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NX Nastran 超单元用户指南 一份翻译资料 (18)  

2012-04-19 08:14:57|  分类: Nastran 超单元 |  标签: |举报 |字号 订阅

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第 7 章    多级超单元分析

 

■   多级超单元分析的概念

■   单级和多级超单元分析的比较

■   多级超单元的用户界面

■   例子:多级问题的手工求解

■   多级超单元的例子

 

7.1   多级超单元分析的概念

当一个超单元的外部点是另一个超单元的内部点时,则属于使用多级超单元。对于这种情况,不可能再使用单级超单元树。也就是说,为了得到一个 (或多个) 超单元的信息,必须处理其它超单元。

    在单级超单元分析中,所有超单元都可以分别独立处理;而且所有超单元必须在残余结构之前处理。在多级超单元分析中,这一要求仍然存在,但是可以创建超单元的装配。即,几个超单元的外部点可以是一个下游超单元的内部点,从而可以创建一个装配。

    如果使用了零件,单级超单元分析是默认的方法。在包含零件的模型中,可以使用 SETREE Bulk Data 卡,或者 DTI,SETREE Bulk Data 卡,只使用多级超单元分析。详见 “多级超单元的用户界面” 中关于这些卡片及其使用方法的说明。

    如果模型仅有主模型数据超单元,程序在执行一个单级超单元分析前将检查是否所有的外部点都属于残余结构,如果用主模型数据超单元定义的模型中那怕有一个外部点不属于残余结构,程序都会自动执行多级超单元。对这种情况,也可以使用 SETREE 和 DTI,SETREE 卡控制超单元的执行顺序和连通性。

 

7.2   单级和多级超单元分析的比较

单级超单元分析

至此,本用户指南仍只说明了单级超单元分析的情况 (即任何超单元的所有外部点都属于残余结构)。在这种情况下,每个超单元的减缩矩阵都只连接到属于残余结构的点上。每个超单元都可以独立于其它超单元进行处理。但是所有超单元都必须在残余结构之前处理。

 

优点

单级超单元是定义超单元的最简单方法,也是对初次使用超单元的用户推荐的方法。在成为有经验的超单元用户后,可以使用多级超单元分析来提高效率 (或另一个原因,比如多步动力减缩)。

    在动力分析中,对于少量连接的结构,单级超单元过程是理想的。就是说,如果部件之间只有少量动力耦合 (例如,内部连接是刚性的),使用单级超单元求解是不错的。

    在项目的初始阶段,结构中的任何零件都可能修改。对修改后的模型使用单级超单元的重启动可能比使用多级超单元花费较少。

    如果使用了零件,默认采用单级超单元 (也允许使用多级超单元)。

 

单级超单元处理树的例子

    图 7-1  所示的飞机模型被分为 6 个超单元。每个超单元之间的界面点都在残余结构上。

    因为每个超单元都只与残余结构的点相连,从而得到一个单级超单元树,如图 7-2  所示:

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由于所有超单元之间的界面点都属于残余结构,与多级超单元树相比,这个单级超单元树有一个大的残余结构。

需要注意:超单元 5 和 6 是分离的 (disjoint) 超单元。所谓分离的超单元,是指由多个分段组成,但互相间没有直接连接 (至少在当前超单元内部)。本例中,超单元 6 由飞机的两个翼尖组成,超单元 5 由两个内翼组成(在真实飞机上,机翼可能是穿过机身的连续结构;这里为了清楚,将机翼与机身分开),都直接连接到机身上。

下图用来演示分离的超单元的概念。在每个图中,用一个 x 来表示外部点 (本例中超单元 6 附着在残余结构上的点)。按照这一简化的表示方法,每一边只显示少量外部点。在真实飞机模型上,这些边界上可能有几百个外部点。

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      图 7-3 显示了翼尖超单元的模型 (SEID = 6)。这个模型包含超单元 6 的内部点、外部点以及单元。

      当 NX Nastran 处理超单元 6 时,首先创建一个 G 集大小的矩阵 (包括内部点和外部点),然后施加 MPC 和 SPC 约束。接下来进行减缩处理以得到超单元 6 的 A 集大小的质量、阻尼、载荷和刚度矩阵,也就是从残余结构所看到的情况。可以用图形方式表示如下 (图中 x 表示与超单元 6 连接的残余结构上的点):

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然后用同样的方式处理超单元 5。图 7-5 显示了超单元 5 的物理模型:

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 同样,NX Nastran 首先生成一个 G 集大小的矩阵,将他们减缩到外部自由度上。这个过程将生成超单元 5 的减缩矩阵。图中的 x 同样代表超单元 5 在残余结构上的附着 (连接) 点 (以及超单元 6 在超单元 5 上的附着点)。

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    对所有其它超单元进行同样处理,然后可以显示对于飞机的残余结构的多级超单元树:

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 虽然这个模型不太像开始的飞机模型,但是,对于静力分析,它提供了与完整模型相同的结果。

 在这一理想化的单级超单元表示中,x 表示残余结构上的点,有圆圈的数字表示超单元的减缩矩阵。线段表示残余结构点与各超单元的连接。

 由于这是一个单级超单元模型,在把所有分段装配起来时,除了与残余结构外,超单元之间没有连接 (附着)。

 在一个单级超单元树中,超单元之间的连接点都作为残余结构的内部点。

 在项目的开始阶段,任何零件的设计都可能改变,单级超单元分析的优点很明显。在单级超单元分析中,只有修改过的零件的超单元需要重新处理,在残余结构中,将这些超单元的新矩阵与其余超单元的原始矩阵装配到一起,然后重新求解。虽然只有少量零件需要处理,但是最终的正确结果可以用于整个模型,包括后处理的变形图和应力云图等。

 

多级超单元分析

在多级超单元分析中,超单元可以连接到残余结构,也可以相互直接连接。或者,更简单的,一个超单元的外部点可以是残余结构或其它超单元的内部点。

 对这种情况,在处理超单元之前需要预先定义好超单元的处理顺序,因为一个或多个超单元需要在其它 (装配) 超单元之前处理。

 可以用多级处理进行装配,即,一个超单元实际上是一个或多个超单元的装配。例如,看一下用来显示单级树的机翼模型。假定不会对机翼部分进行修改 (尽管需要时也会对机翼进行修改),可以创建一个新的机翼装配超单元。通过从残余结构中删除相关的连接点,可以减少残余结构的尺寸,使得模型的求解和修改后的重启动更有效率。

 

多级超单元分析的例子,例 1:

对于这种情况,将创建一个新的组合超单元,称为超单元 56 (选择这一编号,暗示将要把超单元 5 和 6 组合到一起,也可以使用任何未使用的编号来表示这一装配超单元)。将通过把超单元 5 和 6 之间的边界节点放到新的超单元 (56) 来实现这一点。如果使用了零件超单元,也可以强制定义处理树 - 将在本节后面叙述。

图 7-8  显示了包含超单元 5 和 6 及其连接节点的初始模型 (单级超单元):

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为了创建组合超单元,将超单元 5 和 6 的界面上的节点放到超单元 56 中 (如果使用了零件超单元,也可以在处理树中定义超单元 56)。这一新的超单元定义,显示在图 7-9 中:

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                            图 7-9    添加新的超单元 SEID=56,机翼的多级超单元模型

 

这一新的超单元定义形成一个新的处理树,如图 7-10  所示:

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                            图 7-10    包含装配超单元 SEID = 56 的多级超单元树

 

  机翼连接到机身的节点仍然属于残余结构,但现在有了一个针对机翼装配的组合超单元。

  超单元 5  和 6  的处理完全和以前一样。在处理这些超单元时,它们之间的界面以及机翼和机身界面上的节点仍属于外部节点。只是在处理超单元 5  和 6  后有所不同。

  图 7-11  显示在这一新构造中的超单元 6,它总是和图 7-3  一样,唯一的不同是机翼部件之间界面上的节点现在属于超单元 56。

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 在处理超单元 6  之后,得到与以前相同的减缩矩阵,如图 7-12。但是,这一矩阵连接到和以前相同的节点上,这些节点现在属于超单元 56  而不再是残余结构。

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