簡單來說，子模型法是對感興趣的區域進行放大，對網格進行細化，並采用位移或者力從整體模型的結果傳遞到子模型中。子結構法是將整體模型中的同類部件或者區域進行打包封裝。
1 子模型法
- 子模型是得到模型部分區域中更加精確解的有限單元技術。在有限元分析中往往出現這種情況，即對於用戶關心的區域，如應力集中區域，網格太疏不能得到滿意的結果，而對於這些區域之外的部分，網格密度已經足夠了。要得到這些關注區域的精確的解，可以采取兩種辦法：(a)用較細的網格重新划分並分析整個模型；（b)只在關心的區域細化網格並對其分析 ，顯而易見，方法a太耗費機時，方法b即為子模型技術。
- 子模型是在全局模型分析結果的基礎上研究局部模型的方法。通過初始的全局模型分析計算來確定在激勵載荷作用下的最大響應區域，子模型方法不需要細化或重分析整體模型，只需截取局部關注區域模型並細化其網格從而提高分析精度。即采用粗網格模型得到局部關注區域周圍的結果，采用局部區域網格細化得到局部分析結果。
- Abaqus中可以非常通用的添加子模型，為子模型定義的材料響應可以不同於整體模型定義的材料響應。
- Abaqus提供兩種子模型技術：基於節點的子模型技術與基於面的子模型技術。
- 子模型法是基於Saint-Venant's 定理，要求子模型邊界足夠遠離子模型響應的關注區域。因為建立子模型時沒有一個明確的限制來保證結果有意義，因此需要用戶自己判斷子模型建立的正確性。如何判斷子模型建立的正確性，一般的方法是查看子模型邊界附近的結果變量值及雲圖變化與全局模型是否一致，如果結果一致，則認為該子模型是有效的。
1.1 子模型法的分類
- 基於節點的子模型：使用全局模型節點位移結果場（包括位移、溫度等）插值到子模型邊界節點的技術，它能夠得到相對更精確的位移結果，適用於任何分析類型；
- 基於面的子模型技術：將整體模型的結果插值到受驅動的基於單元的面片上的子模型積分點。
- 可使用線性和非線性分析過程的組合，不能用於一個導入的分析。
1.2 子模型法應用考慮因素
- 基於面的子模型僅對於實體模型和靜態分析是可用的
- 整體模型剛度與子模型剛度相當時，兩種方法的計算結果相當；當剛度相差較大時，通常基於面的子模型具有更加精確的應力結果。
- 基於點的子模型可對模型的大變形和轉動進行更加精確的傳遞。
- 整體模型的位移與期望的子模型中位移密切對應時，基於節點的子模型通常是優先的；當子模型的位移響應不同於整體模型時，應使用基於面的子模型。（當模擬熱-應變分析時，並且子模型的溫度變化過程不同於整體模型時，可發生此種情況。例如，當熱傳到子模型做為順序熱-結構分析的一部分來執行時。）
- 基於面的子模型可以為剛度很大的結構提供更加精確的結果。
- 基於節點的子模型將產生一個位移場更加精確的傳輸；而就面的子模型將纏身各一個更加精確的應力場。
- 子模型不能參考一個包含多個載荷工況的整體模擬步，必須為將要驅動的子模型步使用一個單獨的載荷定義，以執行整體分析。
- 子模型的維度必須和整體模型的維度保持一致
1.3 子模型法關鍵技術
1.3.1 單元選擇
基於節點的子模型法：
- 二維模型
實體-實體
聲學-結構 - 三維模型
實體-實體
殼-殼
膜-膜
殼-實體
聲學-結構
基於面的子模型法
- 二維模型
實體-實體 - 三維模型
實體-實體 - 注意：不支持圓柱形單元和連續的殼單元
1.3.2 驅動變量
- 基於節點的位移做為驅動變量進行插值（較為常用）到子模型的邊界
- 基於面的應力作為驅動，使用應力場去插值子模型邊界單元的高斯積分點處的應力
1.3.3 鏈接整體模型和子模型
子模型是做為整體分析的一個單獨分析來運行的。子模型與整體模型之間的鏈接是將整體分析中保存的變量的時間相關值傳遞到子模型的相關邊界節點上，或者傳遞到相關的邊界面上。此傳遞是通過將來自整體模型的結果，為基於節點的子模型保存到結果文件（.fil）中，或者保存到輸出數據文件（.odb）中，或者為基於應力的子模型保存到輸出數據庫文件（.odb）中，然后將這些結果讀入子模型中分析。
1.4 仿真過程
1.4.1 問題描述
有一長條狀的鋼條，中間被鑽了一個直徑5mm的孔，試分析在左端固定，有端拉力500Pa狀態下，孔周圍的受力狀態。采用子模型的方法。
彈性模量： 2.1E11 Pa
泊松比： 0.27
密度： 7800 kg/m3
屈服強度： 2.35E8 Pa
建立幾何模型和材料賦值的過程省略。
先進行全域分析，然后進行子模型分析。
1.4.2 整體分析
網格划分
由於該模型不能直接進行結構化網格划分，需要對其進行分割，分割策略如下圖所示，設置全局種子為1，進行網格划分。
載荷邊界設置
左端（-X端）固定，約束其X、Y、Z方向移動的自由度，在右端（+X端）施加500Pa的拉力。
結果
其它情況默認，提交仿真獲得的應力雲圖如下圖所示。
1.4.3 基於面的子模型法
子模型創建
將上述的模型直接復制，生成子模型【Mode-2】，在左側樹狀圖中右鍵【Model-2】，在彈出的菜單中選擇【Edit Attributes...】，在彈出的界面中選擇【Submodel】，在【Read data from job:】后面輸入整體模型的結果文件，此處為 “H:\Abaqus\SubModel\Job-1.odb”，如下圖所示。（創建子模型並鏈接整體模型）
幾何建模
取孔周圍的一部分實體做為子模型，將復制過后的模型通過布爾運算，除去兩端的部分，得到的圖形如下圖所示。材料設置和復制與整體模型保持一致。
定義子模型驅動面
點擊【Create Load】圖標，在彈出的窗口選擇【Category--Other】，在【Types for Selected Step】中選擇【Submodel】，點擊按鈕【Continue】；
然后選擇子模型的周邊的四個面（分割后八個面）作為驅動子模型的驅動面。（在任何步中，通過應力驅動的子模型的所有面，必須制定為驅動面，因為面的列表不能在它的初始定義之后進行擴展）
定義幾何容差
當在整體中對面進行插值時，使用一個幾何容差來定義子模型中單元的驅動面節點可以位於整體模型未變形的有限元模型外表面之外。默認情況下，子模型中的面節點，必須位於位於0.05倍整體模型中的平均單元大小距離之內。
指定步編號
指定整體模型歷史的步，用於驅動當前子模型分析步驟的驅動變量
設置慣性釋放
點擊【Create Load】圖標，在彈出的窗口選擇【Category--Mechanical】，在【Types for Selected Step】中選擇【Inertia relief】，點擊按鈕【Continue】，選擇默認選項，點擊確定。
結果
在求解之前，可以將求解精度設置為Full
設置其它必要的選項，然后提交求解，結果如下圖所示。
1.4.3 基於節點的子模型法
子模型創建
將Model-2進行復制，創建Model-3模型。
由於是從Model-2復制的，所以該模型已經參考了整體模型的結果。
定義子模型中的驅動節點
刪除Model-3中的載荷，其它內容不變。
- 指定驅動節點並不激活驅動變量，他們必須通過指定合適的子模型邊界條件來激活。
- 在任何步中必須將驅動變量的子模型中的所有節點指定為驅動節點，因為節點的列表不能在初始定義之后進行拓展。
- 方法： 在載荷（Load）模塊，電機【Create Boundary Condition】，在【Category】中選擇【Other】，在【Types for Selected Step】中選擇【Submodel】，然后點擊確定；仍然選擇上述四個面（分割后是八個面）作為驅動節點；在彈出的界面中，容差（Relative）保持默認值，自由度（Degrees of freedom）為子模型需要繼承整體模型的節點自由度，這里填寫“1,2,3”三個方向。整體模型中的分析步填寫1，設置界面如下圖所示。
結果
創建分析步並求解，應力分析結果如下圖所示。
模型文件地址如下：
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1-wtmiWmnyP35vpVE-FVzvw
提取碼：ttbh
2 子結構法
- 子結構分析是一種用於簡化計算時間的方法。當結構中某些部分為重復結構時，可以將其最小單元做為一個子結構單元，在實際分析時重復利用該單元。其另一種應用方法為，當對整體結構中的某微小部分進行局部設計時，可以見結構不變的部分做為一個子結構單元，在進行局部設計分析時也可重復利用該單元。
- 子結構的實現原理是將一組通過分塊求解的方法把內部自由度消除，有時也稱自由度凝聚。這樣僅需對子結構進行一次剛度求解，對於重復次數較多的模型可以節約大量的計算時間。
- 通過保留節點上的保留自由度來與模型剩下的部分進行連接。
- Abaqus/CAE是不支持子結構的
2.1 為什么使用子結構
計算優勢
- 做為子結構結果的剛度矩陣（剛度，質量）較小。
- 當多次使用相同的子結構時，效率得到提升。
- 子結構化可以隔離子結構以外的可能的外部變化，以解決分析過程時間。
- 在具有局部非線性的問題中，子結構將模型縮聚到只有在局部非線性中包含的自由度，則可以在一個非常低的自由度數量實現這些局部非線性的迭代。
組織優勢
- 子結構為復雜分析系統了一個系統的解決方法。
- 子結構庫允許分析間共享子結構。
- 許多實際結構非常龐大和復雜，以至於完結構的有限元模擬計算超出了可用的計算機資源，可以使用子結構進行結構優化，並一層一層的堆疊這些結構，知道完成整個結構，並且根據要求來局部回復位移和應力來解決。
將模型的局部作為一個整體來處理，縮聚其內部自由度，只保留與外部有連接關系的自由度，從而減小剛度矩陣和質量矩陣的規模和計算量。
2.2 子結構應用類型
可無限使用子結構：
- 靜態應力分析
- 使用直接積分的隱式動力學分析
- 直接求解穩態動力學分析
- 固有頻率提取
- 復特征值提取
- 基於模態的穩態動力學分析
子結構不支持恢復已經消除的自由度：
- 瞬態模擬動力學分析
- 響應譜分析
- 隨機響應分析
參考資料
【1】基於Abaqus的子模型熱固耦合
【2】Abaqus子模型簡介
【3】學習Abaqus子模型從這里開始
【4】《Abaqus分析用戶手冊--分析卷》
【5】《Abaqus分析用戶手冊--指定條件、約束與相互作用卷》