JPH03211680A - Multiplexing system for super-element - Google Patents
Multiplexing system for super-elementInfo
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- JPH03211680A JPH03211680A JP2006110A JP611090A JPH03211680A JP H03211680 A JPH03211680 A JP H03211680A JP 2006110 A JP2006110 A JP 2006110A JP 611090 A JP611090 A JP 611090A JP H03211680 A JPH03211680 A JP H03211680A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、有限要素法にもとづいて構造解析を行うシス
テムに係り、大規模構造解析を高速、がつ、高精度に実
行可能とする超要素の多重化方式〔従来の技術〕
従来、大規模な構造解析を行うにあたり、部分構造法を
用いて解析計算を行う手法として、多くの方法が用いら
れている。その中でCraig −Bawptonの手
法にもとづく部分構造モード合成法により作成される超
要素を解析要素に用いることによって、ある程度大規模
な解析を行う場合でも計算機容量の不足は補うことがで
きる。一方、高速演算、大容量演算を可能とするスーパ
ーコンピュータ等のコンピュータ能力の向上に伴い、大
規模構造系の解析に対するニーズが高まってきた。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a system for performing structural analysis based on the finite element method, and is an ultra-high-performance system that enables large-scale structural analysis to be performed quickly, efficiently, and with high accuracy. Element Multiplexing Method [Prior Art] Conventionally, when performing large-scale structural analysis, many methods have been used to perform analytical calculations using the substructure method. By using hyper-elements created by the substructure mode synthesis method based on the Craig-Bawpton method as analytical elements, it is possible to compensate for the lack of computer capacity even when performing a fairly large-scale analysis. On the other hand, with the improvement of computer capabilities such as supercomputers that enable high-speed calculations and large-capacity calculations, the need for analysis of large-scale structural systems has increased.
また、有効要素分割に対する技術の発達により大規模構
造物の解析モデル作成も容易になってきた。In addition, the development of techniques for dividing effective elements has made it easier to create analytical models for large-scale structures.
しかし、構造解析では構造物が大規模、かつ、複雑にな
ればなる程、計算機容量や計算に要する時間は増加の傾
向をたどる。However, in structural analysis, as the structure becomes larger and more complex, the computer capacity and time required for calculation tend to increase.
また、超要素を用いて振動応答計算を行う場合、その精
度向上のために、超要素の作成において規準モードに外
力項を考慮した一般化座標を用いる方法がある。この方
法は、例えば、特開昭61−270636号公報に記載
されている。Furthermore, when performing vibration response calculations using superelements, in order to improve the accuracy, there is a method of using generalized coordinates that take external force terms into consideration in the reference mode when creating superelements. This method is described, for example, in JP-A-61-270636.
上記従来技術は、複雑、かつ、大規模構造解析を行う場
合には多くの超要素ができ、結果的には大規模系を解く
ことになる。このため計算機容量の節約、計算時間の短
縮には限度があった。In the above-mentioned conventional technology, when performing complex and large-scale structural analysis, many super-elements are generated, resulting in the solution of a large-scale system. Therefore, there was a limit to the saving of computer capacity and shortening of calculation time.
一方、超要素の作成をくり返し、多重化を進めていくと
、応答計算での振動応力の精度が低下する場合がある。On the other hand, if superelements are repeatedly created and multiplexed, the accuracy of vibration stress in response calculations may decrease.
本発明の第一の課題は、トラス要素、梁要素。The first subject of the present invention is truss elements and beam elements.
シェル要素、ソリッド要素等の一般有限要素(以下、単
に一般有限要素と呼ぶ。)を用いて超要素を作成し、そ
の作成された超要素と一般有限要素を用いて、さらに新
たな超要素を作成し、この新たな超要素を作成する課程
をくり返し行′うことにより、大規模構造解析を効率よ
く、かつ、高精度に行うにある。A superelement is created using general finite elements such as shell elements and solid elements (hereinafter simply referred to as general finite elements), and a new superelement is created using the created superelement and general finite element. By repeating the process of creating new super-elements, large-scale structural analysis can be performed efficiently and with high accuracy.
本発明の第二の課題は、一般有限要素を用いて超要素を
作成し、その作成された超要素を二つ以上用いて、さら
に新たな超要素を作成し、この新たな超要素を作成する
課題をくり返し行うことにある。The second problem of the present invention is to create a superelement using general finite elements, create a new superelement using two or more of the created superelements, and create this new superelement. It consists in doing the tasks repeatedly.
上記課題は、構造解析で解析要素に超要素を用いる解析
方法に、拘束モードを計算する手順と、規準モードを計
算する手順と、拘束モードと規準モードを用いて、一般
的有限要素より超要素を作成する手順と、超要素と一般
有限要素より超要素を作成する手順と、を備えることに
より達成される。The above problem is solved by using super-elements as analytical elements in structural analysis. This is achieved by providing a procedure for creating a hyperelement, and a procedure for creating a hyperelement from a hyperelement and a general finite element.
超要素は一般有限要素と同様に質量マトリックス・剛性
マトリックス・要素荷重ベクトルを持っていることから
、超要素も一般有限要素と同様に扱うことにより、超要
素を多重化して作成することが可能となる。また、規準
モードの計算に、外力項を考慮した一般化座標を用いる
ことにより、振動応答計算での振動応力の計算精度が向
上する。Since super-elements have a mass matrix, stiffness matrix, and element load vector like general finite elements, by treating super-elements in the same way as general finite elements, it is possible to create multiple super-elements. Become. Furthermore, by using generalized coordinates that take the external force term into account in the calculation of the reference mode, the calculation accuracy of the vibration stress in the vibration response calculation is improved.
本発明の一実施例を第1図により説明する。まず一般有
限要素から超要素を作成する各手順について説明する。An embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG. First, each procedure for creating hyperelements from general finite elements will be explained.
超要素を構成する節点データを作成しくステップ1)、
一般有限要素の剛性マトリックス、質量マトリックス、
応力マトリックス等の要素マトリックス(以下要素マト
リックスと呼ぶ。)を作成しくステップ2)、それらを
全体マトリックスに重ね合わせ(ステップ3)、要素荷
重ベクトルを作成しくステップ4)、規準モードの計算
を行い(ステップ5)、拘束モードの計算(ステップ6
)を行った後、規準モードと拘束モードを用いて超要素
マトリックスを作成(ステップ7)する。このステップ
1〜7の各手順を作成する超要素の数だけ繰り返し、結
果をファイルAに出力しておく。次に、多重化された超
要素を作成する各手順について説明する。超要素を構成
する節点データを作成しくステップ8)、要素マトリッ
クスを作成しくステップ9)、それらを全体マトリック
スに重ね合わせ(ステップ10)、要素荷重ベクトルを
作成しくステップ11)、規準モードの計算(ステップ
12)を行い、拘束モードの計算(ステップ13)を行
った後、規準モードと拘束モードを用いて超要素を作成
(ステップ14)する。このステップ8〜14の各手順
を多重化して作成する超要素の数だけ繰り返し、結果を
ファイルBに出力しておく。ここで手順(ステップ9)
では一般有限要素とファイルA、ファイルBに出力され
である超要素のデータをそれぞれ入力できるようにして
おく。こうして作成された超要素を全体系の解析(ステ
ップ15)に使用する。Step 1) to create the node data that constitutes the superelement.
General finite element stiffness matrix, mass matrix,
Create an element matrix such as a stress matrix (hereinafter referred to as element matrix) (Step 2), superimpose them on the overall matrix (Step 3), create element load vectors (Step 4), and calculate the standard mode ( Step 5), Calculation of constraint mode (Step 6)
), a superelement matrix is created using the standard mode and constraint mode (step 7). Each of steps 1 to 7 is repeated for the number of superelements to be created, and the results are output to file A. Next, each procedure for creating multiplexed super-elements will be explained. Step 8) to create node data composing the super-element, step 9) to create an element matrix, superimpose them on the overall matrix (step 10), create element load vectors (step 11), and calculate the standard mode ( After performing step 12) and calculating the constraint mode (step 13), a superelement is created using the reference mode and the constraint mode (step 14). The steps 8 to 14 are repeated as many times as the number of superelements to be created by multiplexing, and the results are output to file B. Here are the steps (Step 9)
Now, let's make it possible to input the data of the general finite element and the hyperelement which are output to files A and B. The hyperelement thus created is used for the analysis of the entire system (step 15).
本発明の概念を第2図ないし第4図を用いて説明する。The concept of the present invention will be explained using FIGS. 2 to 4.
まず、一般有限要素31より超要素A・32を作成する
。次に、超要素A・32を三つ用いて超要素B・33を
作成する。その結果、第4図に示すように全体系は、超
要素Aが一要素、超要素Bが三要素から構成されること
になる。First, a superelement A.32 is created from the general finite element 31. Next, super-element B-33 is created using three super-elements A-32. As a result, as shown in FIG. 4, the entire system consists of one super element A and three super elements B.
本発明で使用する超要素について第5図ないし第9図に
より説明する。The superelement used in the present invention will be explained with reference to FIGS. 5 to 9.
連続体を第5図のように有限要素でモデル化すると、そ
の運動方程式は、
[M](M)+[[](u)=(f )
・=(1)となる。ここで[Mコは質量マトリックス
、[K]は剛性マトリックス、(M)は加速度ベクトル
、(U)は変位ベクトル、(f)は外方ベクトルである
。減衰項は省略しである。式(1)に対して、−膜化変
位(q)を導入し、
(u)=[’F](q) ・・
・(2)の変数変換を行ない、左から[IP]Tをかけ
ると[Vコ”[M][vl(M)+[:vl”[Kコ[
ψ′コ(q)=[W]”(f )−(3)さらに
[M 傘]=[Vコ”[M][’ψ゛]
・・・(4)[K串]=[’!
’]”[K][マ] ・・・(5)
(g)=[マ]”(f ) ・
・・(6)とおけば、式(3)は
[M傘]=(眉+[K傘コ(q)=(g)
・・・(7)と書ける。ここで、[V]は(U)と(
q)について−討論に対応する変換を与える正方マトリ
ックスである0式(7)を解いて(q>を求め1式(2
)の変数変換で元に戻せば、求めるべき解(u)が得ら
れる。When the continuum is modeled using finite elements as shown in Figure 5, its equation of motion is [M] (M) + [[] (u) = (f)
・=(1). Here, [M is a mass matrix, [K] is a stiffness matrix, (M) is an acceleration vector, (U) is a displacement vector, and (f) is an external vector. The attenuation term is omitted. Introducing -film displacement (q) to equation (1), (u)=['F](q)...
・Conduct the variable conversion in (2) and multiply [IP]T from the left to get [Vco”[M][vl(M)+[:vl”[Kco[
ψ'ko (q) = [W]" (f ) - (3) Furthermore, [M umbrella] = [Vko" [M] ['ψ゛]
...(4) [K skewer] = ['!
']”[K][Ma]...(5)
(g)=[ma]”(f)・
...If we set (6), equation (3) becomes [M umbrella] = (eyebrow + [K umbrella (q) = (g)
...(7) can be written. Here, [V] is (U) and (
q) - Solve equation 0 (7), which is a square matrix giving the transformation corresponding to the discussion, to find (q>) and obtain equation 1 (2
), the solution (u) to be found can be obtained.
そこで、計算の精度や効率の点で有利にするために[t
F]として何を用いるかを以下に説明する。Therefore, in order to obtain an advantage in terms of calculation accuracy and efficiency, [t
What is used as F] will be explained below.
第5図の有限要素モデルの節点を2種類に分ける。一方
はO印で示す点で、これを境界点と呼ぶ。The nodes in the finite element model shown in Figure 5 are divided into two types. One is the point indicated by the O mark, and this is called the boundary point.
他方は、・印で示す点で、これを内部点と呼ぶ。The other point is the point indicated by the mark .This is called the internal point.
モデル全体は境界点で区切られこの例では3個の部分に
分けられる。[vコとして第6図に示すような形のもの
を用いる。[ΦC]は拘束モードで、境界点の各自由度
について、その自由度以外の全境界点の自由度を拘束し
て、その自由度に単位量の強制変位を与えた時の変形モ
ードであり、境界点の自由度の個数だけ存在する。[Φ
N]は規準モードで、境界点をすべて拘束した時の固有
振動モードであり内部点の自由度の個数だけ存在する。The entire model is divided into three parts in this example, separated by boundary points. [A v-type as shown in Fig. 6 is used. [ΦC] is the constraint mode, which is the deformation mode when all degrees of freedom of the boundary point other than that degree of freedom are constrained for each degree of freedom of the boundary point, and a unit amount of forced displacement is applied to that degree of freedom. , there are as many degrees of freedom as the boundary points. [Φ
N] is a standard mode, which is a natural vibration mode when all boundary points are constrained, and exists as many as the degrees of freedom of internal points.
[V]は正方マトリックスである。第5図の全体モデル
で境界点、内部点を51〜57のようにまとめて、それ
ぞれに対応した拘束モード、規準モードをまとめて並べ
れば第6図に示すようにマトリックスの中に全成分がO
の部分マトリックスができる。[V] is a square matrix. If the boundary points and internal points are grouped together as 51 to 57 in the overall model in Figure 5, and the corresponding constraint modes and reference modes are arranged together, all the components will be included in the matrix as shown in Figure 6. O
A submatrix of is created.
次に、方程式を境界点の方程式と内部点の方程式に分け
、前者にB、後者に工の添字をつけて表すと、式(1)
の運動方程式は
・・・(8)
式
(2)の変数変換は
となる。右辺のuBはqBと表すべきものであるかもし
れないが、左辺のuBと同じ値になるので同じ記号を用
いた。qNは規準モードに対応する一般化変位である。Next, if we divide the equation into an equation for the boundary point and an equation for the interior point, and express it by adding the subscript B to the former and the subscript engineering to the latter, we get Equation (1).
The equation of motion is...(8) The variable transformation of equation (2) is as follows. uB on the right side may be expressed as qB, but since it is the same value as uB on the left side, the same symbol was used. qN is the generalized displacement corresponding to the reference mode.
[V]は
であるが、上半分がXa、Oとなることは拘束モードと
規準モードの定義から明らかである。たたし、■Bは単
位マトリックスである。[V] is, but it is clear from the definitions of the constraint mode and the reference mode that the upper half is Xa and O. However, ■B is a unit matrix.
式 %式%[ ][ 式 (5)の[K傘]は [K拳コ=しψ]”[K][’ψ“] となる。formula %formula%[ ] [ formula (5) [K umbrella] is [K fistko=shiψ]” [K] [’ψ“] becomes.
ただし、
ここで拘束モード
[ΦC]
が
[KI!][Φc]+[K!B]=[Oコ・・・(13
)
を満たすことを利用した。However, here the constraint mode [ΦC] is [KI! ][Φc]+[K! B]=[Oko...(13
).
拘束モードは、 式 (13) で、[K!I]と[KIB]を与えて計算している。The restraint mode is formula (13) So, [K! It is calculated by giving [I] and [KIB].
式(6)の−膜化荷重ベクトル(g)は(q)=[ψ]
”(f)
第17図は、以上の結果を用いて式(7)のマトリック
スの形を図示したものである。規準モードは境界点を固
定した時の固有振動モードであるから、固有モードの直
交性より、[ΦN]”[M”][ΦN]および、[ΦN
]”[Kf■][ΦN]は対角マトリックスとなる。さ
らに、[ΦN]を[MI+]で正規化して[ΦN]”[
M I I ] [ΦN]を単位マトリックスにすれば
、[ΦN]T[K目][ΦN]の対角成分は、各規準モ
ードに対応する固有角周波数の自乗となる。その部分を
[Ω2]の記号で示す、第7図でマトリックスの各′成
分が零にならない部分をハツチングで示した。剛性マト
リックスについては式(12)で求めたように内部点の
方程式と境界点の方程式の達成部分は零となるが、質量
マトリックスについては式(11)で求めたように零と
はならない。この式で全部の方程式を考慮すれば1元の
式(1)を解くことと同じであるので、両者の結果は一
致するが、それでは計算の効率は向上しない。そこで、
規準モードのうち、低次のものだけを残して、高次の規
準モードを省略して自由度を縮小する。剛性マトリック
スについては、第8図で示したように高次の規準モード
に対応する方程式は他の方程式と連成していない。The -filming load vector (g) in equation (6) is (q) = [ψ]
”(f) Figure 17 illustrates the form of the matrix of equation (7) using the above results.Since the reference mode is the natural vibration mode when the boundary point is fixed, the eigenmode From orthogonality, [ΦN]”[M”][ΦN] and [ΦN
]"[Kf■][ΦN] becomes a diagonal matrix. Furthermore, [ΦN] is normalized by [MI+] to obtain [ΦN]"[
M I I ] If [ΦN] is made into a unit matrix, the diagonal components of [ΦN]T[K-th] [ΦN] will be the square of the natural angular frequency corresponding to each reference mode. The part is indicated by the symbol [Ω2], and in Fig. 7, the part where each 'component of the matrix does not become zero is shown by hatching. For the stiffness matrix, the achieved parts of the internal point equation and the boundary point equation are zero, as determined by equation (12), but for the mass matrix, they are not zero, as determined by equation (11). If all the equations are considered using this formula, it is the same as solving the one-element formula (1), so the results of both will match, but the efficiency of calculation will not improve. Therefore,
Among the standard modes, only the low-order ones are left and the high-order standard modes are omitted to reduce the degree of freedom. Regarding the stiffness matrix, as shown in FIG. 8, equations corresponding to higher-order normal modes are not coupled with other equations.
一方、質量マトリックスについては、高次モードでは質
量項の影響は小さいと考えられるので、高次モードが拘
束モードと連成する部分を無視しても影響は小さいと考
える。On the other hand, regarding the mass matrix, it is thought that the influence of the mass term is small in higher-order modes, so even if the part where the higher-order modes are coupled with the restrained mode is ignored, the influence is considered to be small.
こうして作成された部分構造のマトリックスには、一般
有限要素と同様に質量マトリックス、剛性マトリックス
、要素荷重ベクトルがあり、この部分構造を超要素と呼
んでいる。The matrix of the substructure created in this way includes a mass matrix, a stiffness matrix, and an element load vector, similar to general finite elements, and this substructure is called a superelement.
ここで、荷重項については式(14)のΦNf■のうち
高次の規準モードに関する部分を省略することになるが
、この部分が零ではないので、特に超要素の内部に荷重
が加わった時の応力の計算値が不正確になる場合がある
。そこで、本発明では、超要素に低次の規準モード[Φ
Nm]に加えて、高次の規準モードの代わりに、[vN
r ]と[vs h ]とからなる一般化座標を適用
する。−膜化座標とはn自由度系におけるn個の量のこ
とをいう。この手法を用いることにより、上記問題点が
解決される。Here, regarding the load term, the part related to the higher-order normal mode of ΦNf■ in equation (14) is omitted, but since this part is not zero, especially when a load is applied inside the superelement, Calculated stress values may be inaccurate. Therefore, in the present invention, the superelement has a lower-order normal mode [Φ
Nm], and instead of the higher-order reference mode, [vN
Apply generalized coordinates consisting of r ] and [vs h ]. - Membrane coordinates refer to n quantities in a system of n degrees of freedom. By using this method, the above problems are solved.
ここで、高次の規準モードの代わりに用いる一般化座1
11[ψsr]と[マNh]がどういうものかについて
説明する。Here, the generalized locus 1 used instead of the higher-order standard mode
11. What [ψsr] and [maNh] are will be explained.
今、考えている超要素の要素荷重ベクトルとして用意す
べき荷重ベクトルを(Fet)(i = 112 T・
Q)とする、この(Fet)に対して、境界点を固定し
て静解析をする。すなわち、
口CI](ut)=(Fet) −
・−(xs)これを解いて得られる(utHi=1.2
.・・・Q)を[ΦNm]と[K I I ]について
直交させる。′さらにその2個を互いに[KIT]につ
いて直交させ[M’l]で正規化して得られるベクトル
を列ベクトルとするマトリックスが[’Fs−1である
。したがって、[vNr]は
C”4’ N r ] ” [K ” ] [ΦN−]
= [O] −(16)[
’V Nrコ’[K ”][’FNr] = [Q H
rコ ・ (17)[Ωsrlは対角
マトリックスである。[Φsa]は境界点を固定した時
の固有ベクトルで、[マ計コは[ΦNg]に対して[K
I 1 ]直交させたものであるから[ψNr]”[
M ■■コ〔ΦN−1=[O]
・・・(18)となる。[vNr]の2個の列ベクト
ルが、[MII]について必ずしも直交している必要は
ないが、実際に用いている方法では、直交化させてしま
っている。[マsh]については、 [KII]につい
て[ΦNNココ[vN r Eと直交し、また、それら
相互も[K r I ]について直交するベクトルを用
意することができる。The load vector that should be prepared as the element load vector of the super element we are considering now is (Fet) (i = 112 T・
Q), static analysis is performed on this (Fet) with the boundary points fixed. That is, Mouth CI] (ut) = (Fet) −
・-(xs) Obtained by solving this (utHi=1.2
.. ... Q) is made orthogonal with respect to [ΦNm] and [K I I ]. 'Fs-1 is a matrix whose column vectors are the vectors obtained by orthogonalizing the two with respect to [KIT] and normalizing them with [M'l]. Therefore, [vNr] is C"4'Nr]"[K"][ΦN-]
= [O] − (16) [
'V Nrko' [K ''] ['FNr] = [Q H
rco・(17) [Ωsrl is a diagonal matrix. [Φsa] is the eigenvector when the boundary point is fixed, and [Mako is [K] with respect to [ΦNg]
I 1 ] Since they are orthogonal, [ψNr]”[
M ■■ko [ΦN-1=[O]
...(18). The two column vectors of [vNr] do not necessarily have to be orthogonal with respect to [MII], but in the method actually used, they are made orthogonal. Regarding [Mash], vectors can be prepared that are orthogonal to [ΦNN here[vN r E for [KII] and also orthogonal to each other for [K r I ].
すなわち、[vNhlは
[ψ、h]T[K11コ[Φs*]=[0コ
・・・(19)[マshl”[K”コ[Φ
Nr] = [O] ”・(2
0)[v*hl”[K”][vNh]=[Ω貴hl
”・(21)を満たす。ここで[Ωsh]は対
角マトリックスである。That is, [vNhl is [ψ, h]T[K11 [Φs*] = [0
...(19) [mashl”[K”ko[Φ
Nr] = [O] ”・(2
0) [v*hl”[K”][vNh]=[Ωkihl
”.(21) is satisfied. Here, [Ωsh] is a diagonal matrix.
以上のようにして得られる[ ’F N h ]につい
ては、[VNh]”(Fe1)=(0)(i = 1
、 2、−2 )−(22)となる。したがって、第8
図の[q、]は、[O]になる [yl 11 ]につ
いては
[vNhコ”[M ”コ[ON *コニ[O]
−(23)となるが、
[’F Nhコ”[M ”コ[ΦNr]≠[0コ
−(24)である。以上のように
して座標変換後の方程式を第8図のような形にする座標
変換マトリックス[ψ]=[ΦCΦN、ψN r vN
h ]が存在する。ただし、実際に計算する必要があ
るのは、ΦC4ΦI、ψN。For ['F N h ] obtained as above, [VNh]" (Fe1) = (0) (i = 1
, 2, -2 ) - (22). Therefore, the eighth
[q,] in the figure becomes [O] For [yl 11 ], [vNh ko” [M ” ko[ON *koni[O]
-(23), but ['F Nhko"[M"ko[ΦNr]≠[0ko
-(24). Coordinate transformation matrix [ψ] = [ΦCΦN, ψN r vN
h ] exists. However, what actually needs to be calculated is ΦC4ΦI, ψN.
までで、ψNhについては対応する外力項が(0)にな
ることがわかっているため計算不要である。Since it is known that the corresponding external force term is (0) for ψNh, no calculation is necessary.
以上に述べた一般化座標の計算方法は第9図の計算方法
をそのまま用いることが可能である。前半はサブスペー
ス法による固有値解析でp個の固有ベクトル(規準モー
ド)が求められる。次に得られた2個モードに対し、式
(15)要素荷重ベクトル(Fe+)(i = 1 、
2 、 ・・・12)を第9図に示すように直交化させ
[Fr]を求める。[Φ]に[M]をかけて得られる[
Yk]と[F、]を合わせた(p+Q)個を列ベクトル
とするマトリックス[Y&]を用意する。As the generalized coordinate calculation method described above, the calculation method shown in FIG. 9 can be used as is. In the first half, p eigenvectors (normative modes) are determined by eigenvalue analysis using the subspace method. Next, for the two modes obtained, equation (15) element load vector (Fe+) (i = 1,
2, . . . 12) are orthogonalized as shown in FIG. 9 to obtain [Fr]. Multiply [Φ] by [M] to obtain [
A matrix [Y&] is prepared whose column vectors are (p+Q) column vectors, which are a combination of [Yk] and [F,].
そして、
[KII][Xa]=[Ya]
−(25)を解き、[Xal
を得る。この[Xalを用いて[M”]t[K”]を部
部分量に縮小する。部分空間での剛性マトリックス[K
、]は、
[Lコニ[又盈コT[K夏!][Xal
・・・(26)であるが、式(25)
を考慮して、
[K&コ=[Xal]丁[y al
−(27)によって計算で
きる。部分空間での質量マトリックス[M&]は
[M al = [又a]T[M■!][又aコ
−(28)cKa]、[Ma]
について1部分空間での固有値問題EK&コ[Qa]=
[Maコ[Q、HΩa] ”・
(29)を解いて〔Q&〕を求める。最終的に[ΦNt
マsr]が[Os a ’F N r ] = [X
aコ[Qal −(
30)として計算される。さらに、元の空間での要素荷
重ベクトル[Fe3から、拘束モード、規準モードで変
換した空間での要素荷重ベクトル[Gslが、[ae]
=[ΦNlψsr]”[F el −(
31)で得られ、これは式(14)の右辺の下半分に相
当するものである。上半分は別に計算して、両方を合わ
せて、一般有限要素の等細筒点荷重にあたるものとなる
。And [KII] [Xa] = [Ya]
- Solve (25) and [Xal
get. Using this [Xal, [M'']t[K''] is reduced to a partial quantity. Stiffness matrix [K
,] is [L Koni [Mata Eiko T [K Summer! ][Xal
...(26), but formula (25)
Considering, [K & Co = [Xal] Ding [y al
- It can be calculated by (27). The mass matrix [M&] in the subspace is [M al = [also a]T[M■! ] [also ako
-(28)cKa], [Ma]
Eigenvalue problem in one subspace for EK & co[Qa] =
[Mako [Q, HΩa]”・
Solve (29) to find [Q&]. Finally [ΦNt
massr] is [Os a 'F N r ] = [X
ako [Qal -(
30). Furthermore, the element load vector in the original space [Fe3, the element load vector in the space transformed in the constraint mode and standard mode [Gsl] is [ae]
= [ΦNlψsr]”[F el −(
31), which corresponds to the lower half of the right side of equation (14). The upper half is calculated separately, and the two together correspond to the uniform cylindrical point load of a general finite element.
本発明によれば、超要素を多重化して作成できるため、
−度に解く系の自由度が少なくなり計算機容量の大幅な
省力化が実現できる。それに伴い、計算量が減少するの
で計算時間の短縮化も実現できる。また、多重化する超
要素には規準モードに外力項を考慮した一般化座標を用
いて作成した超要素を用いるので、省略する高次の規準
モードに対応する外力項を零にでき、高精度な解析結果
を得ることができる。According to the present invention, superelements can be created by multiplexing, so
- degree of freedom of the system to be solved decreases, and a significant reduction in computer capacity can be realized. Accordingly, since the amount of calculation is reduced, the calculation time can also be shortened. In addition, since the superelement to be multiplexed is created using generalized coordinates that take into account the external force term in the reference mode, the external force term corresponding to the omitted higher order reference mode can be made zero, resulting in high accuracy. It is possible to obtain accurate analysis results.
第1図は、本発明の一実施例の説明図、第2図は、一般
有限要素から超要素を作成する″説明図、第3図は、超
要素を用いて超要素を作成する説明図、第4図は、全体
系を表す説明図、第5図は。
連続体を一般有限要素でモデル化した説明図、第6図は
、第5図に示す有限要素モデルに用いられる正方変換マ
トリックス[ψ]を示す説明図、第7図は、変換された
運動方程式をマトリックスの形にした説明図、第8図は
、外力項を考慮した一般化座標を用いて表した[ψ]と
その[ψ]を用いて変換した運動方程式の説明図、第9
図は外カ項を考慮した一般化座標の計算方法の一例を示
す説明図である。
5.12・・・規準モードの計算、6,13・・・拘束
モードの計算、7.14・・・超要素マトリックスの作
成、9・・・要素マトリックスの作成、81・・・外力
項名11¥1
#2
閲
v74刀
第3n
3
第5
の
1
第4因
慕
7
[朝(ロ)閏
図[に取1
[斬(J
第9
困
躬
fta’[Kl[刺
[?1[旬Fig. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram of creating super elements from general finite elements, and Fig. 3 is an explanatory diagram of creating super elements using super elements. , Figure 4 is an explanatory diagram showing the entire system, Figure 5 is an explanatory diagram showing a continuum modeled using general finite elements, and Figure 6 is a square transformation matrix used in the finite element model shown in Figure 5. Figure 7 is an explanatory diagram showing the transformed equation of motion in the form of a matrix. Figure 8 is an explanatory diagram showing [ψ] and its value expressed using generalized coordinates considering external force terms. Explanatory diagram of the equation of motion converted using [ψ], No. 9
The figure is an explanatory diagram showing an example of a method for calculating generalized coordinates in consideration of outer force terms. 5.12...Calculation of standard mode, 6,13...Calculation of restraint mode, 7.14...Creation of super element matrix, 9...Creation of element matrix, 81...External force term name 11¥1 #2 Review v74 Sword No. 3 n 3 No. 5 No. 1 No. 4 Inpo 7
Claims (1)
いる解析方法において、 解析系を境界自由度と内部自由度に分け、境界の各自由
度について単位の強制変位量を与えた時の静的変形モー
ドを計算する手段と、境界点を固定した時の固有振動モ
ードを計算する手順と、前記静的変形モードと前記固有
振動モードを用いて、トラス要素、梁要素、シェル要素
、ソリッド要素等の一般有限要素より超要素を作成する
手順と、前記超要素と前記一般有限要素とより前記超要
素を作成する手順とを備えていることを特徴とする超要
素の多重化方式。[Claims] 1. In structural analysis using a computer, in an analysis method that uses hyper-elements as analysis elements, the analysis system is divided into boundary degrees of freedom and internal degrees of freedom, and a unit forced displacement is calculated for each degree of freedom of the boundary. A method for calculating a static deformation mode when a given amount, a procedure for calculating a natural vibration mode when a boundary point is fixed, and a method for calculating a truss element, a beam, using the static deformation mode and the natural vibration mode. A super-element comprising: a procedure for creating a super-element from a general finite element such as an element, a shell element, a solid element, etc.; and a procedure for creating the super-element from the super-element and the general finite element. multiplexing method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006110A JPH03211680A (en) | 1990-01-17 | 1990-01-17 | Multiplexing system for super-element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006110A JPH03211680A (en) | 1990-01-17 | 1990-01-17 | Multiplexing system for super-element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03211680A true JPH03211680A (en) | 1991-09-17 |
Family
ID=11629363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006110A Pending JPH03211680A (en) | 1990-01-17 | 1990-01-17 | Multiplexing system for super-element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03211680A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007304657A (en) * | 2006-05-08 | 2007-11-22 | Yokohama Rubber Co Ltd:The | Method for forming modal model of structure, computer program for forming modal model, method for analyzing vibration of structure, and computer program for analyzing vibration of structure |
| JP2008116040A (en) * | 2006-10-13 | 2008-05-22 | Ntn Corp | Cage stress analysis method and stress analysis system |
-
1990
- 1990-01-17 JP JP2006110A patent/JPH03211680A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007304657A (en) * | 2006-05-08 | 2007-11-22 | Yokohama Rubber Co Ltd:The | Method for forming modal model of structure, computer program for forming modal model, method for analyzing vibration of structure, and computer program for analyzing vibration of structure |
| JP2008116040A (en) * | 2006-10-13 | 2008-05-22 | Ntn Corp | Cage stress analysis method and stress analysis system |
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