Hypermesh与Abaqus联合应用：子模型分析

子模型（Submodel）分析技术，可以在全局模型（Globalmodel）分析结果的基础上，使用细化网格对模型的局部作进一步分析，从而以较小的计算代价得到更精确的结果。

子结构（Substructure）分析技术。在Abaqus中还可以使用子结构分析技术，它在名称上与子模型很相似，但含义却完全不同，从某种意义上来说，二者代表的是相反的过程。子模型是在全局模型的基础上，对局部进行网格细化，作进一步分析；子结构是将模型的局部作为一个整体来处理，缩聚其内部自由度，只保留与外部有连接关系的自由度，从而减小刚度矩阵和质量矩阵的规模和计算量。子结构往往用于具有相同特征和性质的重复性局部结构。

1.子模型分析的几个基本概念

1）子模型边界（Submodel boundary）。子模型是从全局模型上切下来的一部分，子模型边界是指将子模型从全局模型切下来的分割面。

2）驱动变量（Driven variable）。一般是位移。全局模型在子模型上的位移结果，被作为边界条件来引入子模型。如果全局模型和子模型在子模型边界上的节点分布不同，Abaqus会对全局模型在此处的位移结果进行插值处理。

3）原来作用在全局模型上的边界条件、载荷、接触和约束，如果是位于子模型区域之内的，则在子模型中要保持不变；如果位于子模型区域之外，则在子模型中不再出现。

4）一种容易产生的想法是：能不能去掉所有边界条件、载荷、接触和约束，而把整个子模型的所有边界都定义为子模型边界，直接读入全局模型在相应部位的位移结果？这种做法的问题在于，全局模型的网格较粗糙，其位移结果并不能精确地代替子模型中的边界条件、载荷、接触和约束。因此，子模型边界不能随意设定。

5）全局模型在子模型边界上的位移结果是否准确，会在很大程度上影响子模型分析结果精度。因此要保证全局模型在子模型边界上有足够细化的网格，另外还要尽量选择位移变化不剧烈的位置作为子模型边界。

2.子模型分析简单实例

1）支架几何模型及其网格划分

注1：单个零件划分网格时，为了划分方便，可能在Hypermesh中创建了多个Component组件以放置零件分割后不同部位的网格。在输出inp文件之前，使用Hypermesh的Organize功能将网格放在同一个Component中。

注2：Component的名称不能出现数字，否则导入到Abaqus中将可能出现没有网格信息的情况。

2）子模型属性设置和子模型边界条件设置

子模型属性设置中需输入全局模型的结果文件名。需要读入的全局模型结果文件包括.odb文件（或.fil文件）和.prt文件，这些文件都应该在该计算模型所对应的工作路径下。

上述子模型边界条件设置的含义为：子模型边界上的驱动变量为位移U1、U2和U3，读入全局模型中第一个分析步的位移结果。对于同一个分析步，全局模型和子模型的增量步长可以不一样，Abaqus会自动对其进行插值处理（对于大变形分析也没有问题）。

建立第一个子模型时仍然使用全局模型在此部位原有的网格，将子模型的分析结果和全局模型的分析结果相比较，如果二者几乎完全相同，就可以初步验证子模型的各项参数是正确的。

然后再对子模型进行网格细化，得到更精确的分析结果。

子模型分析包括以下几个基本步骤。

1）完成对全局模型的分析，并保存子模型边界附近的分析结果；

2）创建子模型，定义子模型边界；

3）设置各个分析步中的驱动变量；

4）设置子模型的边界条件、载荷、接触和约束；

5）提交对子模型的分析，检查分析结果。

3）支架静力分析载荷和边界条件

4）支架等效应力云图和变形云图

全局模型等效应力云图

全局模型变形云图

子模型等效应力云图（原有全局模型网格）

子模型变形云图（原有全局模型网格）

子模型等效应力云图（细化网格）

子模型变形云图（细化网格）

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