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NX Nastran 超单元用户指南 一份翻译资料 (10)  

2012-01-12 08:04:43|  分类: Nastran 超单元 |  标签: |举报 |字号 订阅

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第三章 单级超单元分析

■ 介绍

■ 单级超单元分析的输入数据示例

 

3.1 介绍

当所有超单元都只连接到残余结构时,定义为单级超单元分析。此时所有超单元的所有外部点都是残余结构的内部点。

在这种情况,每个超单元都可以单独处理,与其他超单元无关。这意味着两个或多个超单元的边界点都属于残余结构。单级超单元分析是超单元分析的最简单形式,适于超单元的初学者。

 对单级超单元分析,模型的分割只需要用户做很少的工作,处理控制 (如果需要的话) 也很简单。

 需要注意的是:如果使用了零件超单元,模型自动成为单级超单元,除非在主模型数据段存在 DTI,SETREE 或 SETREE 卡。如果模型中只定义了主模型数据段,必须仔细检查属于残余结构的所有外部点。否则将自动创建一个多级超单元树 (见第 7 章“多级超单元分析”)。

 除了对初级用户推荐单级超单元外,对于部分构件经常要修改的结构也推荐使用单级超单元分析。对于不知道哪些区域需要修改的情况,单级超单元通常也是很有效的。这样,当对结构做部分修改时,只需要处理相关的超单元和残余结构。因此对于模型修改后的重启动可以有很高的效率。事实上,这是使用超单元的最大优点之一。

一个较好的例子是在太空飞船模型试验中用作支持的上层助推器的模型。

模型包含约 30,000 个自由度。为了提供对试验的实时支持,评估如何改变模型才能够改善试验和分析结果的一致性,计算模型的整体模态是必要的。最初,对整个模型进行模态分析,用了 29 个 CPU 小时 (在 1985 年,如果使用现在的机器和软件版本会快得多)。

使用一台计算机,这一问题需要计算 5 天 – 很明显不能达到实时反馈的要求。为了改善反馈时间,基于对结构和需要修改的区域的了解,将这一模型划分为超单元。将模型中需要修改的部分放到残余结构中,其余作为上游超单元。这样一来就把问题转换为初级的超单元问题。如所预料的,第一次求解不会节省任何时间。但是,对于评估模型修改的效果的重启动分析,包括数据恢复,每次只需要 1 个 CPU 小时,计算时间的改善为 29:1。这样,一天可以进行两次处理,而不使用超单元,一次要一个星期。

 

3.2 单级超单元的输入示例

原作者注:本章包含了将已有模型转换为超单元模型所需的最少信息

    用于执行超单元分析的最简单方法是使用单级超单元树。在单级超单元分析中,所有超单元的外部点都是残余结构的内部点。更简单的说,用于连接超单元的点 (外部点) 必须属于残余结构。如果任何超单元的任何外部点属于其他超单元,则模型是一个多级超单元模型,,这一类分析将在后面说明。

    对任何问题使用单级超单元都不是必须的。如果你成为了高级用户,将会发现,有些问题适于用单级超单元分析,而另一些问题适于用多级超单元分析。

在静力问题中,两种方法提供一致的结果。在动力分析中,使用多级超单元可能会得到与单级超单元不同的结果。这将在有关动力分析超单元的章节中讨论。

 

使用主模型数据超单元的单级超单元分析

如果已经定义了主模型数据,又希望使用单级超单元树,必须确定所有外部点属于残余结构。如果任何外部点属于其它超单元,NX Nastran 自动创建一个多级超单元树 (如果模型中不包含零件)。

为了简单,假设存在一个不使用超单元的静力求解模型的数据文件。即,我们从一个准备用于非超单元静力问题的输入文件开始。

要求从一个常规静力分析转换为一个最小规模的单级超单元分析。步骤如下:

1. 定义超单元 (要创建一个单级超单元模型,必须保证边界点属于残余结构)。

2. 使用求解序列 SOL 101。

这一步是从常规分析转换为单级超单元分析所需的唯一修改。(超单元情况控制命令已在第四章 “静力分析的载荷、约束和情况控制” 中说明)。如果只需要将现有模型转换为超单元模型并求解,到此已有了足够的信息。

但是,存在一些限制:如果使用多种边界条件,它们必须包含在残余结构中 (在残余结构中求解多种边界条件的能力是在版本 68 中引入的),而且,如果使用了惯性释放,需要一个附加的卡 (PARAM,INREL,-1),它将在第五章 - “使用超单元时的惯性释放分析” 中说明。对于多数静力分析的输入文件,这是从常规分析转换为超单元分析所需要的。本指南的其余部分将说明超单元的高级特性和在动力分析时如何使用超单元。

 

单级超单元的例子

本例从一个采用 SOL 1 的输入文件开始,然后将它转换成超单元分析。本例的内容已在第一章 “介绍和基础” 中说明。采用 SOL 1 的输入文件见图 3-1: 

      ID SE, SAMPLE PROBLEM SOL 1

      $

      $ SUPERELEMENT STATICS - SAMPLE PROBLEM - STATIC SOLUTION

      $ USING SIMPLE CASE CONTROL

      $

      SOL 1

      TIME 5

      CEND

      TITLE = S.E. SAMPLE PROBLEM 1

      SUBTITLE = STATICS - SOL 1 - MULTIPLE LOADS

      DISP = ALL

      PARAM,GRDPNT,1

      SUBCASE 101

      LABEL = PRESSURE LOAD

      LOAD = 101

      $

      SUBCASE 201

      LABEL = 2# NORMAL LOADS

      LOAD = 201

      $

      SUBCASE 301

      LABEL = OPPOSING LOADS

      LOAD = 301

      $

      BEGIN BULK

      $

      INCLUDE MODEL.DAT

      INCLUDE LOAD1.DAT

      $

      ENDDATA

            图 3-1 常规静力分析的数据文件

 

这个问题中有三种载荷条件,如第一章 “介绍和基础” 中的说明。各载荷情况的卡片显示在 图 3-2 中。三种载荷是:

1. Load 101 – 时就爱到模型的两个正方形区域的压力载荷;

2. Load 201 – 施加在两个角上的点载荷;

3. Load 301 – 施加在两个角上的反向点载荷。

 

            $

            $ 载荷情况 1 – 压力载荷

            $

            PLOAD2,101,-1.,18,THRU,42

            PLOAD2,101,-1.,43,THRU,67

            $

            $ 载荷情况 2 – 角上 2 个点载荷

            $

            FORCE,201,93,,2.,0.,0.,1.

            FORCE,201,104,,2.,0.,0.,1.

            $

            $ 载荷情况 3 – 角上有相对的点载荷

            $

            FORCE,301,93,,2.,0.,0.,1.

            FORCE,301,104,,2.,0.,0.,-1.

            $

                图 3-2   载荷数据文件 Load1.dat

 

现在将这个文件修改为超单元模型。首先添加 SESET 卡 (通过包括第二章 “如何定义超单元” 中的文件 seset.dat 来实现)。然后修改为 SOL 101。图 3-3 中的文件包含了这一修改 (粗体显示)。然后执行这一文件,给出与使用 SOL 1 的原始文件得到的相同结果:

            ID SE, SAMPLE PROBLEM SOL 101

            $

            $ 超单元示例 – 例题 – 静力分析

            $ 使用简单情况控制

            $

            SOL 101 $ 超单元静力 – 单级超单元树

            $

            TIME 15

            CEND

            TITLE = S.E. SAMPLE PROBLEM 1

            SUBTITLE = S.E. STATICS - RUN 1 - MULTIPLE LOADS

            DISP = ALL

            $

            $

            SUBCASE 101

            LABEL = PRESSURE LOAD

            LOAD = 101

            $

            SUBCASE 201

            LABEL = 2# NORMAL LOADS

            LOAD = 201

            $

            SUBCASE 301

            LABEL = OPPOSING LOADS

            LOAD = 301

            $

            $

            BEGIN BULK

            PARAM,POST,0

            $

            INCLUDE SESET.DAT

            $

            INCLUDE MODEL.DAT

            INCLUDE LOAD1.DAT

            $

            ENDDATA

                       图 3-3  文件 SE1S101.DAT

 

快速回顾

至此已经给出了使用主模型数据超单元进行单级超单元分析所需的足够信息。下面回顾一下其中最重要的内容:

   *   使用 NX Nastran 的 GRID 卡的第 9 个域和/或 SESET 卡定义超单元;

   *   NX Nastran 程序自动为用户分割主模型数据为超单元;

   *   在情况控制中第一个 SUBCASE 之前,添加 SUPER = ALL (选项 – 见下一章);

   *   对静力求解使用 SOL 101;

   *   本章给出的信息是开始使用单级超单元分析所需的最小信息 (为了熟悉静力分析,需要阅读第四章 “静力分析中的载荷、约束和情况控制” 到第六章 “多种载荷情况的静力分析”)。

 

存在零件时的单级超单元分析

使用分块的模型数据 (零件) 时,NX Nastran 自动生成一个单级超单元树。如前面所提到的,程序查找各零件之间、零件与主模型数据超单元之间的所有重合的节点,然后 (如果节点没有在残余结构中) 对这些节点创建内部的拷贝并将拷贝放到残余结构中 (作为残余结构的内部节点)。如果模型中存在零件,不需要做特殊的工作就可以进行单级超单元分析。但是,如果模型中存在零件并要执行一个多级超单元分析,必须手工告知程序要执行多级超单元求解 (见第 7 章“多级超单元分析”)。


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