Ansys Workbench利用超单元子结构技术，提升大模型计算效率

问题：

    对于复杂模型进行仿真计算时，网格规模巨大、计算难度骤增。Ansys针对这类工程问题提供模态综合法（CMS）利用超单元，将非关键部件进行缩减计算。

本文根据查阅到的网络资料，对超单元缩减计算如何在Ansys Workbench 中实现，进行了介绍。

示例：

    工业设计产品需要模拟工作环境进行振动试验，产品本身结构已经很复杂，再加上工装往往是一个更大的结构。因此这类仿真计算非常适合适用子结构技术，将工装等大模型进行超单元缩减计算，可以显著提升计算效率。

    如下图所示，产品+工装进行振动模拟仿真，仿真产品结构模态和端点的振动响应加速度曲线。

结果展示：

使用超单元缩减计算，可以有效完成复杂模型的计算需求。且计算结果基本一致。

详细步骤：

模型说明：

• 产品由PartA和PartB两个部分构成，其中PartA两端夹持部位做了共面处理（验证连接关系，可以忽略）；

• 各个零件的连接面有一定间隙，使用Bonded MPC Radius 3mm 连接；

• 约束工装底面 fix；

一：产品+工装完整模型计算

产品+工装一起进行模态和5-2000Hz的谐响应仿真，提取前6阶模态和轴端点的加速度响应，作为验证结果与子结构方法进行对比。

1、模态计算

模态计算结果如下所示。

2、模态叠加法，谐响应扫频计算

谐响应扫频提取端点加速度响应以及688Hz、1620Hz处的应力云图如下所示。

二：子结构，超单元缩减工装进行简化计算

1、 工装模型进行超单元缩减

• 首先，由工装+产品的模态计算模块，复制一个新的模态计算模块；

• 在新模态计算模块中只保留需要缩减为超单元的工装模型，其余模型均做supress抑制。

• 在工装与产品的连接位置进行Named Selection命名：s1、s2…

• 底面约束fix保留；

• 在模态设置位置插入Commands(APDL)超单元缩减命令；

• 求解计算；

• 计算完成后，显示红色闪电符号并报错，没有关系。在求解文件夹已经有所需的缩减文件；

2、 产品模型+超单元进行计算，验证结果

首先，由工装+产品的模态计算模块，复制一个新的模态计算模块；

将上一步生成的*.sub文件复制，粘贴至当前计算文件夹内；

将工装模型supress隐含，只保留产品模型；

选择产品与工装的连接面，并Named Selection 为contactSE；

由于工装被隐含，模态计算的fix约束也一并隐含，无需再增加新的约束；

在模态设置位置插入Commands命令，导入上一步缩减的超单元；

求解计算；

注意Commands命令中“ceintf,,all”命令行：

• 当工装与产品的连接位置，模型配合较好，没有间隙时可以正常运行。

• 当连接位置有间隙或网格不匹配时会报错误，不能计算。（下文对该命令行进行改进）

• 当连接位置在网格划分时使用了共节点，则该命令行需要取消。

3、 超单元、模态叠加法进行谐响应扫频计算

在上一步超单元缩减工装进行模态计算的基础上，使用模态叠加法进行谐响应扫频计算；

将第1步工装缩减的*.sub文件复制，粘贴至谐响应计算文件夹内；

常规设置，直接计算；

三、如果产品与工装的分界面是共面位置分开，