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子結(jié)構(gòu)技術(shù)是將一個大型結(jié)構(gòu)分解成一些規(guī)模較小的部分—子結(jié)構(gòu)，單獨分析這些子結(jié)構(gòu)，然后將其拼裝在一起。子結(jié)構(gòu)法的理論基礎(chǔ)是“靜凝聚”，應(yīng)用靜凝聚技術(shù)可以把子結(jié)構(gòu)內(nèi)部節(jié)點相應(yīng)的剛度和載荷用子結(jié)構(gòu)邊界節(jié)點(稱為“出口”節(jié)點)的剛度和載荷矩陣來表示。
在算法上，子結(jié)構(gòu)法可把一個階數(shù)很高的線性方程組的求解問題轉(zhuǎn)化為一些階數(shù)低得多的方程組的求解問題，具有降階凝聚、分階段求解的特點，非常適合對大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析。
子結(jié)構(gòu)分析技術(shù)可以簡化整體結(jié)構(gòu)的有限元分析，在計算機(jī)設(shè)備資源有限的情況下，為分析大型結(jié)構(gòu)提供可能。該技術(shù)常用于以下3種情況：
(1)在非線性分析中，可以將模型的線性部分作為子結(jié)構(gòu)，避免該部分在非線性迭代過程中反復(fù)計算。
(2)可以將結(jié)構(gòu)中的重復(fù)部分作為子結(jié)構(gòu)生成超單元，復(fù)制得到相同結(jié)構(gòu)部分的超單元，節(jié)省大量機(jī)時。
(3)可以將整個結(jié)構(gòu)分為若干子結(jié)構(gòu)分別計算，節(jié)省計算機(jī)資源。
子結(jié)構(gòu)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于船舶、汽車等的有限元分析中，但大多數(shù)是采用自頂而下的分析方法，該方法是在調(diào)入整體模型的基礎(chǔ)上完成子結(jié)構(gòu)的生成和擴(kuò)展，易于實現(xiàn)超單元與非超單元邊界節(jié)點的連接，但只適用于相對小一些的模型。對于大型復(fù)雜產(chǎn)品(如車體、船舶等)，應(yīng)采用自底而上的子結(jié)構(gòu)生成方法。該方法對重復(fù)構(gòu)件僅需生成一個超單元，其余的通過移動拷貝來得到超單元，難點是需要克服超單元與非超單元節(jié)點的銜接，所以在工程領(lǐng)域很少應(yīng)用。
本研究自底而上的子結(jié)構(gòu)分析方法的基礎(chǔ)上，以某貨車車體為例，將車體上的重復(fù)構(gòu)件如側(cè)柱、橫帶等生成子結(jié)構(gòu)即超單元，作為標(biāo)準(zhǔn)件，建立子結(jié)構(gòu)庫，在分析中直接調(diào)用并拷貝使用，解決拷貝生成的子結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展問題。最后，將子結(jié)構(gòu)分析結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，驗證子結(jié)構(gòu)的拷貝技術(shù)在車體有限元分析中應(yīng)用的可行性及有效性。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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