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超单元CBN缩聚基础

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OptiStruct的CBN动态缩聚即采用固定界面子结构方法生成超单元,它是由GUYAN缩聚进一步扩展得到的。计算过程如下:首先将子结构的对接自由度进行固定,求取固支边界下的弹性模态 Ψ k ;然后合并 Ψ k 和 Ψ s 构成Ritz基向量,由基向量生成子结构的超单元。

同样以 u j 表示子结构对接自由度, u i 表示子结构内部自由度。可得下式(1)

在动态缩聚时,认为 f i s =0。且当子结构对接自由度固定时, u j =0,则动力学方程式(1)缩减为下式(2)

对式(2)进行实模态分析,能得到 u i 的弹性模态(质量矩阵 M ii 与刚度矩阵 K ii 对应的广义特征值问题)。取其中最低的 k 阶弹性模态,记为。那么子结构的低阶弹性主模态为下式(3)

式中, 0 kk 为 k × k 的零矩阵;含 k 列弹性模态向量。CBN动态缩聚算法的假设模态集(Ritz基)取为 Ψ s 与 Ψ k 的组合,共包含j + k 个基向量。可将子结构位移用基向量{ Ψ s Ψ k }展开。即下式(4)

CBN动态缩聚超单元的刚度矩阵及质量矩阵为下式(5)

式中,矩阵均为 ( j + k )×( j + k )的方阵。在CBN动态缩聚中,约束模态 Ψ s 对应子结构的对接自由度 u j ,共 j 个物理坐标自由度;弹性模态 Ψ k 对应模态坐标 q ,在OptiStruct中采用SPOINT表示,共 k 个辅助自由度。

典型的CBN动态缩聚求解文件设置如下图所示。将CMSMETH卡片的方法字段设为CBN,并设置边界点集 合ASET、固定界面子结构的模态分析算法(LAN或AMSES)、模态分析的频率上限,以及模态坐标 q 的起始SPOINT ID 。

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运行后将生成对接刚度矩阵图片和基向量 Ψ s 。图片矩阵的方阵 j x ,基向量 Ψ s 共有 j 个独立列向量。在生成的.out文本中可查看超单元的矩阵规模,可使用HyperView查看.h3d文件中的基向量 Ψ s 。

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来源:CAE之家
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首次发布时间:2025-11-10
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硕士 | CAE仿真负责人 个人著作《汽车NVH一本通》
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