(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210359625.1 (22)申请日 2022.04.06 (71)申请人 同济大学 地址 200092 上海市杨 浦区四平路1239号 (72)发明人 徐晨　肖涵　江扬　徐艺　 (74)专利代理 机构 上海科盛知识产权代理有限 公司 312 25 专利代理师 杨宏泰 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于位移协调的子模型结构建模分析 方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于位移协调的子模型结 构建模分析方法， 计算分析时结构整体采用计算 成本较小的梁 单元进行分析， 得到各节点位移情 况后， 采用实体板壳单元建立起 关键位置的子模 型并展开分析。 其中子模型的位移协调边界设置 为本发明的一大特点， 本发明分别在子模型两端 以及其它弹性支撑影响区通过施加强制位移和 转角的方法设定位移协调条件， 其中强制位移数 据来源于 结构整体梁单元模型中相应节点位移， 最终计算得到子模型的各项计算结果。 与现有技 术相比， 本发明具有能够满足结构设计精度要 求、 大幅节省计算成本、 计算概念明了且结果可 信、 适用范围广等优点。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 114925556 A 2022.08.19 CN 114925556 A 1.一种基于位移 协调的子模型 结构建模分析 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 1)通过有限元分析软件构建待分析结构的整体模型， 并根据有限元分析结果获取整体 模型中各节点的位移及转角数据； 2)在整体模型中确定需要进行局部分析的位置， 据此在有限元分析软件中构建子模 型， 并根据整体模型中各节点的位移及转角数据在子模型两端及其 弹性支撑影响区通过施 加强制位移和转角的方式设定位移协调条件， 对子模型进行有限元分析计算得到分析结 果。 2.根据权利要求1所述的一种基于位移协调的子模型结构建模分析方法， 其特征在于， 所述的有限元分析 软件包括ABAQUS。 3.根据权利要求1所述的一种基于位移协调的子模型结构建模分析方法， 其特征在于， 所述的步骤1)中， 整体模型包括梁单 元结构模型。 4.根据权利要求1所述的一种基于位移协调的子模型结构建模分析方法， 其特征在于， 所述的步骤1)中， 整体模型中各节点的位移及转角数据具体包括X方向位移、 Y方向位移、 Z 方向位移、 绕X轴转角、 绕Y轴转角以及绕Z轴转角。 5.根据权利要求3所述的一种基于位移协调的子模型结构建模分析方法， 其特征在于， 所述的步骤2)中， 所述的子模型 具体为实体板壳单 元子模型。 6.根据权利要求1所述的一种基于位移协调的子模型结构建模分析方法， 其特征在于， 所述的步骤2)具体包括以下步骤： 21)使用有限元 软件建立结构局部的子模型， 并进行装配； 22)根据设计情况 赋予子模型中各构件材 料特性； 23)在子模型端部施加强制位移和转角数据； 24)若子模型上设有支撑， 则采用23)中相同的方法在弹性支撑影响区施加强制位移和 转角数据； 25)划分网格并进行有限元分析。 7.根据权利要求6所述的一种基于位移协调的子模型结构建模分析方法， 其特征在于， 所述的步骤25)中， 实体单 元和壳单 元均采用六面体网格进行划分。 8.根据权利要求1所述的一种基于位移协调的子模型结构建模分析方法， 其特征在于， 为防止由于采用子模型两端采用位移协调的方式约束导致靠近边界的计算结果失真， 在子 模型进行有限元分析时， 建立 边界过渡段以消除局部影响。 9.根据权利要求1所述的一种基于位移协调的子模型结构建模分析方法， 其特征在于， 本发明还 包括以下步骤： 3)根据子模型的有限元分析 结果与整体模型有限元分析 结果进行对比验证。 10.根据权利要求9所述的一种基于位移协调的子模型结构建模分析方法， 其特征在 于， 所述的步骤3)中， 通过整体模型 结构与子模型的顶部应力结果进行对比验证。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114925556 A 2一种基于位移协调的子模型结构建模分析方 法 技术领域 [0001]本发明涉及大型复杂结构有限元建模分析技术领域， 尤其是涉及一种基于位移协 调的子模型 结构建模分析 方法。 背景技术 [0002]有限元计算分析是建筑结构设计过程中的关键一环， 目前的通用有限元软件可以 精确地计算出大多 数结构的受力、 变形情况， 为结构设计提供依据， 随着建筑结构日益大型 化、 复杂化， 有限元计算分析在设计过程中的应用越来越多。 [0003]目前， 针对大型、 复杂结构的有限元计算分析主要是集中在结构整体受力特点， 因 此采用计算成本相对较小的梁单元或杆单元， 但是这类单元无法精确获得截面任意点应 力、 应变状态， 从而无法考虑结构局部受力的差异。 在普遍的设计过程中， 已有的解决方案 是基于实体单元建立整体结构模型或局部模型。 前者优势在于可以反映结构上任意位置的 受力情况， 但计算成本太大； 后者可以较好体现结构局部受力状况， 但这其中的关键因素之 一就在于边界条件的处 理。 [0004]目前， 普遍采用的做法是将局部模型两端施加相应约束， 然后将各荷载以力的形 式引入模 型， 这种做法只能在一定程度上反映结构局部受力特征， 属于定性研究， 采用既能 提高局部模型有限元计算的准确性， 同时又能节省计算成本的计算方法在结构设计中是不 可或缺的。 因此需要一种子模型结构计算分析方法， 一路与研究结构局部受力特性和简化 计算。 发明内容 [0005]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于位移协调 的子模型 结构建模分析 方法。 [0006]本发明的目的可以通过以下技 术方案来实现： [0007]一种基于位移 协调的子模型 结构建模分析 方法， 包括以下步骤： [0008]1)通过有限元分析软件构建待分析结构的整体模型， 并根据有限元分析结果获取 整体模型中各节点的位移及转角数据； [0009]2)在整体模型中确定需要进行局部分析的位置， 据此在有限元分析软件中构建子 模型， 并根据整体模型中各节点的位移及转角数据在子模型两端及其弹性支撑影响区通过 施加强制位移和转角的方式设定位移协调条件， 对子模型进 行有限元分析计算得到 分析结 果。 [0010]所述的有限元分析 软件包括ABAQUS。 [0011]所述的步骤1)中， 整体模型包括梁单 元结构模型。 [0012]所述的步骤1)中， 整体模型中各节点的位移及转角数据具体包括X方向位移、 Y方 向位移、 Z方向位移、 绕X轴转角、 绕Y轴转角以及绕Z轴转角。 [0013]所述的步骤2)中， 所述的子模型 具体为实体板壳单 元子模型。说　明　书 1/5 页 3 CN 114925556 A 3