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超单元GM缩聚基础

9月前浏览461
OptiStruct的GM动态缩聚可采用自由界面、固定界面或混合界面的子结构来生成超单元。采用这种方法生成超单元的算法分为两大步:第一步为在自由或混合界面的条件下生成子结构的Ritz基;第二步为Ritz基向量的正交化,以及缩聚超单元的生成。

以自由界面的子结构为例,运动方程为式(1)

GM动态缩聚的Ritz基包含子结构的最低 k 阶自由模态 Ψ k 和剩余柔度 Ψr式(2)

式中, Ψ d 为未进行正交化的Ritz基;低阶模态 Ψ k 对应模态坐标 q ;剩余柔度 Ψ r 对应界面力 f j 。这样子结构的位移可以展开为式(3)

式中, Ψ k q 表示结构的低阶模态变形; Ψ r f j 表示结构的剩余向量部分。剩余柔度 Ψ r 共包含 j 列向量,它是剩余柔度矩阵 G 的一部分。

即式(4)

式中,, ω i 是自由子结构最低 k 阶自由模态的固有频率。

采用Ritz基 Ψ d 时,超单元的刚度矩阵及质量矩阵,即式(5)

GM算法对Ritz基做了进一步的正则化,即对式 (5)的矩阵求解广义特征值问题,得到特征值 Λ GM 及变换矩阵 A GM ,即式(6)

那么正则化的Ritz基,即式(7)

正则化超单元的刚度矩阵及质量矩阵,即式(8)

它们都是( j + k )×( j + k )的对角阵。在GM动态缩聚中,不论是低阶结构模态 Ψ k 还是剩余柔度 Ψ r ,Ritz基对应的自由度都不是物理坐标自由度。自由度 q 和 f j 均用SPOINT表示,共需 j + k 个辅助自由度。

如果进行GM缩聚的子结构边界为混合形式,那么式(2)选取的Ritz基将为{ Ψ k Ψ r Ψ s },即除低阶模态 Ψ k 以外,还将由自由边界自由度补充剩余柔度 Ψ r ,由固定边界自由度补充静力约束模态 Ψ s ,余下的超单元生成步骤同式(5)~式(8),最终同样生成维度为( j + k )×( j + k )的超单元缩聚模型。

OptiStruct典型的GM动态缩聚求解文件设置如下图所示。在边界点定义上,除使用ASET定义边界节点以外,还可额外使用BSET或CSET将边界节点定义为固定或自由节点。CMSMETH卡片的方法设为GM,并定义模态分析频率上限、算法及辅助自由度SPOINT的起始ID。当模型中使用了BSET或CSET时,GM动态缩聚须使用AMSES算法。

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来源:CAE之家
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首次发布时间:2025-11-09
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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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