【航空超单元仿真】- 计算基础结果 （1/3）

在进行结构动力学分析时，采用一组件模态综合（CMS）的方法来简化大型复杂结构模型。这种方法通过将复杂的结构分解成若干个较简单的子结构（超单元），对每个子结构进行模态分析，然后通过动态凝聚技术将子结构的动力学特性综合起来，以预测整个结构的动态响应。

CMS方法的关键步骤包括：

1. 超单元的生成：将结构划分为若干个超单元，每个超单元包含一部分结构，并定义其主自由度（M）和非主自由度（S）。这些超单元通过模态分析提取关键的动力学特性，如模态形状和频率。
2. 动态凝聚：在动态凝聚过程中，非主自由度的影响被凝聚到主自由度上，从而降低整个模型的自由度，简化计算。这一步骤通常涉及到Guyan凝聚或广义动态凝聚等技术。
3. 残余分析：在模态综合的基础上，对结构的残余动态特性进行分析，这可能包括对结构在非模态频率范围内的响应进行评估。
4. 模态综合：将各个超单元的模态特性综合起来，形成整个结构的模态特性。这一步骤涉及到超单元之间的连接和相互作用，确保整个结构的动力学行为被准确捕捉。
5. 扩展子结构求解结果：在得到整个结构的模态特性后，可以对子结构进行扩展，以计算超单元内部的详细位移和应力分布。这一步骤通常在模态求解或谐响应求解中自动处理。

使用CMS方法的优势在于能够显著减少计算资源的需求，同时保持对结构关键动态特性的准确预测。这对于大型结构系统，如航空航天器、汽车、桥梁等的动力学分析尤其重要。通过CMS方法，工程师可以在较短的时间内评估复杂结构的动态响应，从而进行有效的设计优化和性能预测。

本教学案例演示了使用OptiStruct中机身截面的Component Mode Synthesis （CMS） 方法实现超单元来分析简化结构。

采用组件模态综合(CMS)方法，将弹性体有限元模型简化为子结构dof和一组正则模态。结果既可以用作多体动力学分析中的柔性体，也可以用作有限元分析中表示超单元组合的外部矩阵。由于它正确地捕获了质量矩阵，因此是动态分析的首选方法。在CMS超单元创建期间，载荷矢量不会减少。图1.模型描述

超单元是结构或结构的一部分的行为和性能的简化表示。利用这些矩阵求解系统方程来模拟结构的行为。这被称为直接矩阵输入或超单元。在创建了超单元之后，完整模型中剩下的部分是残余结构。减少的载荷，质量，刚度和阻尼矩阵可以使用多种方法生成。对整个模型进行仔细检查，以确定可以缩减为超单元的部分。超单元和残余结构之间的边界用连接/界面点来确定。在识别接口点之后，结构的其余部分，可以从完整模型中删除。根据所选择的超单元创建方法，添加相应的条目(CMSMETH)。

包括以下练习：

1、超单元生成

2、创建ASET边界约束

3、删除残余结构

4、创建DMIG输出

5、动态凝聚

6、删除生成超单元的单元

7、创建卡片来引用DMIG矩阵

一、启动HyperWorks

1.启动HyperWorks。

2.在New Session中，在HyperWorks下选择HyperMesh。

3.对于Profile，选择OptiStruct。

4.单击Create New Session。

二、导入模型

1.在菜单栏上，选择File>Import>Solver Deck。

2.导航到并选择airframe_section_CMS.fem。

3.单击Open。

4.在Solver Import Options对话框中，接受默认设置并单击Import。

三、提交剩余作业

1.从菜单栏中，选择A nalyze。

2.在An alyze功能区的An alyze组下，选择Run OptiStruct Solver面板区域随即打开。

3.单击Save as。

4.对于File name ，输入airframe_section_BASELINE_CMS.fem。

.fem扩展名是将其识别为输入文件所必需的。

5.单击Save。

6.将export options： 设置为all。

7.将run options： 设置为an alysis。

8.将内存选项设置为memory default。

9.单击OptiStruct以启动作业。

如果作业成功，则新的结果文件将显示在调用HyperWorks的目录中。如果存在任何错误，则airframe_section_BASELINE_CMS.out文件是查找错误消息以帮助调试输入模型的好地方。