子模型方法又称为切割边界位移法或者特定边界位移法,切割边界就是子模型从整个较粗糙的模型(不妨称之为基础模型)分割开的边界,基础模型切割边界的计算位移值即为子模型的边界条件。子模型是得到模型局部区域更加精确解的有限单元技术,它在模型的局部应力分析和网格收敛性分析中应用非常广泛,下图为子模型分析示意图。 a)基础模型 b)叠加的子模型 图 1 轮毂和轮辐的子模型示意图 LS-DYNA中的子模型分析又叫部件分析,基本原理与其它软件(如ABAQUS,ANSYS)一致,既可用于静力分析也可用于动力分析,主要分析流程也一样,主要包括以下4个步骤: 1) 生成并分析基础模型; 2) 生成子模型; 3) 提供切割边界插值; 4) 分析子模型 LS-DYNA中与子模型应用相关的主要关键字包括: 1) *INTERFACE_COMPONENT_FILE 基础模型分析中用于指定输出子模型边界数据的文件信息,主要参数为: FNAME,子模型数据输出文件的文件名; FORMAT,可选参数,文件格式。=1,旧数据格式;=2新数据格式(默认)。 需要指出的是,该关键字的作用与命令行参数“Z”等效,当通过命令行指定了“Z”参数值,此关键字将被忽略。 2) *INTERFACE_COMPONENT_OPTION1_{OPTION2} OPTION1可以是NODE或者SEGMENT,OPTION2为TITLE,基础模型分析中用于定义子模型驱动边界数据,主要参数为: ID,驱动边界编号,会在子模型计算时引用; Title,驱动边界名称; SID, 驱动边界的节点集编号或者段面编号。 3) *INTERFACE_LINKING_DISCRETE_NODE_OPTION OPTION可以是NODE或者SET,子模型分析中定义多个节点的驱动边界,适用于所有单元类型,主要参数为: NID,指定需要驱动的子模型节点编号或者节点集编号; IFID,指定子模型引用的驱动边界编号。 4) *INTERFACE_LINKING_EDGE 壳元子模型分析中用于指定驱动边界数据,主要参数为: NSID,指定需要驱动的子模型节点集编号; IFID,指定子模型引用的驱动边界编号。 5) *INTERFACE_LINKING_FILE 子模型分析中用于指定读取的驱动边界文件信息,主要参数为: FNAME,用于子模型边界驱动文件的文件名,需要指出的是,该关键字的作用与命令行参数“L”等效,当通过命令行指定了“L”参数值,此关键字将被忽略。 6) *INTERFACE_LINKING_NODE _OPTION OPTION可以是NODE或者SET,子模型分析中通过节点定义驱动边界,适用于所有单元类型,主要参数为: NID,指定需要驱动的子模型节点编号或者节点集编号; IFID,指定子模型引用的驱动边界编号; FX,X方向的驱动边界函数编号; FY,Y方向的驱动边界函数编号; FZ,Z方向的驱动边界函数编号。 7) *INTERFACE_LINKING_SEGMENT 子模型分析中通过段面驱动边界,适用于壳元和体元,主要参数为: SSID,指定需要驱动的子模型段面编号; IFID,指定子模型引用的驱动边界编号。 8) *CONTROL_OUTPUT 该关键字参数较多,而与子模型分析相关的参数只有OPIFS,它主要用于控制驱动边界数据的写入频率,使用时只需指定数据写入的物理时间间隔。 利用子模型技术分析下图所示角片圆角处的动应力。角片材料为一般钢材,弹性模量为210GPa,泊松比为0.3,密度为7850Kg/m3,约束下侧螺栓孔,在上侧螺栓孔施加峰值大小为10N的动载荷,载荷以三角脉冲在2ms内施加完成,物理计算时间取4ms,边界驱动方式选用段面驱动。需要注意的是,这里的子模型部位不包含任何外载荷,故无需加载,但当子模型部分包含外载荷时,一定要施加相当的外载荷,否则计算结果就可能是错误的。 图 2 基础模型与子模型 将子模型计算结果替换到基础模型的相应位置,以便对比在驱动边界处位移解和应力解的连续性。下图为计算得到的合位移云图和Mises等效应力云图,从图中可以看出,在驱动边界处,位移解连续性很好,应力解也基本连续,这说明了建模的正确性。 a)位移解 b)应力解 图 3 计算结果 为进一步比较子模型内部与基础模型相同位置的计算结果,取图 4、图 5所示的位移观测点和应力观测单元,其中,子模型单元应力取对应位置相邻单元应力的平均值。图 6、图 7为观测点结果的对比情况,可以看出,观测点位移解吻合很好,而应力解出现明显偏差,由子模型计算得到的应力解略高于基础模型得到的应力解,这与通过位移解得到应力解的基本规律是一致的。另外,绝对误差大小变化规律与应力幅值大小变化一致。 图 4 位移观测点 图 5 应力观测点 图 6位移解对比 图 7应力解对比 通过实例介绍了LS-DYNA中的子模型技术(或者叫部件分析技术)的具体应用。实际使用时还需注意边界数据写入频率(动力分析)、基础模型网格疏密程度等因素对子模型解的影响。 计算文件链接: https://pan.baidu.com/s/1HGSP9DVSkLnT2fEV5ZCH2w?pwd=evva 提取码:evva