超單元技術(shù).doc

超單元分析技術(shù)1. 介紹與基礎(chǔ)有限元分析中，人們對計算機資源的要求總是超過目前計算機的能力。計算機資源、經(jīng)費、項目計劃或進程時間限制或制約著工程師對復(fù)雜大問題的解決能力，超單元分析可以解決硬件資源和分析預(yù)算的問題。超單元分析不僅僅可以對大模型進行分析，還可以提高有限元分析的效率，因此在一次分析中允許更多的設(shè)計循環(huán)。超單元也可理解為子結(jié)構(gòu)。一個模型被分割成一系列組件（超單元），每個超單元單獨處理就會產(chǎn)生一套縮減了的矩陣，這個被縮減的矩陣相對結(jié)構(gòu)的其它部分就是一個超單元。每個超單元的縮減矩陣被裝配起來進行求解，裝配的計算結(jié)果用作超單元上的數(shù)據(jù)（位移、應(yīng)力等）恢復(fù)。靜力學(xué)分析中超單元處理所用理論是精確的。動力學(xué)分析中的剛度縮減也是精確的，但是質(zhì)量陣和阻尼陣的處理方法是近似的。這些近似的方法可以通過一種叫做“組件模態(tài)綜合（CMS）”的方法得到改善。1.1 為什么要使用超單元分析？提高有限元分析效率是使用超單元的主要原因。有限元模型很少只做一次分析就不用了。通常，分析模型被修改之后還要再進行分析，這種修改模型的事情在實際工程中一次有一次地發(fā)生著。如果不使用超單元分析技術(shù)，每次修改后的分析都要消耗一次完整模型分析所需的開銷，那么在很短的時間內(nèi)就會花光計劃分析所需的經(jīng)費。采用超單元分析具有以下好處：1.1.1 節(jié)省經(jīng)費開銷在每次分析時不需要對整個模型進行求解，超單元提供了遞增處理的優(yōu)勢。通過重啟動分析，這種優(yōu)勢會被放大：重啟動分析時只需要對直接影響結(jié)果變化的結(jié)構(gòu)進行處理。這就意味著，如果分析的前期就想到了這一點并定義了超單元，那么你分析的效率將比不使用超單元快230倍。使用數(shù)據(jù)庫分割技術(shù)允許你對磁盤的使用進行控制，可以降低每次計算對計算機資源的要求，而不影響計算精度。1.1.2 調(diào)轉(zhuǎn)方向更快因為超單元可以單獨處理，因此比完整計算和非超單元計算要求的計算機資源更少，我經(jīng)?？赡苄枰獙Τ瑔卧獑为毺幚怼⒂嬎?，而不是為獲得一個完整的計算結(jié)果進行整夜等待。1.1.3 降低風(fēng)險不采用超單元處理整個模型是孤注一擲的做法，如果出現(xiàn)錯誤，錯誤糾正之后就需要對整個模型再次進行處理。利用超單元，每個超單元只需處理一次，除非這個超單元代表的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變而需要重新處理。在超單元處理的過程中如果發(fā)生錯誤，只需要處理受影響的超單元和殘余結(jié)構(gòu)，如果超單元沒有錯誤就不再需要處理，除非有設(shè)計更改的需要。1.1.4 提高解決大型問題的能力所有計算機都有一定的硬件局限性，雖然有限元軟件不受問題大小的限制，但一定會受硬件限制。通常在解決大的問題時求解過程會受到計算機硬盤、內(nèi)存大小的制約。不使用超單元的情況下，當(dāng)你處理的模型的規(guī)模達到一定程度時，你就需要分割數(shù)據(jù)庫以增加處理過程，在數(shù)據(jù)恢復(fù)前你還需要將這些數(shù)據(jù)信息拷貝到磁帶或其它存儲設(shè)備上，這個過程可以釋放磁盤空間、降低存儲費用。例如，用戶的計算機可以處理一個超過200000以上自由度的模型，但是磁盤空間受到限制（他的磁盤空間在不使用超單元時，最大可以處理15000自由度的問題），這時就可以把模型分割成超單元來處理。1.1.5 分區(qū)輸入、輸出由于超單元可以一個一個處理，單獨對組進行分析可以模擬結(jié)構(gòu)的各個零件，沒有來自其他組的信息時可以執(zhí)行模型檢查、裝配分析。最經(jīng)典的例子就是空間站，一個空間站通常會有很多的制造商參與設(shè)計制造不同的構(gòu)件。每個廠家有自己零部件，他們可以把自己的完整或縮減的模型發(fā)送給集成商（總體設(shè)計單位），集成商將這些模型作為許多可能的裝備裝配在一起，并對每個裝備進行分析，然后把結(jié)果反饋給各自的制造商供他們使用。超單元中的分割輸出格式允許分片（分部分）進行數(shù)據(jù)恢復(fù)，這樣，分析時就可以只恢復(fù)（輸出）結(jié)構(gòu)中希望的那部分的分析結(jié)果，而且在結(jié)構(gòu)中有很多組的情況下，分割輸出格式還允許你有選擇地對每個組的數(shù)據(jù)進行輸出。1.1.6 更好的安全性很多公司的許多項目是保密的或是專利產(chǎn)品，這些項目必須對競爭對手嚴格保密，使得競爭對手無法獲得自己新的設(shè)計數(shù)據(jù)。但是，即使有安全機制保護，由于協(xié)作關(guān)系，有時還是不得不把自己的數(shù)據(jù)提供給第三方或競爭對手，供他們進行裝配、耦合分析。外部超單元允許用戶將縮減過的邊界矩陣（包含非幾何實際零件的質(zhì)量陣、剛度矩陣、阻尼和載荷信息）發(fā)送給合作伙伴供他們使用。合作方可以把這也矩陣作為外部超單元附加在他們的模型進行分析。1.2 超單元分析基礎(chǔ)超單元可以被描述成子結(jié)構(gòu)的形式，這樣，你就可以把一個模型分割成多個所謂的超單元，有限元軟件會獨立于其它超單元單獨處理每個超單元。最終會對每個超單元生成一套縮減的矩陣（質(zhì)量、剛度、阻尼、載荷矩陣等），用以表示一個超單元的屬性以及這個超單元與其比鄰的超單元之間的連接關(guān)系。一旦所有超單元處理完成，所有縮減的矩陣就會在殘余結(jié)構(gòu)中被組裝，并執(zhí)行裝配求解。對于每個超單元，在連接點處進行擴展性數(shù)據(jù)復(fù)原，用同樣的轉(zhuǎn)換方法在超單元上對縮減模型進行結(jié)果數(shù)據(jù)復(fù)原。超單元可以由物理數(shù)據(jù)（單元和節(jié)點）組成，或者由其它超單元映射定義，或者作為外部超單元（一套來自外部的源碼被附加到這個模型上）。下面?zhèn)€圖說明了可能的超單元類型。圖1-1顯示了一個齒輪的局部，其中一個齒的物理數(shù)據(jù)（單元和節(jié)點）用來定義一個超單元物理模型，這個超單元叫“原始超單元”或主要超單元-定義在塊數(shù)據(jù)中，這個超單元表示一個實際的幾何體。其他的齒是第一個齒的映射。一個映射超單元是由另一個原始超單元所用的幾何表示的超單元。映射超單元使用原始超單元的剛度、質(zhì)量和阻尼矩陣，可以節(jié)省處理時間，減少計算量。所有數(shù)據(jù)復(fù)原均可用于映射超單元。圖1-1 原始、同源相似映射超單元 圖1-2 原始、鏡像映射超單元 圖1-3 外部超單元另一類超單元叫外部超單元，模型的這個部分用來自外部代碼的矩陣表示（這個矩陣很可能來自另一個分析的中間結(jié)果），對于這個矩陣沒有可用的內(nèi)部幾何信息；只有這個矩陣被附著的節(jié)點是已知的。如圖1-3所示。圖中左側(cè)是有限元模型，右側(cè)虛線代表外部超單元，小圓圈代表外部超單元在有限元模型中的附著點（節(jié)點）。1.3 分區(qū)求解有限元軟件處理模型的塊數(shù)據(jù)時，根據(jù)用戶的指令，輸入的塊數(shù)據(jù)按照超單元定義，被分割成獨立的數(shù)據(jù)集。一旦塊數(shù)據(jù)被分割成一個個幾何，每個超單元就會被一個一個處理。每個超單元的自由度按照傳統(tǒng)分析中所用的標識方法被分配到一個數(shù)據(jù)集中，這樣所有超單元的數(shù)據(jù)集被組合在一起，創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)集G-set。然后所有單點約束和R單元的自由度被組合在一起，創(chuàng)建、定義一個M-、N-set數(shù)據(jù)集等。外部自由度的定義只改變這些數(shù)據(jù)集的定義。對于每個超單元，外部自由度被定義做A-set數(shù)據(jù)集。對于外部自由度，最好的解釋是：為進一步分析保留的自由度，你也可以把它們看做附加的自由度，超單元通過這些自由度連接到結(jié)構(gòu)的其它部分。結(jié)構(gòu)矩陣組裝每一個超單元，并進行矩陣縮減處理，直至僅剩下A-set或附加的自由度為止。當(dāng)這些縮減的矩陣被附加到模型的其它部分時，它就被用來標識超單元的屬性。內(nèi)部自由度：你可以認為那些濃縮在超單元內(nèi)被縮減處理的自由度都是這個超單元的內(nèi)部自由度。一個超單元的所有自由度中不是外部自由度的自由度都是這個超單元的內(nèi)部自由度。矩陣縮減過程中內(nèi)部自由度被濃縮，排除在矩陣之外。在靜態(tài)或動態(tài)縮減（也叫凝聚、凝縮）時，內(nèi)部自由度的剛度、質(zhì)量、載荷被傳遞到外部自由度。用著名的靜態(tài)凝縮過程能夠最好地解釋縮減過程：在這個過程中，先開始處理超單元，然后處理所有MPC、R單元和SPC。這樣，保留的自由度集符合F-set（自由的，未被約束的自由度）條件，這時O-set和A-set集作為子集包含在F-set中。盡管內(nèi)部自由度也可能包含M、S-集，但通常內(nèi)部自由度被歸到O-set集中。殘余結(jié)構(gòu)由沒有包含在任何超單元中的所有成分與縮減后的超單元矩陣構(gòu)成，即：殘余結(jié)構(gòu)=不屬于任何超單元的模型+所有縮減的超單元矩陣的組裝陣。一旦所有超單元處理完成，在處理參與結(jié)構(gòu)的時候，所有縮減的矩陣就被組裝到系統(tǒng)矩陣中。系統(tǒng)對殘余結(jié)構(gòu)執(zhí)行矩陣組裝，一旦組裝完成便可以得到每個超單元邊界上的解，邊界上的解再用于計算每個超單元內(nèi)部節(jié)點的位移，然后進行包括參與結(jié)構(gòu)在內(nèi)的所有超單元上的標準的數(shù)據(jù)恢復(fù)（結(jié)果數(shù)據(jù)復(fù)原）。任何在傳統(tǒng)分析中可以輸出的結(jié)果在超單元分析中都可以輸出。現(xiàn)在輸出上的差異在于：超單元分析的數(shù)據(jù)是按照超單元區(qū)分輸出的。1.4 靜力學(xué)超單元分析過程實例解析在這個例子中使用超單元技術(shù)進行靜力學(xué)分析。通過介紹超單元分析流程理解超單元分析的基本概念和原理。圖1-4 五自由度系統(tǒng)從圖1-4可知，這個問題特別簡單，為了更加明晰地表達超單元技術(shù)的應(yīng)用，問題被簡化為只在軸向運動的五自由度系統(tǒng)。1.4.1 超單元分析在這個超單元的例子中，重點介紹程序在進行分析時的基本步驟和軟件內(nèi)部邏輯關(guān)系。由于還沒有介紹超單元的定義方法，因此這個介紹是概括性的，因此思路也會更加明晰。圖1-5的流程大體反映了超單元分析的基本順序與過程。圖1-5 超單元處理流程圖1-5表示了所有超單元處理所經(jīng)歷的三個階段。圖1-6 模型定義如圖1-6所示，解釋如下：l 超單元1（SEID=1）節(jié)點1、2是內(nèi)部節(jié)點，在處理超單元1的第一個階段被濃縮出矩陣；單元K12K23是超單元1的內(nèi)部單元；節(jié)點1的約束包含在超單元1中；施加在節(jié)點2上的載荷屬于超單元1；節(jié)點3是超單元1的外部節(jié)點，第一階段對超單元1完成所見后，所有殘余結(jié)構(gòu)及表示超單元1 的一套矩陣都會附加在節(jié)點3上；l 超單元2 (SEID = 2)節(jié)點4、5是超單元2的內(nèi)部節(jié)點；節(jié)點3是超單元2的外部節(jié)點；節(jié)點4上的載荷在超單元2中處理；單元K34、K45是超單元2的內(nèi)部單元；節(jié)點5的約束包含在超單元2中；l 殘余結(jié)構(gòu)（R.S. 或SEID=0）節(jié)點3是殘余結(jié)構(gòu)的內(nèi)部節(jié)點；殘余結(jié)構(gòu)沒有內(nèi)部單元；節(jié)點3上的載荷在殘余結(jié)構(gòu)中處理；超單元1、2被單獨分別處理，然后兩套縮減的矩陣被組裝進殘余結(jié)構(gòu)。1.4.2 超單元1模型被分隔成超單元后，超單元1包含以下數(shù)據(jù)信息圖1-7 超單元1數(shù)據(jù)信息基于這個模型，u3 是超單元1的外部自由度，隸屬于A-set，因此我需要生成超單元1的矩陣，施加約束和載荷-不包括節(jié)點3的載荷，并將矩陣縮減到外部自由度。超單元1的G-set 由節(jié)點1、2和3的相關(guān)自由度組成。1.4.3 超單元2超單元2的數(shù)據(jù)包含以下信息圖1-8 超單元2數(shù)據(jù)信息u3 是超單元2的外部自由度，隸屬于A-set，因此我需要生成超單元2的矩陣，施加約束和載荷-不包括節(jié)點3的載荷，并將矩陣縮減到外部自由度。超單元1的G-set 由節(jié)點4、5和3的相關(guān)自由度組成。1.4.4 殘余結(jié)構(gòu)剩余結(jié)構(gòu)或者節(jié)點3被定義成殘余結(jié)構(gòu)。根據(jù)所有殘余結(jié)構(gòu)中的所有單元、載荷、以及由超單元縮減形成的附加在適當(dāng)自由度上的矩陣，針對殘余結(jié)構(gòu)生成矩陣。一旦生成組裝矩陣，所有約束就會被施加到剩余的自由度上，并對殘余結(jié)構(gòu)問題求解。圖1-9表示了這個問題的殘余結(jié)構(gòu)。被組裝進殘余結(jié)構(gòu)的各個組件如左圖所示，右側(cè)是裝配后的模型。 圖1-9 殘余結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)信息由于所有物理約束在超單元中被施加，對于這個模型，殘余結(jié)構(gòu)不需要進行縮減，如果殘余結(jié)構(gòu)中存在物理約束，那么也需要對殘余結(jié)構(gòu)部分進行縮減以形成縮減矩陣，從而減少分析矩陣的大小。因此，總裝陣是將超單元矩陣疊加在節(jié)點3的結(jié)果。1.4.5 超單元范例本文對超單元的描述均采用圖1-10所描述的這個樣本示例。說明超單元模型和傳統(tǒng)有限元模型的輸入與輸出。這個模型很接近一個鈑金成型問題，但和實際工程上問題相差甚遠。之所以以這個模型作為樣板示例，是因為實際問題通常過于復(fù)雜，不利于介紹超單元技術(shù)和本文的數(shù)據(jù)輸入和輸出。這個模型的塊數(shù)據(jù)如表1-1所示。這個列表所里的數(shù)據(jù)是圖1-10的幾何模型數(shù)據(jù)。這個列表的數(shù)據(jù)是完整的模型幾何數(shù)據(jù)，在后面可能被分割成幾個部分，通過include指令在塊數(shù)據(jù)文件中引用。 模型所用材料為鋼，其中楊氏模量為30,000,000 psi，比重為0.283 lb/in.3，泊松比為0.3.節(jié)點1、2被約束。靜力學(xué)分析中這個結(jié)構(gòu)將承受3個載荷：u 單元1867上的壓力載荷；u 節(jié)點93、104上正Z方向2磅的點載荷；u 節(jié)點93-和104上Z方向兩個相反的點載荷，大小：2磅。圖1-10 超單元樣本示例表1-1 樣本示例模型塊數(shù)據(jù)$ 傳統(tǒng)分析使用的樣本示例模型定義$ 文件名：MODEL.DATGRDSET,6GRID,1,-.4,0.,0.,123456GRID,3,-.4,0.9,0.=,*2,=,=,*.9,=1GRID,2,.4,0.,0.,123456GRID,4,.4,0.9,0.=,*2,=,=,*.9,=1GRID,9,-3.6,3.6,0.=,*1,=,*.8,=8GRID,19,-3.6,4.4,0.=,*1,=,*.8,=8GRID,29,-3.6,5.2,0.GRID,30,-2.8,5.2,0.GRID,31,2.8,5.2,0.GRID,32,3.6,5.2,0.GRID,33,-5.2,6.,0.=,*1,=,*.8,=4GRID,39,1.2,6.,0.=,*1,=,*.8,=4GRID,45,-5.2,6.8,0.=,*1,=,*.8,=4GRID,51,1.2,6.8,0.=,*1,=,*.8,=4GRID,57,-5.2,7.6,0.=,*1,=,*.8,=4GRID,63,1.2,7.6,0.=,*1,=,*.8,=4GRID,69,-5.2,8.4,0.=,*1,=,*.8,=4GRID,75,1.2,8.4,0.=,*1,=,*.8,=4GRID,81,-5.2,9.2,0.=,*1,=,*.8,=4GRID,87,1.2,9.2,0.=,*1,=,*.8,=4GRID,93,-5.2,10.,0.=,*1,=,*.8,=4GRID,99,1.2,10.,0.=,*1,=,*.8,=4$ 單元定義CQUAD4,1,1,1,2,4,3=,*1,=,*2,*2,*2,*2=1CQUAD4,4,1,7,8,14,13CQUAD4,6,1,9,10,20,19=,*1,=,*1,*1,*1,*1=2CQUAD4,5,1,13,14,24,23CQUAD4,10,1,14,15,25,24= *1,=,*1,*1,*1,*1=2CQUAD4,14,1,19,20,30,29CQUAD4,15,1,29,30,36,35CQUAD4,16,1,27,28,32,31CQUAD4,17,1,31,32,42,41CQUAD4,18,1,33,34,46,45=,*1,=,*1,*1,*1,*1=3CQUAD4,23,1,45,46,58,57=,*1,=,*1,*1,*1,*1=3CQUAD4,28,1,57,58,70,69=,*1,=,*1,*1,*1,*1=3CQUAD4,33,1,69,70,82,81=,*1,=,*1,*1,*1,*1=3CQUAD4,38,1,81,82,94,93=,*1,=,*1,*1,*1,*1=3CQUAD4,43,1,39,40,52,51=,*1,=,*1,*1,*1,*1=3CQUAD4,48,1,51,52,64,63=,*1,=,*1,*1,*1,*1=3CQUAD4,53,1,63,64,76,75=,*1,=,*1,*1,*1,*1=3CQUAD4,58,1,75,76,88,87=,*1,=,*1,*1,*1,*1=3CQUAD4,63,1,87,88,100,99=,*1,=,*1,*1,*1,*1=3$單元性質(zhì)及材料屬性定義MAT1,1,30.+6,.3,.283PARAM,WTMASS,.00259PARAM,AUTOSPC,YESPSHELL,1,1,.05,1,1$ *基本模型定義結(jié)束*2. 如何定義超單元超單元在塊數(shù)據(jù)的輸入部分定義，可用兩種方法定義超單元：主塊數(shù)據(jù)卡定義超單元和部件法定義超單元。每個超單元在塊數(shù)據(jù)部分都有一個唯一的標識號-整數(shù)編號，即SEID。殘余結(jié)構(gòu)也作為一個超單元，其編號永遠是0，不可更改。如果模型中沒有超單元定義，那么有限源程序就默認模型只有殘余結(jié)構(gòu)，計算就會按照傳統(tǒng)的方法進行。從字面含義可以看出，主塊數(shù)據(jù)卡超單元直接在塊數(shù)據(jù)輸入部分直接定義，超單元按照這個方法定義時，模型數(shù)據(jù)就會被分隔成幾個部分（幾個零件），每個零件就是一個超單元。一個比較好的形象化比喻：程序?qū)φ麄€模型采用千篇一律的方法，然后把它分隔成超單元，每個超單元都包含在塊模型數(shù)據(jù)中，是這個模型的一部分。部件超單元的定義方法不同，每個超單元都有自己的分區(qū)的塊數(shù)據(jù)部分，每一個分區(qū)的塊數(shù)據(jù)部分包含這個超單元自身所有的幾何（單元、節(jié)點、單元屬性）、載荷、約束等一切信息。每個分區(qū)的塊數(shù)據(jù)部分與模型的主塊數(shù)據(jù)部分結(jié)構(gòu)相同，在它自己內(nèi)部，單元、節(jié)點、材料、屬性等編號唯一，但與其它的塊數(shù)據(jù)部分則可包含重復(fù)信息。簡單的說，部件超單元的塊數(shù)據(jù)部分描述了一個部件的所有信息，它就是一個部件的完整的有限元模型的定義。如果模型中使用或定義了部件超單元，那么，程序就會按照類似裝配過程的方法進行工作，一系列各自獨立的零件被裝進有限元模型。這兩種方法可以單獨使用，也可以一起使用，怎樣選擇取決于你的選擇。2.1 使用部件超單元方法定義超單元2.1.1 定義部件部件是指使用不同的塊數(shù)據(jù)部分定義的不同的多個零件。因此，每個部件都可以當(dāng)做是一個獨立零件模型，軟件會自動找出所有部件中重合的節(jié)點，把零件連接在一起，并創(chuàng)建一個裝配模型。塊數(shù)據(jù)部分可為每個部件分隔不同的區(qū)域，這種分隔以BEGIN SUPER作為分隔符，格式如下：其中i就是SEID，即為這個部件超單元定義的識別號-超單元編號，是整數(shù)。通用格式如下：整體模型定義在塊數(shù)據(jù)分隔符BEGIN BULK和模型數(shù)據(jù)輸入結(jié)束符ENDDATA之間。殘余結(jié)構(gòu)不用定義，包含在塊數(shù)據(jù)的頂部，即BEGIN BULK 和第一個BEGIN SUPER之間。殘余結(jié)構(gòu)部分的單元、節(jié)點、材料、單元屬性的編號必須唯一，每個部件超單元內(nèi)部的單元、節(jié)點、材料、單元屬性的編號也必須是唯一的，但是部件之間的節(jié)點可能會出現(xiàn)重復(fù)使用的情況（比如用來進行超單元之間進行對接的節(jié)點），因此不必保持編號唯一的規(guī)則。2.1.2 塊數(shù)據(jù)中使用部件超單元當(dāng)使用部件超單元時，塊數(shù)據(jù)會被分隔成不同的部分。塊數(shù)據(jù)中BEGIN BULK與第一個BEGIN SUPER之間或BEGIN BULK與ENDDATA之間包含的部分為主塊數(shù)據(jù)部分。如果這個部分包含超單元，都是主塊數(shù)據(jù)超單元。如果使用部件定義超單元，你不必告訴程序超單元之間在哪里對接。程序有自己的邏輯，它會自動在重合節(jié)點處將超單元連接在一起，后面我們會談到如何撤銷程序的這種自動連接功能。2.1.3 使用部件超單元時輸入文件的格式使用部件超單元時，輸入文件中的執(zhí)行部分和工況控制部分不受影響-不會發(fā)生改變，只有塊數(shù)據(jù)部分可能發(fā)生變化，以下是一個輸入格式的范例：SOL 101 CENDTITLE = Sample Input File Demonstrating PARTs.BEGIN BULK$ MAIN BULK DATA SECTION.BEGIN SUPER = 1$ data for PART 1.BEGIN SUPER = 25$ data for PART 25$.ENDDATA在這個例子中，你可以在主塊數(shù)據(jù)部分定義一些主塊數(shù)據(jù)超單元和兩個部件超單元（1和25）。部件超單元1沒有引入；每個部件超單元必須自包含自己的模型信息。主塊數(shù)據(jù)部分有幾種數(shù)據(jù)通?？梢砸苿?、拷貝或通過手動操作連接部件超單元，這個輸入文件的主塊數(shù)據(jù)部分沒有使用這種輸入內(nèi)容。下面看看如何利用部件超單元定義上面提到的樣板示例模型-鈑金成型模型。我們利用部件超單元和殘余結(jié)構(gòu)定義這個模型。這個模型備份成超單元后的模型示意參考圖2-1。圖2-1 范例的殘余結(jié)構(gòu)和超單元模型示意這個模型中的每個超單元都用部件方法定義，因此輸入文件中有7個BEGIN SUPER分隔符。參與結(jié)構(gòu)定義在主塊數(shù)據(jù)部分。下面的輸入文件可以用來解決這個問題：$ file - se1s101p.dat$ $ all 7 s.e. brought in using begin super$ duplicate boundary grid ids$ each s.e. contains its own property descriptionSOL 101 CENDTITLE = S.E. SAMPLE PROBLEM 1 SUBTITLE = S.E. STATICS - RUN 1 - MULTIPLE LOADSDISP = ALL$ default is super = all for V69$ set defaults for all se - see section 5PARAM,GRDPNT,0PARAM,WTMASS,.00259$SUBCASE 101LABEL = PRESSURE LOADLOAD = 101$SUBCASE 201LABEL = 2# NORMAL LOADSLOAD = 201$SUBCASE 301LABEL = OPPOSING LOADSLOAD = 301$include plot.dat$BEGIN BULK$ main bulk data sectioninclude part0.dat$begin super=1include loadprt1.datinclude part1.dat$begin super=2include loadprt2.datinclude part2.dat$begin super=3include part3.dat$begin super=4include part4.dat$begin super=5include part5.dat$begin super=6include part6.dat$begin super=7include part7.dat$enddata下面給出這個輸入文件中的引入文件（include file），執(zhí)行控制SOL 101表示包括超單元的靜力學(xué)分析，工況控制部分為這個模型中的所有超單元及三個子工況定義了三個通用的默認參數(shù)值。Plot.dat是一個繪圖請求文件，其中闡述了如何對超單元進行繪圖。這個輸入文件的主塊數(shù)據(jù)卡部分非常短，對于這個模型，它只包含了殘余結(jié)構(gòu)的物理模型。這個殘余結(jié)構(gòu)的物理模型文件（part0.dat）如下：CQUAD4 5 1 13 14 24 23$GRDSET 6GRID 13 -.4 3.6 0. GRID 14 .4 3.6 0. GRID 23 -.4 4.4 0. GRID 24 .4 4.4 0. $MAT1,1,30.+6,.3,.283PSHELL,1,1,.05,1,1$param,wtmass,.002588這個文件包含殘余結(jié)構(gòu)的物理模型，它由單元5及其相關(guān)的四個節(jié)點、以及和這個單元相關(guān)的屬性及參數(shù)組成。注意：這個文件只包含以上信息，不包含那些用來連接部件超單元的節(jié)點的副本信息。（如果你希望單級超單元求解的話，可以將那些節(jié)點的信息復(fù)制到殘余結(jié)構(gòu)中）殘余結(jié)構(gòu)的模型以第一個BEGIN SUPER，即BEGIN SUPER=1結(jié)束，（全局模型中不包含部件超單元定義時以主塊數(shù)據(jù)卡中的EndData結(jié)束），后跟隨其它部件超單元定義。其后是定義部件超單元1的語句，包含兩個包含語句（include），這兩個包含語句將兩個文件 loadprt1.dat (載荷數(shù)據(jù))、part1.dat (部件1的模型)插入到BEGIN SUPER=1之后，完成部件1的定義。這兩個文件如下：$ file - loadprt1.dat$ loads on s.e. 1$ LOAD CASE 1 - PRESSURE LOADPLOAD2,101,-1.,18,THRU,42$ LOAD CASE 2 - 2 POINT LOADS AT CORNERSFORCE,201,93,2.,0.,0.,1.$ LOAD CASE 3 - OPPOSING POINT LOADS AT CORNERSFORCE,301,93,2.,0.,0.,1.文件loadprt1.dat包含了施加于部件1上用于靜力學(xué)計算的三個載荷。$ part1.datCQUAD4 18 1 33 34 46 45 CQUAD4 19 1 34 35 47 46 CQUAD4 20 1 35 36 48 47 CQUAD4 21 1 36 37 49 48 CQUAD4 22 1 37 38 50 49 CQUAD4 23 1 45 46 58 57 CQUAD4 24 1 46 47 59 58 CQUAD4 25 1 47 48 60 59 CQUAD4 26 1 48 49 61 60 CQUAD4 27 1 49 50 62 61 CQUAD4 28 1 57 58 70 69 CQUAD4 29 1 58 59 71 70 CQUAD4 30 1 59 60 72 71 CQUAD4 31 1 60 61 73 72 CQUAD4 32 1 61 62 74 73 CQUAD4 33 1 69 70 82 81 CQUAD4 34 1 70 71 83 82 CQUAD4 35 1 71 72 84 83 CQUAD4 36 1 72 73 85 84 CQUAD4 37 1 73 74 86 85 CQUAD4 38 1 81 82 94 93 CQUAD4 39 1 82 83 95 94 CQUAD4 40 1 83 84 96 95 CQUAD4 41 1 84 85 97 96 CQUAD4 42 1 85 86 98 97 GRDSET 6 $ boundary gridsGRID 35 -3.6 6. 0. GRID 36 -2.8 6. 0. $GRID 33 -5.2 6. 0. GRID 34 -4.4 6. 0. GRID 37 -2. 6. 0. GRID 38 -1.2 6. 0. $GRID 45 -5.2 6.8 0. GRID 46 -4.4 6.8 0. GRID 47 -3.6 6.8 0. GRID 48 -2.8 6.8 0. GRID 49 -2. 6.8 0. GRID 50 -1.2 6.8 0. GRID 57 -5.2 7.6 0. GRID 58 -4.4 7.6 0. GRID 59 -3.6 7.6 0. GRID 60 -2.8 7.6 0. GRID 61 -2. 7.6 0. GRID 62 -1.2 7.6 0. GRID 69 -5.2 8.4 0. GRID 70 -4.4 8.4 0. GRID 71 -3.6 8.4 0. GRID 72 -2.8 8.4 0. GRID 73 -2. 8.4 0. GRID 74 -1.2 8.4 0. GRID 81 -5.2 9.2 0. GRID 82 -4.4 9.2 0. GRID 83 -3.6 9.2 0. GRID 84 -2.8 9.2 0. GRID 85 -2. 9.2 0. GRID 86 -1.2 9.2 0. GRID 93 -5.2 10. 0. GRID 94 -4.4 10. 0. GRID 95 -3.6 10. 0. GRID 96 -2.8 10. 0. GRID 97 -2. 10. 0. GRID 98 -1.2 10. 0. MAT1,1,30.+6,.3,.283PARAM,WTMASS,.00259PARAM,AUTOSPC,YESPSHELL,1,1,.05,1,1文件part1.dat包含了部件1的物理模型。如果你看了上一節(jié)的模型說明，你就會發(fā)現(xiàn)這個部件在節(jié)點35、35處附著于部件3 （參考圖1-10）。這兩個點也被包含在這個部件的模型定義中。部件2用類似的方法進行定義，這里不做討論，放在本節(jié)的最后面介紹。部件3由一個文件構(gòu)成-part3.dat：$ part3.datCQUAD4 14 1 19 20 30 29 CQUAD4 15 1 29 30 36 35 $GRDSET 6$ boundary gridsGRID 19 -3.6 4.4 0. GRID 20 -2.8 4.4 0. GRID 35 -3.6 6. 0. GRID 36 -2.8 6. 0. $GRID 29 -3.6 5.2 0. GRID 30 -2.8 5.2 0. MAT1,1,30.+6,.3,.283PARAM,WTMASS,.00259PARAM,AUTOSPC,YESPSHELL,1,1,.05,1,1這個文件包含部件3的模型定義。部件3在節(jié)點35、36處與部件1對接（因此兩個部件都包括這兩個節(jié)點），在節(jié)點19、20處于部件5對接（部件3、5也都包括這兩個節(jié)點）。程序處理部件時會發(fā)現(xiàn)部件1中的節(jié)點35、36和部件3中的節(jié)點35、36分別是一致的（重合），除非使用或指定別的方式，否則，程序就會在這些點將這些部件連接在一起。因此，節(jié)點35、36是超單元的外部節(jié)點，不要求在不同部件中具有相同的節(jié)點編號，只要求在指定的誤差范圍內(nèi)它們的位置能夠重合在一起就可以了（稍后說明），當(dāng)程序找打了這些重合的節(jié)點，就會將它們標記為“是要連接的點” （除非這些重合的點出現(xiàn)于殘余結(jié)構(gòu)中或你要使用多級超單元樹），并在殘余結(jié)構(gòu)模型中創(chuàng)建一個與這些節(jié)點一致的內(nèi)部節(jié)點。每個部件的矩陣被縮減到外部自由度，并傳遞到下游的殘余結(jié)構(gòu)，然后在