Hình 2.4 Nhiều phần tử nhỏ liên kết lại thành cấu trúc con, giữ 2 cấu trúc con có các điểm tương tác, các điểm tương tác là nơi đặt điều kiện biên ban đầu cho mô phỏng.
ADAMS sử dụng tập tin trung gian (MNF-Modal Neutral Files) cho mô phỏng hệ
nhiều vật mềm và một phần của quá trình tạo ra file MNF là tạo ra các cấutrúc con.
Trong quá trình này, mô hình ANSYS được tạo ra cho các khâu mềm của mô hình MSC.ADAMS, và mỗi khâu được mô hình hóa như là những cấu trúc con của
ANSYS.
Tách hay chia nhỏ cấu trúc là một phương pháp để chia hình học thành các khối riêng biệt, trong đó các đối tượng chính thể hiện qua các nút tương tác. Các nút thứ cấp bên trong phân vùng có thể là sự hiển thị của ứng xử các dạng dao động sơ cấp. Bằng cách này, hệ thống có thể được đơn giản hóa. Điều này có nghĩa rằng, thanh cần kết nối được thực thi như là khâu mềm (linh hoạt) có thể tương tác với phần còn
lại của mô hình thông qua các nút tương tác(hình 2.5).
Trong phần tử hữu hạn, cấu trúc con còn được gọi là siêu phần tử và hai từ này được sử dụng hoán đổi cho nhau. Cấu trúc con có nhiều thuận lợi như sau:
Hình 2.5 Các nút tương tác và nút bên trong thanh kết nối và các nút tương tác được kết hợp với các nút bên trong
Trong phần tử hữu hạn, cấu trúc con còn được gọi là siêu phần tử và hai từ này được sử dụng hoán đổi cho nhau. Cấu trúc con có nhiều thuận lợi như sau:
Ma trận hệ thống (độ cứng, khối lượng) sẽ nhỏ do kết quả của quá trình phân chia cấu trúc. Sau khi tạo ra các cấu trúc con, chỉ những bậc tự do còn lại và ma trận độ cứng (và khối lượng) liên kết giảm đi được dùng trong phân tích cho tới khi cần phải tìm lại giải pháp bên trong cấu trúc con.
Hiệu quả được cải tiến khi cùng một cấu trúc con được sử dụng nhiều lần. Việc tính toán độ cứng và giảm cấu trúc con được thực hiện một lần duy nhất. Tuy nhiên, bản thân cấu trúc con có thể dùng nhiều lần, dẫn đến tiết kiệm đáng kể các nỗ lực tính toán, do đó giảm thời gian tính toán.
Tách cấu trúc con có thể cách ly các thay đổi bên ngoài cấu trúc con để tiết kiệm thời gian trong quá trình phân tích lại. Trong suốt quá trình thiết kế, phần lớn các cấu trúc thường giữa nguyên không đổi, những phần này có thể được cách ly với
cấu trúc con để giảm nỗ lực tính toán trong việc hình thành độ cứng từng phần của cấu trúc.
Trong vấn đề với tính phi tuyến cục bộ, như mô hình bao gồm các tương tác cách ly hay tiếp xúc, sự lặp lại để giải quyết tính phi tuyến cục bộ có thể được thực hiện để giảm số lượng lớn các bậc tự do nếu khả năng của cấu trúc con được sử dụng để hình thành mô hình chỉ với số bậc tự do liên quan đến tính phi tuyến cục bộ.
Tách hay chia nhỏ cấu trúc cung cấp một cách tiếp cận mang tính hệ thống cho các phân tích phức tạp. Quá trình thiết kế thường bắt đầu với những phân tích độc lập các cấu trúc phụ xuất hiện tự nhiên. Vì vậy, nó hiệu quả khi thực hiện phân tích thiết kế cuối cùng với việc sử dụng dữ liệu cấu trúc con đạt được trong các phân tích độc lập.
Thư viện cấu trúc con cho phép người phân tích chia sẻ cấu trúc. Trong các dự án
thiết kế lớn, các nhóm lớn kỹ sư Trưởng phải tiến hành các phân tích sử dụng cùng
cấu trúc. Thư viện cấu trúc con cung cấp một cách đơn giản, tinh gọn để chia sẻ
thông tin cấu trúc.
Nhiều cấu trúc thực tế có kích thước rất lớn và phức tạp mà mô hình phần tử hữu
hạn đặt ra các yêu cầu quá mức về các tài nguyên tính toán sẵn có. Một vấn đề
tuyến tính lớn như thế có thể được giải quyết bằng cách xây dựng mô hình, chia nhỏ cấu trúc bởi các cấu trúc con, và sắp xếp các mức này theo cấp độ cho đến khi cấu trúc tổng thể được hoàn thiện và sau đó xác định các chuyển vị và ứng suất cục bộ theo yêu cầu.
Lý thuyết về phân tích cấu trúc con được trình bày trong luận văn dựa theo tài liệu
tham khảo lý thuyết của ANSYS ở chương chia nhỏ và phân tích cấu trúc con[10].
Trong ANSYS, đáp ứng trong cấu trúc con, một khi được giảm đến cấu trúc con, được xem xét như là một nhiễu loạn tuyến tính về trạng thái cấu trúc con tại thời
và các biến trạng thái khác h0. Tổng giá trị của chuyển vị và các thành phần ứng
suất trong cấu trúc con được biểu diễn bởi các phương trình (2-47) và (2-48).
(2-47)
(2-48)
Trong đó, và là các biến đổi tuyến tính giữa các bậc tự do còn lại của cấu
trúc con và thành phần chuyển vị hoặc ứng suất đang xem xét. Cấu trúc con phải trong trạng thái tự cân bằng khi nó được làm từ một cấu trúc con. Vì mục đích của kỹ thuật chia nhỏ cấu trúc là nhờ cấu trúc con chỉ đóng góp vào các bậc tự do giữ
lại. Do đó, vector ngoại lực được hình thành từ những trường hợp tải cấu trúc
con khác 0, và nội lực là tổng các dịch chuyển tuyến tính của các biến được giữ
lại và vận tốc, gia tốc của chúng. là ma trận khối lượng được giảm cho cấu trúc
con, là ma trận giảm chấn được giảm, ma trận độ cứng được giảm. Những ma
trận này kết nối duy nhất với số bậc tự do được giữ lại. Ta có phương trình (2-49).
(2-49)
Các ma trận độ cứng dễ dàng xác định khi chỉ đáp ứng tĩnh được xem xét. Do đáp ứng của các cấu trúc con hoàn toàn tuyến tính, các mốt (mode) không đủ để định nghĩa chính xác đáp ứng động của cấu trúc con. Các mô hình của cấu trúc con được thực hiện trên hệ thống CAE như ANSYS, ABAQUS/SIMULIA, NASTRAN và biến đổi thành file MNF để sử dụng trong MSC. ADAMS thông qua các môđun tích hợp (xem hình 2.6)
Hình 2.6 Các phần tử nhỏ liên kết với nhau tạo thành cấu trúc con, trong các phần tử nhỏ có các ma trận độ cứng nhỏ, các ma trận độ cứng nhỏ này liên kết tạo thành ma trận độ cứng tổng thể. Các điểm tương tác là nơi đặt điều kiện biên cho quá trình mô phỏng.