OS创建超单元方法汇总

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摘自超单元书中内容：

3. OS创建超单元方法

OS提供三种创建超单元的方法：

（1）静态缩减（PARAM，EXTOUT或CMSMETH（GUYAN））通过代数转换将线性矩阵方程简化为超单元（或子结构）的界面自由度。此外，负载向量被缩减到界面自由度，这包括来自点载荷和压力载荷的载荷矢量，以及由于加速度（GRAV和RLOAD）引起的分布载荷。

有两种方法可以在OS中进行静态缩减。

方法一：通过指定 ASET/ASET1并使用 PARAM，EXTOUT输出缩聚矩阵。

方法二：通过指定 ASET/ASET1 并使用 CMSMETH中的GUYAN方法输出超单元。

对于静态缩减，只允许使用ASET关键字，此方法对于刚度矩阵是精确的，对于质量矩阵是近似的。如果有ASET或ASET1但没有CMSMETH卡片，则使用静力缩聚法用来生成缩聚矩阵。

对于没有 CMSMETH 的静力缩减，如果 SUBCASE 用于静力分析，默认情况下不会创建缩减质量矩阵。但是，使用PARAM，MASSDMIG，YES 可用于创建用于静态分析的缩减质量矩阵。对于特征值分析，质量和刚度矩阵将缩减，但没有缩减的载荷矢量。动态分析不推荐静态缩减，因为静态缩减其质量没有动态缩减准确。

（2）CMSMETH动态缩减超单元方法。

动态缩减将弹性体的有限元模型缩减为界面自由度和一组正则模态，缩减矩阵将基于静态模式以及来自正则模态分析的模式生成。

用于动态缩减的方法有CBN和GM，使用GM方法，得到的矩阵总是对角的，并且它们在物理上不附着于界面自由度。因此，MPC将在残余结构计算中生成，以将矩阵连接到界面自由度。使用CSET的CBN也能产生对角矩阵，这相当于使用CSET时的GM。当使用CBN或GM方法时，要在CMSMETH上定义计算的频率范围或要计算的模态和存储模态数据的SPOINT ID编号。

可以使用CMSMETH中输入的LOADSET上的USETYPE字段来缩减模型中应用的负载，USETYPE字段可以设置为REDLOAD、RESVEC或BOTH，只能缩减静态负载，但METHOD=GM不支持此功能。

CBN和GM方法是动态分析的首选方法，因为它们可以准确地捕捉质量矩阵。对于动态缩聚，刚度、质量、静态载荷、结构和粘滞阻尼以及流固耦合矩阵都可以生成。模态频率响应分析采用CMS超单元方法，而直接频率响应分析采用CDS超单元方法；模态频率响应分析通过计算系统的特征值（频率）和特征向量，其系统的响应可通过特征向量和模态响应计算得到；而直接频率响应分析是通过通过求解一组复矩阵方程直接计算离散激励频率下的结构响应。

（3）CDSMETH动态缩减超单方法。

对于残余运行重复多次的模型是有效的，超单元生成时间可能比CMS更长，但与残余结构组装后的整体模型计算会更快。CDSMETH在创建时中需要METHOD、FREQi和CSET、CSET1、BNDFRE1、BNDFREE等关键字，且残余结构计算仅支持直接频率响应分析。

对于动态缩减方法整体上推荐使用CMS方法，对于大多数问题适用；会生成刚度、质量、结构和粘性阻尼、流体-结构耦合矩阵，不会生成缩聚荷载向量。

4. 存储超单元

缩减矩阵可以保存为多种文件格式，如.h3d、.pch、.dmg、.op2和.op4等，具体可通过以下格式创建。

（1）PARAM，EXTOUT，DMGPCH可以用于输出.pch格式的超单元。

（2）PARAM，EXTOUT，DMIGBIN可以用于输出.dmg格式的超单元。

（3）PARAM，EXTOUT，DMIGOP2可以用于输出.op2格式的超单元，仅适用于CMS超单元，不适用静力缩聚。

（4）PARAM，EXTOUT，DMIGOP4可以用于输出.op4格式的超单元，仅适用于CMS超单元，不适用静力缩聚。

如果存在CMSMETH关键字，则总是输出.h3d格式的超单元，除非设置了output，h3d，NO。

Optistruct中提供了不种创建超单元的缩聚方法，每种方法又可以运用不同的卡片设置来实现。

超单元计算方法有CB（Craig-Bampton）、CC（Craig-Chang）、CBN、GM、GUYAN，整车超单元通常采用GM方法。其中CB和CC主要用于生成用在多体动力学中的柔性体超单元，GM主要用于动力学超单元生成，CBN和GUYAN主要用于静力超单元生成。

CB及CBN为固定界面法，CC为自由界面法，GM混合界面法，GUYAN静态缩减法

超单元边界一般包括自由、固定及混合界面，自由界面一般采用BNDFREE(1)及CSET(1)；固定界面一般采用BNDFIX(1)及BSET(1)，ASET(1)默认为固定界面，不同超单元的主要差异见表2-1。

表2-1 OS不同超单元缩减方法差异

缩聚类型	卡片类型	描述
静力缩聚（Static Reduction）	PARAM，EXTOUT	仅适用于稳态分析，因为静力缩聚中刚度矩阵是准确的，而质量矩阵精度会有损失，所以不推荐用于动力学分析。
静力缩聚（Static Reduction）	CMSMETH（METHOD=GUYAN）	仅适用于稳态分析，因为静力缩聚中刚度矩阵是准确的，而质量矩阵精度会有损失，所以不推荐用于动力学分析。
CMS动态缩聚（CMS Dynamic Reduction）	CMSMETH（METHOD=CBN）	推荐用于动力学分析，固定边界或者自由边界都可以采用这种方法。但若为固定边界，缩聚出来的质量和刚度矩阵会存在非对角项。
CMS动态缩聚（CMS Dynamic Reduction）	CMSMETH（METHOD=GM）	缩聚矩阵是对角的，物理上与界面自由度不关联。所以在残余结构分析的时候会在缩聚矩阵和残余结构之间生成MPC；该方法通用性高，也可用于采用PFMODE卡片输出模态贡献量时的诊断分析。
CDS动态缩聚（CDS Dynamic Reduction）	CDSMETH	采用此方法开展残余结构分析的速度比CMS要快，原因在于分析中的有效自由度不依赖于模态数量，这种方法对于残余结构分析要重复多次的情况非常适用。