xué)計(jì)算突破4個(gè)月前
高階微分器的設(shè)計(jì)原理
1.Pancharatnam-Berry（PB）相位超表面
PB相位超表面是一類基于幾何相位調(diào)控的超表面。其單元結(jié)構(gòu)（如硅納米柱）類似“半波片”，當(dāng)圓偏振光入射時(shí)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)納米柱的取向角，可在透射或反射光中引入附加相位。這種相位調(diào)制僅依賴于結(jié)構(gòu)取向，對(duì)波長(zhǎng)不敏感，因此具備寬波段工作潛力，是光學(xué)計(jì)算的理想載體。
其總相位，其中為方位角，為超表面單元的動(dòng)態(tài)相位(由TiO?納米柱尺寸調(diào)控)與幾何相位（由納米柱旋轉(zhuǎn)角產(chǎn)生PB相位2，=±1對(duì)應(yīng)左右圓偏振）的疊加。通過(guò)優(yōu)化納米柱高度h與占空比調(diào)節(jié)傳播相位差?，結(jié)合旋轉(zhuǎn)角實(shí)0-2相位覆蓋，滿足,從而生成攜帶OAM的渦旋光束。
在技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑上，可通過(guò)超表面單元的選型與陣列排布調(diào)控入射平面波前，進(jìn)而達(dá)成光線會(huì)聚效果；也可基于幾何相位原理調(diào)整單元旋轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)左旋與右旋圓偏振光的差異化調(diào)控；還能通過(guò)改變單元結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)調(diào)節(jié)相位，或采用多單元協(xié)同工作的模式滿足復(fù)雜需求。即便面對(duì)復(fù)雜的超表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，現(xiàn)有電子束光刻、精密刻蝕、納米壓印等制備技術(shù)也能確保理論方案的實(shí)際落地。
亞軍：梅賽德奔馳與梅賽德斯-奔馳印度研發(fā)私人有限公司 – 一種用于生成超單元的自動(dòng)化可持續(xù)流程
對(duì)于復(fù)雜零部件，這一全自動(dòng)化流程將設(shè)置環(huán)節(jié)簡(jiǎn)化至僅需 15 分鐘，同時(shí)消除了人為操作誤差，且無(wú)需人工干預(yù)。這項(xiàng)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了敏捷、迭代優(yōu)化和快速的設(shè)計(jì)反饋同時(shí)減少了計(jì)算需求—實(shí)現(xiàn)了超過(guò) 90% 的運(yùn)行時(shí)間縮短、更低的硬件占用率，以及更有效的資源使用。
202510/attachment/0a0e273789c04dc8bb60810952c3339f.png"></figure></figure><p class="ql-align-center"><br></p><p class="ql-align-center">超表面結(jié)構(gòu)（來(lái)自原文）</p><p><br></p><p>超表面核心參數(shù)與設(shè)計(jì)優(yōu)化</p><p>選用基于幾何相位的非晶硅納米塊作為超表面單元
MSC Nastran能夠有效解決各類大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、屈曲、模態(tài)、動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)、非線性、聲學(xué)、流體-結(jié)構(gòu)耦合、氣動(dòng)彈性、超單元、結(jié)構(gòu)疲勞、慣性釋放及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等問(wèn)題。
圖4.
同時(shí)，支持與有限元混合建模，通過(guò)超單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。
SimSolid 典型應(yīng)用案例
? 快速多輪迭代
依維柯底盤支架 4 天完成 19 個(gè)方案，固有頻率大幅提升，成本不增。
? 極復(fù)雜裝配
3,000+零部件的海底采油樹(shù)，兩天內(nèi)完成從幾何導(dǎo)入到結(jié)果輸出。
同時(shí)，支持與有限元混合建模，通過(guò)超單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。
SimSolid 典型應(yīng)用案例
? 快速多輪迭代
依維柯底盤支架 4 天完成 19 個(gè)方案，固有頻率大幅提升，成本不增。
? 極復(fù)雜裝配
3,000+零部件的海底采油樹(shù)，兩天內(nèi)完成從幾何導(dǎo)入到結(jié)果輸出。
