Zhidko doc

Метод подконструкций 
Программа ANSYS располагает широкими возможностями для выделения из модели 
конструкции более простых ее составных частей - подконструкций, что используется для 
уменьшения времени решения или для повышения эффективности процесса моделирования 
за счет приведения группы или набора элементов к одному эквивалентному, 
самостоятельному элементу. В основу этой методики положено матричное уплотнение, 
посредством которого жесткость (или проводимость) и, если требуется, масса (или удельная 
теплоемкость), а также матрицы сопротивлений приводятся к системе ведущих степеней 
свободы, или мастер-степеней (MDOF). Таким способом создается суперэлемент (в 
соответствии с принятой в программе ANSYS терминологией). 
Суперэлемент может формироваться из конечных элементов любого типа. Единственное 
ограничение состоит в том, что поведение суперэлемента предполагается линейным (если в 
его состав входят нелинейные элементы, то они рассматриваются как линейные). 
Для того чтобы создать суперэлемент, пользователь сначала указывает модель области, 
которая станет подконструкцией, вместе с ведущими степенями свободы, которые будут 
характеризовать его поведение. Затем программа вычисляет матрицы суперэлемента и 

---

70 
заносит их в файл. Будучи созданным, суперэлемент используются программой ANSYS 
точно так же, как и обычные элементы. 
Подконструкция может быть использована в любом виде 
анализа (рис. 13), при этом в ее состав включается либо только 
суперэлемент, либо комбинация суперэлемента с конечными 
элементами других типов. Суперэлемент может быть внедрен в 
расчетную модель либо непосредственно, либо с помощью 
симметричного отображения, смещения начала координат, 
преобразования 
системы 
координат. 
Допускается 
использование нескольких суперэлементов, а также составных, 
состоящих из других суперэлементов. Графические средства 
показа границ суперэлементов улучшают восприятие общего 
изображения модели. 
Использование метода подконструкций может значительно уменьшить число степеней 
свободы в расчетной модели. Это приводит к снижению затрат времени и труда. В данном 
случае (рис. 13) сектор шкива в 60 градусов преобразован в суперэлемент, с помощью 
которого строится полная модель шкива. 
Наиболее типичным является использование суперэлементов для выделения определенных 
областей модели или упрощения процесса построения циклически повторяющихся частей 
модели. Некоторые преимущества применения суперэлементов перечислены ниже. 
•
Можно отделить области конструкции с линейным откликом от областей с нелинейным 
поведением. Это дает возможность повысить эффективность расчета за счет применения 
процедуры итеративного решения только к выделенной нелинейной части системы. 
•
Уменьшается время на создание модели и получение решения для объектов, имеющих 
повторяющиеся или симметричные области (как, например, шестерни и зубчатые колеса). 
Вместо построения полной модели такого объекта достаточно представить его 
повторяющуюся часть в виде суперэлемента, а затем продублировать для получения 
полной модели. 
•
При умелом планировании работы можно построить независимые модели частей 
конструкции, а затем объединить их для получения полной модели. 
Рис. 
13

---

71 
•
Конструкция может содержать отдельные узлы, которые должны оставаться 
неизменными по функциональным соображениям или из-за способа их изготовления. 
Представлением таких узлов как суперэлементов можно выделить области 
«фиксированного дизайна» из модели, что дает возможность изолировать их от 
изменений геометрии или сетки, вносимых в оставшуюся часть модели. В этом 
отношении метод подконструкций особенно полезен при использовании средств 
оптимизации программы ANSYS. 
•
С использованием одной модели можно выполнять несколько разных видов ANSYS-
анализа без необходимости приводить матрицу жесткости к треугольному виду. 
Суперэлементы часто используются в тех случаях, когда для одной конструкции 
проводятся два разных анализа (так, например, линейный динамический анализ делается 
после модального). 
•
В линейном, не итеративном, варианте расчета можно отделить вычисление напряжений 
от расчета перемещений. Это целесообразно в тех случаях, когда важно знать не 
напряжения в суперэлементе, а влияние перемещений на остальную часть полной модели. 
•
Повышается эффективность кинематического анализа, выполняемого с учетом 
деформируемости звеньев механизма. Применение подконструкций в кинематических 
моделях позволяет осуществлять конечные повороты звеньев.