ANSYS超单元详解：从模型生成到应用实例

ANSYS是一款广泛应用于结构力学分析的计算机辅助工程软件，其8.0版以后引入了超单元功能，这使得工程师能够处理复杂的结构问题，尤其是那些涉及局部区域精细网格的需求。超单元在ANSYS中的应用主要涉及三个关键步骤：模型生成、使用超单元数据和模型扩展。 1. **模型生成 (GenerationPass)**: - 用户首先创建原始模型se_all.db，对整个结构进行分析，这一步骤有助于后续对比和理解超单元的效果。在这个例子中，一块20x40x2mm的钢制板被分割成两块20x2mm的矩形，并使用shell63类型的壳单元进行建模。材料属性如弹性模量E=201000MPa，泊松比μ=0.3，密度ρ=7.8e-9g/cm³被定义。节点采用边长1划分，一端固定，另一端施加Z向力5N。 2. **使用超单元数据 (UsePass)**: - 超单元的选择是关键，这里选取板的后半段作为超单元，前半段作为非超单元（主单元）。界面节点必须匹配且编号一致，否则需要额外设置耦合方程。ANSYS提供了mesh200单元，用于确保界面划分的连续性和节点编号的一致性。对于多级超单元，可能需要进一步调整节点编号以满足这个条件。 3. **模型扩展 (ExpansionPass)**: - 实际操作上，用户会先建立整个模型，然后将结构划分为se_1.db（超单元部分）和se_main.db（非超单元部分），分别处理。在se_1.db上，仅保留超单元部分，删除不必要的网格。进入求解模块，用户需要创建超单元矩阵，这通常包括以下步骤： - A. 激活求解模块：通过命令"/Solu"或在GUI中操作。 - B. 设置超单元矩阵：这涉及到将主单元与超单元之间的物理关系编码为矩阵形式，以便在求解过程中传递信息。 - C. 进行数值求解：输入边界条件，运行有限元分析，获得超单元区域内的应力和位移结果。 通过以上过程，超单元功能允许工程师聚焦于特定区域的细节分析，提高了计算效率和精度，特别是在边界层行为、局部应力集中等问题上。理解并熟练运用ANSYS的超单元功能，对于优化结构设计和解决复杂问题至关重要。