子模型的案例
Abaqus子結構與子模型分析技術-2個工程案例 ￥99.99
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。
展開 Abaqus子結構與子模型分析技術 附ABAQUS結構工程分析及實例詳解文檔下載
02
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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。
展開 基于子模型-全局模型技術的微動疲勞Abaqus有限元分析
本說明書首次提出了基于子模型和全局模型技術的微動疲勞有限元模擬方法，并利用晶體塑性有限元方法模擬了pad和軸向體應力作用下specimen的微動疲勞過程，并根據等效塑性應變分布云圖識別出模型內部和接觸表面最先發生起裂的薄弱部位。我們所提出的方法考慮了試樣晶粒尺寸、形態和組構等細觀特征，克服了宏-細觀尺度耦合問題，可從物理層面分析試樣的微動疲勞特征并預測其初始起裂壽命。
本計算任務書主要說明了利用Abaqus軟件完成的300次循環加載的微動疲勞模擬結果。
2 仿真計算采用的設備基本情況（CPU、內存等）
計算采用移動工作站Dell Precision 7550，CPU為至強W-10885M四核處理器；內存為128GB。
3 計算模型的處理技術
（1）子模型-全局模型耦合技術
（2）晶體塑性有限元模擬技術
圖1 計算模型設計（a為接觸半寬）
計算模型采用了子模型-全局模型耦合技術。模型尺寸如圖1所示。
子模型微動疲勞模擬技術可歸納為如下步驟：(a)第一步，分別建立粗網格全局模型和局部區域細化的子模型，并沿子模型邊界部位切割全局模型；(b)第二步，對宏觀全局模型進行微動疲勞分析，并保存子模型邊界附近的分析結果；(c)第三步，定義子模型邊界，設置各個分析步中的驅動變量(driven variables)，并對細觀子模型進行微動疲勞分析；(d)第四步，比較全局模型和子模型在子模型邊界附近的分析結果，驗證子模型設置的有效性。
4 方法計算的機時耗費情況
計算耗費時間約20個小時。
5仿真計算的結果分析
圖2 豎向荷載作用下，試驗的(a)全局模型, (b)子模型區域范圍內的全局模型, (c)子模型Mises應力云圖和(d) 底部邊界應力曲線。
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Hypermesh和Abaqus的子模型分析
子模型（Submodel）分析技術，可以在全局模型（Globalmodel）分析結果的基礎上，使用細化網格對模型的局部作進一步分析，從而以較小的計算代價得到更精確的結果。
子結構（Substructure）分析技術。在Abaqus中還可以使用子結構分析技術，它在名稱上與子模型很相似，但含義卻完全不同，從某種意義上來說，二者代表的是相反的過程。子模型是在全局模型的基礎上，對局部進行網格細化，作進一步分析；子結構是將模型的局部作為一個整體來處理，縮聚其內部自由度，只保留與外部有連接關系的自由度，從而減小剛度矩陣和質量矩陣的規模和計算量。子結構往往用于具有相同特征和性質的重復性局部結構。
1.子模型分析的幾個基本概念
1）子模型邊界（Submodel boundary）。子模型是從全局模型上切下來的一部分，子模型邊界是指將子模型從全局模型切下來的分割面。
2）驅動變量（Driven variable）。一般是位移。全局模型在子模型上的位移結果，被作為邊界條件來引入子模型。如果全局模型和子模型在子模型邊界上的節點分布不同，Abaqus會對全局模型在此處的位移結果進行插值處理。
3）原來作用在全局模型上的邊界條件、載荷、接觸和約束，如果是位于子模型區域之內的，則在子模型中要保持不變；如果位于子模型區域之外，則在子模型中不再出現。
4）一種容易產生的想法是：能不能去掉所有邊界條件、載荷、接觸和約束，而把整個子模型的所有邊界都定義為子模型邊界，直接讀入全局模型在相應部位的位移結果？這種做法的問題在于，全局模型的網格較粗糙，其位移結果并不能精確地代替子模型中的邊界條件、載荷、接觸和約束。因此，子模型邊界不能隨意設定。
5）全局模型在子模型邊界上的位移結果是否準確，會在很大程度上影響子模型分析結果精度。
展開 ANSYS Workbench子模型分析實例
在WB19.0中使用子模型方法進行求解一般步驟如下：
1．創建幾何模型；
2．創建子模型分析項目，如圖18-2所示，單擊Geometry右鍵選擇Duplicate復制幾何模型；
3．在子模型分析項目中進行切分，獲得子模型分析的局部幾何體；
4．完成粗糙網格的整體模型的求解；
5．將求解結果與子模型分析項目進行數據共享，同時加載到子模型切割邊界，如圖2所示，設置整體分析項目下Solution到子模型Setup中的連接；
6．在子模型分析項目中細化網格完成更為精確地求解；
7．結果后處理。
圖2 創建分析項目和數據連接
子模型分析實例—直角支撐結構應力分析
本例以直角支撐機構為分析對象，為讀者詳細介紹如何使用WB19.0進行子模型方法的應用，通過每一步的操作設置以及最終分析結果對比，使讀者能夠更好的掌握該方法的使用。
1. 問題描述
如圖3所示直角支撐板結構，厚度為10mm，其過渡圓角為8mm，分析在受到豎直向下的掛載力作用時結構的整體應力分布情況。
圖3 直角板幾何示意圖
2. 幾何建模
幾何體建模分為兩部分內容，分別為整體幾何建模和子模型局部幾何體建模，下面分別作介紹。
1．整體幾何建模
（1）進入DM編輯窗口建立幾何模型，如圖4所示為幾何模型草圖，各長度按照圖中給定的進行繪制。
圖4 幾何草圖
（2）退出草圖編輯，依次單擊菜單欄中的ConceptàSurfaces From Sketches，生成幾何面，然后在其詳細設置窗口中的Thickness輸入10mm，完成后單擊Generate生成模型，如圖5所示。
展開 Adams子模型建模的應用
如下所示：
子模型功能應用
按照前述模型創建的功能進行
三個子模性的定義，以及一個總裝模型定義，要點在于命名規則要求，長命名模型各層級要素名稱時，其名稱前面的部分已經存在，比如進行子模型名稱定義，前面的模型名稱已經存在即可。如下所示：
上述四幅圖分別為三個子模型，最后一幅圖為三個子模型裝配后的狀態，通過圖片左上角的名稱可以查看，并通過網格面交叉白線對比各自在空間中的位置。
在Adams/View中進行操作時，當每一個子模型創建好時，相應的內容同步出現在總裝模型中。每個子模型的創建按照常規的Adams/View模型創建流程即可。為了說明問題，可以將.MODEL_1.haibao.aaaa繼續創建出來，這樣總裝模型也會自動加載aaaa模型內容，可以看到Adams子模型功能可以實現多層子模型的嵌套應用，并且在模型樹中可以看到有Sub Models項的出現。如下所示模型樹結構：
在實際應用時，可以借助CMD文件進行各個子模型的存儲，方便團隊內各個成員的獨立工作。最后匯總各個子模型文件實現總裝。
由于子模型功能本質上是利用了Adams的長命名機制，而CMD命令進行模型參數化、二次開發等工作時也涵蓋了對長命名機制的綜合應用，因此，進行CMD命令定制開發時，可以開展子模型功能的充分使用。如下代碼所示：
上述代碼分別展示了子模型的創建以及其內部一個標記點的創建。
總結
Adams提供的子模型功能，充分利用了其長命名機制，在該基礎上對模型名稱這一塊做了一點特殊處理。
展開 設計仿真 | Adams子模型建模的應用
如下所示：
上述四幅圖分別為三個子模型，最后一幅圖為三個子模型裝配后的狀態，通過圖片左上角的名稱可以查看，并通過網格面交叉白線對比各自在空間中的位置。
在Adams/View中進行操作時，當每一個子模型創建好時，相應的內容同步出現在總裝模型中。每個子模型的創建按照常規的Adams/View模型創建流程即可。為了說明問題，可以將.MODEL_1.haibao.aaaa繼續創建出來，這樣總裝模型也會自動加載aaaa模型內容，可以看到Adams子模型功能可以實現多層子模型的嵌套應用，并且在模型樹中可以看到有Sub Models項的出現。如下所示模型樹結構：
在實際應用時，可以借助CMD文件進行各個子模型的存儲，方便團隊內各個成員的獨立工作。最后匯總各個子模型文件實現總裝。
由于子模型功能本質上是利用了Adams的長命名機制，而CMD命令進行模型參數化、二次開發等工作時也涵蓋了對長命名機制的綜合應用，因此，進行CMD命令定制開發時，可以開展子模型功能的充分使用。
展開 設計仿真 | Adams子模型建模的應用
如下所示：
上述四幅圖分別為三個子模型，最后一幅圖為三個子模型裝配后的狀態，通過圖片左上角的名稱可以查看，并通過網格面交叉白線對比各自在空間中的位置。
在Adams/View中進行操作時，當每一個子模型創建好時，相應的內容同步出現在總裝模型中。每個子模型的創建按照常規的Adams/View模型創建流程即可。為了說明問題，可以將.MODEL_1.haibao.aaaa繼續創建出來，這樣總裝模型也會自動加載aaaa模型內容，可以看到Adams子模型功能可以實現多層子模型的嵌套應用，并且在模型樹中可以看到有Sub Models項的出現。如下所示模型樹結構：
在實際應用時，可以借助CMD文件進行各個子模型的存儲，方便團隊內各個成員的獨立工作。最后匯總各個子模型文件實現總裝。
由于子模型功能本質上是利用了Adams的長命名機制，而CMD命令進行模型參數化、二次開發等工作時也涵蓋了對長命名機制的綜合應用，因此，進行CMD命令定制開發時，可以開展子模型功能的充分使用。
展開 ANSYS子模型分析的一般步驟-實例講解
作者：張應遷
子模型簡介
子模型是得到模型部分區域中更加精確解的有限單元技術。在有限元分析中往往出現這種情況，即對于用戶關心的區域，如應力集中區域，網格太疏不能得到滿意的結果，而對于這些區域之外的部分，網格密度已經足夠了。如圖1所示。
圖1 輪轂和輪輻的子模型 a)粗糙模型，b)疊加的子模型
要得到這些區域的較精確的解，可以采取兩種辦法：(a)用較細的網格重新劃分并分析整個模型；(b)只在關心的區域細化網格并對其分析。顯而易見，方法(a)太耗費機時，方法(b)即為子模型技術。
子模型方法又稱為切割邊界位移法或特定邊界位移法。切割邊界就是子模型從整個較粗糙的模型分割開的邊界。整體模型切割邊界的計算位移值即為子模型的邊界條件。
子模型基于圣維南原理，即如果實際分布載荷被等效載荷代替以后，應力和應變只在載荷施加的位置附近有改變。這說明只有在載荷集中位置才有應力集中效應，如果子模型的位置遠離應力集中位置，則子模型內就可以得到較精確的結果。
ANSYS并不限制子模型分析必須為結構（應力）分析。子模型也可以有效地應用于其他分析中。如在電磁分析中，可以用子模型計算感興趣區域的電磁力。
除了能求得模型某部分的精確解以外，子模型技術還有如下幾個優點：
? 它減少甚至取消了有限元實體模型中所需的復雜的傳遞區域。
? 它使得用戶可以在感興趣的區域就不同的設計（如不同的圓角半徑）進行分析。
? 它幫助用戶證明網格劃分是否足夠細。
值得注意的是，使用子模型也有一些限制條件具體如下：
? 只對體單元和殼單元有效。
? 子模型的原理要求切割邊界應遠離應力集中區域。
展開 干貨 | ANSYS Workbench子模型技術應用方法
圖4 子模型切割示意
3.3
子模型網格
子模型的網格劃分采用整體網格大小控制和局部加密的方法，劃分結果如圖5所示。
圖5 子模型網格劃分
3.4
子模型邊界導入
右鍵“Submodeling”，插入位移邊界“Cut Boundary Constraint”，導入切割邊界處的位移結果數據作為子模型計算的初始條件，如圖6所示。
圖6 子模型位移邊界條件導入
4.子模型計算結果
子模型應力計算結果如圖7所示，子模型計算結果的準確性一方面取決于切割邊界的合理性，另一方面取決于完整模型的結果準確度，也就是說如果完整模型的網格密度與網格質量控制得越好，子模型計算結果的準確性也就越高。
圖7 子模型應力計算結果
展開 
基于HyperWorks的子模型技術分析步驟
針對上述精度與硬件產生的矛盾，高級有限元技術-子模型可以很好地解決。子模型基于圣維南原理，即如果實際分布載荷被等效載荷代替以后，應力和應變只在載荷施加的位置附近有改變。如果子模型的關心位置遠離邊界，則子模型內可以得到較精確的結果。
1、 子模型分析步驟
針對車架油箱系統安裝支架進行子模型分析，具體步驟如下：
（1）對整體模型進行建模分析。對整車整體模型劃分相對粗糙的網格，進行求解，在HyperMesh/ OptiStruct中，保存.op2后綴文件結果。
（2）對子模型建模，并使子模型與在整體模型坐標系中位置一致。將強度分析的油箱托架重新細分網格，保存子模型。
（3）提取子模型切割邊界條件。在子模型前處理界面內，讀入整體模型結果文件，提取邊界上節點的位移結果作為邊界。
（4）子模型分析。施加除了切割邊界條件以外的其他約束和邊界。
（5）結果驗證。比較整體模型和子模型的相對應位置應力結果是否一致，驗證子模型的切割邊界是否正確。特別注意，切割邊界不宜離關心區域過近，否則結果不一致，需重新確定切割邊界重新計算。
（6）優化設計。基于子模型技術，對零件進行優化設計。
2、子模型方法應用
整體模型網格數量為172萬，求解30分鐘。在同樣的資源情況下，子模型網格數量為5萬，計算時間僅為5分鐘，大大節約了計算時間。子模型技術是一種高級有限元分析方法，可以在工程中各個領域中應用。
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 干貨 | ANSYS Workbench子模型技術應用方法
圖4 子模型切割示意
3.3 子模型網格
子模型的網格劃分采用整體網格大小控制和局部加密的方法，劃分結果如圖5所示。
圖5 子模型網格劃分
3.4 子模型邊界導入
右鍵“Submodeling”，插入位移邊界“Cut Boundary Constraint”，導入切割邊界處的位移結果數據作為子模型計算的初始條件，如圖6所示。
圖6 子模型位移邊界條件導入
4.子模型計算結果
子模型應力計算結果如圖7所示，子模型計算結果的準確性一方面取決于切割邊界的合理性，另一方面取決于完整模型的結果準確度，也就是說如果完整模型的網格密度與網格質量控制得越好，子模型計算結果的準確性也就越高。
圖7 子模型應力計算結果
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）
下面使用子模型加密得到。
2.分析子模型。
（1）創建子模型分析系統。
拷貝上述分析系統，得到新的模型分析系統。
建立粗糙模型系統和子模型系統的連接關系，如下圖。
上圖意味著要把粗糙模型的分析結果導入到子模型分析系統中。
下面的操作均在子模型分析系統中進行。
（2）創建子模型。
雙擊子模型分析系統的geometry單元格，進入到DM中，修改原始模型。
首先進入草圖，在原來的圓外面再繪制一個大圓，直徑是18mm，并裁剪掉外面的矩形。
重新生成面體
退出DM.
然后更新子模型系統的SETUP單元格，結果如下圖
（3）劃分網格。
雙擊setup單元格，進入子模型分析系統中，此時劃分的網格模型如下圖。
細分網格。
（4）設置邊界條件。
首先SUPRESS前面的固定邊界條件和力的邊界條件。
然后對于新出現的submodeling，單擊選中，在右鍵菜單中插入位移。
并選擇大圓作為導入位移的邊界。
接著導入粗糙模型中對應處的位移。
結果如下
（5）計算并后處理。
求解，觀察應力結果。
可見，最大應力增加到3.04MPa.
繼續加大網格密度。對于內圈加密第一次。
結果如下圖
可見，應力增加很少，可以認為已經達到收斂。
展開 