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子結(jié)構(gòu)技術(shù)是將一個(gè)大型結(jié)構(gòu)分解成一些規(guī)模較小的部分—子結(jié)構(gòu)，單獨(dú)分析這些子結(jié)構(gòu)，然后將其拼裝在一起。子結(jié)構(gòu)法的理論基礎(chǔ)是“靜凝聚”，應(yīng)用靜凝聚技術(shù)可以把子結(jié)構(gòu)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的剛度和載荷用子結(jié)構(gòu)邊界節(jié)點(diǎn)(稱為“出口”節(jié)點(diǎn))的剛度和載荷矩陣來(lái)表示。
在算法上，子結(jié)構(gòu)法可把一個(gè)階數(shù)很高的線性方程組的求解問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一些階數(shù)低得多的方程組的求解問(wèn)題，具有降階凝聚、分階段求解的特點(diǎn)，非常適合對(duì)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析。
子結(jié)構(gòu)分析技術(shù)可以簡(jiǎn)化整體結(jié)構(gòu)的有限元分析，在計(jì)算機(jī)設(shè)備資源有限的情況下，為分析大型結(jié)構(gòu)提供可能。該技術(shù)常用于以下3種情況：
(1)在非線性分析中，可以將模型的線性部分作為子結(jié)構(gòu)，避免該部分在非線性迭代過(guò)程中反復(fù)計(jì)算。
(2)可以將結(jié)構(gòu)中的重復(fù)部分作為子結(jié)構(gòu)生成超單元，復(fù)制得到相同結(jié)構(gòu)部分的超單元，節(jié)省大量機(jī)時(shí)。
(3)可以將整個(gè)結(jié)構(gòu)分為若干子結(jié)構(gòu)分別計(jì)算，節(jié)省計(jì)算機(jī)資源。
子結(jié)構(gòu)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于船舶、汽車等的有限元分析中，但大多數(shù)是采用自頂而下的分析方法，該方法是在調(diào)入整體模型的基礎(chǔ)上完成子結(jié)構(gòu)的生成和擴(kuò)展，易于實(shí)現(xiàn)超單元與非超單元邊界節(jié)點(diǎn)的連接，但只適用于相對(duì)小一些的模型。對(duì)于大型復(fù)雜產(chǎn)品(如車體、船舶等)，應(yīng)采用自底而上的子結(jié)構(gòu)生成方法。該方法對(duì)重復(fù)構(gòu)件僅需生成一個(gè)超單元，其余的通過(guò)移動(dòng)拷貝來(lái)得到超單元，難點(diǎn)是需要克服超單元與非超單元節(jié)點(diǎn)的銜接，所以在工程領(lǐng)域很少應(yīng)用。
本研究自底而上的子結(jié)構(gòu)分析方法的基礎(chǔ)上，以某貨車車體為例，將車體上的重復(fù)構(gòu)件如側(cè)柱、橫帶等生成子結(jié)構(gòu)即超單元，作為標(biāo)準(zhǔn)件，建立子結(jié)構(gòu)庫(kù)，在分析中直接調(diào)用并拷貝使用，解決拷貝生成的子結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展問(wèn)題。最后，將子結(jié)構(gòu)分析結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證子結(jié)構(gòu)的拷貝技術(shù)在車體有限元分析中應(yīng)用的可行性及有效性。
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