Abaqus之子模型应用
随着产品设计的复杂性逐渐增加，使用软件进行有限元分析时对计算机性能的要求也越来越高，全局模型建立时遇到的细小特征和圆角通常会被粗网格覆盖或清除，全局分析可以用来确定载荷对整体的响应，但当关注局部细节时，细小特征就变得不可忽视了，建模里应当包含这些特征结构，此时可以创建子模型，将局部区域网格细化，通过子模型求解得到局部的响应结果，可以有效地降低分析成本和展示局部关注区域的细节结果。子模型是建立在全局分析结果基础上的，通过全局分析计算激励载荷作用下的最大响应区域，然后通过子模型法截取局部关注区域模型并创建精细网格以提高分析的准确性。
在Abaqus中有两种子模型创建技术，分别是基于节点的子模型(Node-based submodeling)和基于曲面的子模型(Surface-based submodeling)。
基于节点的子模型
(Node-based submodeling)
基于节点的子模型支持Abaqus/Explicit 和 Abaqus/Standard中各种元素类型的组合，可以在子模型中使用与全局模型元素类型不同的element，软件支持以下基于节点的方法所创建的子模型：
全局模型和子模型都可以进行非线性响应，且全局模型与子模型的分析类型可以不一致，比如全局模型的线性或非线性响应可以用来驱动子模型的静态非线性分析，因为子模型在全局模型中质量很小，该局部区域的动态效应不明显。全局模型的Abaqus/Standard过程也可以用来驱动子模型的Explicit过程，反之亦然。分析使用的step time可以不一致，step time对稳态分析的结果无影响，在瞬态分析时应注意将驱动节点处的时间变量缩放到子模型中使用的时间。
基于曲面的子模型
(Surface-based submodeling)
根据官方文档介绍，基于曲面的子模型创建技术是基于节点的子模型创建技术的补充，使使用者能够使用全局模型的应力结果驱动子模型，但子模型不能单独使用基于曲面创建，否则会造成刚位移，导致计算失败。可支持的元素类型仅包括solid-to-solid。相较于基于节点的子模型适用范围受限，且该技术仅适用于Abaqus/Standard分析。
使用子模型分析时，全局模型应该为子模型提供精确的边界响应，以确保子模型的分析结果具有实际的物理意义，但是abaqus中没有内置判断标准，因此，可以通过检查子模型边界附近的位移响应与全局模型是否相符.
下面案例展示子模型的使用过程，如下图所示三个模型，M1为精细化的全六面体单元(C3D8R)，M2为壳单元(S4R)，M3为局部细化的全六面体单元(C3D8R)。三个模型分别作为结果判读标准，全局模型，子模型，即M2做为全局模型驱动子模型M3，子模型的结果与M1的分析结果对比，可判断子模型分析结果的准确性。
全局模型边界条件如下所示：
子模型设置如下：
通过对比子模型与全局模型的位移结果，
判断该子模型设置是否合理，位移结果对比如下图所示：
子模型与全局模型的位移结果一致，说明边界条件加载正确，该子模型的结果具有参考价值。
下面，将M1的应力结果与子模型的应力结果进行比：
M1的最大应力为547.6MPa，子模型的最大应力为547.0MPa，结果基本一致，可判断子模型的分析结果是准确的。
Summary：
Ø 当关注复杂模型局部特征的响应时，采用子模型技术可以有效减少计算量，缩短分析的周期时间。
Ø 子模型分为基于节点和基于曲面两种创建方法，但是基于曲面的子模型技术只能用于Abaqus/Standard分析，且仅支持Solid-to-solid的单元类型；
全局模型应该为子模型提供精确的边界驱动，以保证子模型的结果具有实际的物理意义，由于Abaqus没有内置判断标准，使用者可以通过对比全局模型与子模型在边界驱动位置的位移云图是否一致来判断子模型的边界驱动是否正确。
