机械设计中的整体结构分析技术
机械设计的基本原理和方法
机械设计的基本原理和方法机械设计是指以机械结构为基础，使用工程技术方法进行创新和设计的过程。
在机械设计中，掌握基本原理和方法是非常重要的，下面将介绍其中的几个关键点。
一、机械设计的基本原理1.结构设计原理机械设计的结构设计原理是指根据机械产品的功能要求，将其分解为若干个组成部分，并通过合理的连接方式使这些部分形成一个有机的整体。
结构设计的关键在于考虑产品的强度、刚度、稳定性等因素，以确保产品的正常运行。
2.运动学原理机械设计中的运动学原理是研究物体运动的规律和方法。
在机械设计中，需要根据产品的工作要求和工作环境，确定产品的运动轨迹、速度、加速度等参数，并通过运动学分析来确定合适的机械结构和传动机构。
3.材料力学原理材料力学原理是机械设计的重要基础。
在机械设计中，需要对所选材料的力学性能进行分析和计算，以确定材料的适用范围和工作条件。
常用的材料力学原理包括弹性力学、塑性力学等。
4.热力学原理热力学原理在机械设计中的应用主要是分析机械系统的热工性能。
通过热力学原理的应用，可以对机械系统的能量传递和转化进行分析，从而优化机械系统的能效和性能。
二、机械设计的基本方法1.需求分析和规划机械设计的第一步是对产品需求进行分析和规划。
通过调研和产品定位，明确产品设计的目标和功能要求，确定设计方向和设计原则。
2.概念设计和创新概念设计是指根据需求和规划，在理论上进行创新和方案设计。
在概念设计中，可以采用创新的思维方式，结合专业知识和设计经验，提出多个不同的设计方案。
3.详细设计和分析详细设计是指从概念设计中选取一个最佳方案，并进行详细制图和参数计算。
在详细设计中，需要进行力学、动力学、热力学等方面的分析，确保设计方案的合理性和可行性。
4.制造和优化机械设计完成后，需要进行制造和优化。
在制造过程中，需要根据设计图纸进行加工和装配，确保产品的质量和精度；在优化过程中，可以根据实际使用情况对机械系统进行改进和调整，提高产品的性能和可靠性。
机械设计中的结构优化与几何优化
机械设计中的结构优化与几何优化在机械设计领域，为了提高产品的性能和效率，结构优化和几何优化是必不可少的过程。
结构优化旨在通过调整和改进机械结构的布局和材料分布，以达到最佳的结构性能。
而几何优化则通过调整机械零部件的外形和尺寸来优化其工作性能。
本文将介绍机械设计中的结构优化和几何优化的基本原理和方法。
一、结构优化结构优化是通过调整结构布局和材料分布来改进机械系统的性能。
在进行结构优化之前，需要先确定设计目标和设计约束。
设计目标可以是最小重量、最大刚度、最小变形等，而设计约束则包括尺寸限制、工艺要求、应力和应变的约束等。
常用的结构优化方法包括拓扑优化、参数优化和拟合优化。
拓扑优化是通过改变部件的形状和材料分布，来实现结构的最优化。
参数优化是在给定结构形状的基础上，通过改变参数的数值来优化结构性能。
拟合优化则是通过寻找合适的拟合曲线或曲面，以达到最佳的设计目标。
二、几何优化几何优化是通过调整机械零部件的外形和尺寸，来优化其工作性能。
几何优化旨在改变零部件的曲率、角度和尺寸，以提高其刚度、强度和流体动力性能等。
几何优化常用于飞行器、汽车和船舶等领域，以提高其运动性能和气动性能。
几何优化的方法主要包括形状优化、参数化优化和拓扑优化。
形状优化是通过改变零部件的曲率和角度，以改进其工作性能。
参数化优化则是在给定的几何模型上，通过改变参数的数值来优化零部件的形状和尺寸。
拓扑优化是通过拓扑结构的变化，来优化零部件的外形和分布。
三、结构优化和几何优化的应用结构优化和几何优化在机械设计中有着广泛的应用。
它们可以应用于飞行器设计中的翼型优化，以提高其升力和阻力性能；在汽车设计中的车身优化，以提高其安全性和运动性能；在船舶设计中的船体优化，以提高其稳定性和航行性能。
此外，结构优化和几何优化还可以应用于机械系统的动力学分析和热力学分析中。
通过优化结构和几何，在满足约束条件的前提下，可以使机械系统的动力学响应更加平稳且能量损失更小；在热力学分析中，优化后的结构和几何可以提高机械系统的热传导性能和热稳定性。
机械设计中的结构优化与性能改进
机械设计中的结构优化与性能改进机械设计是一门复杂而且关键的工程学科，旨在开发出满足特定需求的机械产品。
在设计过程中，经常需要进行结构优化和性能改进，以实现更高效、更可靠的机械系统。
本文将探讨机械设计中的结构优化方法和性能改进技术。
一、结构优化方法1. 材料选择优化材料选择直接影响到机械产品的性能和寿命。
在机械设计中，合理选择材料可以提高产品的承载能力、抗疲劳性能和耐腐蚀性能等。
结合具体的设计要求，通过材料对比和分析，选取最适合的材料，可以在不增加成本的情况下提升产品质量。
2. 结构形式优化结构形式是机械产品的基本组成部分，对其进行优化可以改善产品的性能和特性。
常见的结构形式优化方法包括减少零件数量、简化复杂连接和减小结构重量等。
通过分析力学和工程经验，寻找合适的结构形式，可以提高机械系统的工作效率和稳定性。
3. 运动学优化运动学优化主要涉及机械产品的运动性能和传动机构的设计。
通过运动学分析和仿真，可以优化机械产品的动作轨迹、速度和加速度等参数，在满足设计要求的前提下减小能量损耗和噪音产生，提高产品的工作效率和可靠性。
二、性能改进技术1. 润滑与密封改进润滑与密封系统的性能直接影响到机械产品的摩擦、磨损和密封效果。
通过优化润滑剂的选择和流体动力学设计，可以降低机械系统的能量损耗和磨损，提高其工作效率和使用寿命。
同时，合理设计密封结构和选择合适的密封材料，可以减少泄漏和污染，提升机械产品的可靠性和安全性。
2. 振动与噪音控制振动和噪音是机械系统中常见的问题，对产品性能和用户体验产生一定影响。
通过振动与噪音分析和控制技术，可以减小振动幅值和噪音水平，提高产品的减振和隔音能力。
采用合适的振动与噪音控制措施，不仅可以改善机械产品的使用体验，还能延长机械系统的使用寿命。
3. 节能与环保改进在现代社会，节能与环保成为了机械设计的重要指标。
通过改进机械系统的能量利用效率和减少能量损失，可以降低对资源的消耗和环境的影响。
机械设计中的机械结构设计
机械设计中的机械结构设计机械结构设计是机械设计中的核心内容之一，它关系到机械产品的性能、稳定性以及可靠性。
合理的机械结构设计可以提高机械产品的工作效率和使用寿命，本文将从多个方面探讨机械结构设计的关键要素和方法。
一、机械结构设计的意义及目标机械结构设计是指在满足机械产品功能需求的基础上，通过对各部件的布局、连接和配合等关键参数的合理选择和设计，以达到提高产品性能、稳定性和可靠性的目标。
机械结构设计的意义在于保证机械产品的运行正常和可靠，并能够满足用户的实际需求。
二、机械结构设计的关键要素1. 功能要素机械产品的功能要素是指机械产品的功能需求所决定的结构要素，包括机械产品的传动、支撑、固定和导向等功能要求。
2. 强度要素机械产品的强度要素是指机械产品在工作过程中所承受的力、扭矩和振动等外部载荷，需要结构设计具备足够的强度和刚度。
3. 质量要素机械产品的质量要素是指机械产品在工作过程中需要具备的稳定性和可靠性，包括零部件的精度、材料的选用等。
4. 经济要素机械产品的经济要素是指机械结构设计需要考虑的材料、零部件和制造工艺等方面的成本控制。
三、机械结构设计的方法和步骤1. 分析需求首先要明确机械产品的功能需求和性能要求，根据实际情况分析和确定机械产品的工作条件和工作环境等因素。
2. 进行初步设计在明确需求的基础上，进行初步设计，确定机械产品的整体结构和主要零部件。
根据功能要素、强度要素、质量要素和经济要素等要求进行综合考虑和设计。
3. 优化设计通过对初步设计的评估和分析，对机械产品的结构进行优化设计，包括机械产品的外形设计、结构参数的选择等。
通过不断的优化设计，提高机械产品的性能和可靠性。
4. 详细设计在完成初步设计和优化设计后，进行详细设计，确定机械产品的各个零部件的结构和参数。
在详细设计过程中，需要考虑制造工艺、材料选用等因素，确保设计的可行性和实施性。
5. 验证与改进在完成详细设计后，进行机械产品的验证和试制。
机械系统运动方案及结构分析
机械系统运动方案及结构分析机械系统运动方案及结构分析机械系统运动方案及结构分析是工程力学领域中的一个重要分支，它主要关注机械系统中的运动规律、力学原理以及结构设计，以期能够实现机械系统的高效运行和优化设计。
本文将从运动方案和结构分析两方面来详细介绍机械系统运动方案及结构分析的相关内容。
一、机械系统运动方案机械系统是指由多个零部件组成的、用于执行某种特定任务的机器设备。
如何让机械系统按照预定的轨迹进行运动，成为了进行运动方案设计的核心问题。
在进行机械系统运动方案设计时，需要考虑的因素包括运动稳定性、运动周期、运动轨迹、动力传递等问题。
1、运动稳定性运动稳定性是指机械系统在运动过程中能够保持平稳、无抖动的状态。
在机械系统设计过程中，运动稳定性是一个至关重要的因素，因为机械系统的不稳定运动不仅会影响其工作效率，还会对外部环境造成不良影响。
机械系统的运动稳定性可以通过对系统的动态响应进行分析来评估，动态响应的分析需要考虑系统中涉及的所有零部件的动态特性，如刚度和阻尼等。
2、运动周期机械系统的运动周期是指机械系统从开始到结束的一个完整运动过程所需的时间。
运动周期通常与机械系统的工作时间、生产效率密切相关，因此在运动方案设计过程中需要充分考虑。
运动周期的设计需要对机械系统的动力学性能进行分析，包括对机械系统的加速度、速度和位移等参数的计算。
3、运动轨迹机械系统的运动轨迹是指机械系统在运动过程中机械零部件运动的具体路径和方式。
不同的机械任务需要不同的运动轨迹来完成。
例如，对于数控机床来说，需要确保自动换刀的稳定运行，需要设计合适的自动刀具换向轨迹。
运动轨迹的设计需要考虑机械系统的运动范围、机构的工作方式以及机械零部件之间的相互作用等问题。
4、动力传递机械系统的动力传递是指机械系统中的动力信号传递过程，例如电机的驱动力信号传递到齿轮等机械零部件上。
在机械系统的运动方案设计过程中，动力传递是不可忽略的一个因素。
机械系统运动稳定性、运动周期、运动轨迹等因素都离不开动力传递的支撑。
机械设计中的结构优化与性能改进
机械设计中的结构优化与性能改进引言：机械设计是将工程原理、理论与实际经验相结合，将产品从概念到实际制造的过程。
在这个过程中，结构优化与性能改进是至关重要的任务。
本文将重点介绍机械设计中的结构优化与性能改进的方法和实施步骤，以帮助设计师更好地实现产品的优化设计。
一、结构优化的意义与目标1.1 结构优化的意义结构优化旨在提高产品的整体性能，包括强度、刚度、耐久性、安全性等。
通过优化设计，可以降低产品的重量、减小体积、提高运动性能、降低生产成本等，从而使产品更具竞争力。
1.2 结构优化的目标结构优化的目标是在满足设计要求的前提下，尽量提高产品的性能指标。
关键的目标通常包括减小质量、降低成本、提高刚度、提高强度等。
在设计过程中，还需要考虑到材料的选择、工艺的适应性等因素。
二、结构优化的方法与步骤2.1 方法选择结构优化的方法有多种，常见的包括拓扑优化、尺寸优化、材料优化等。
根据设计任务的具体要求，可以选择合适的优化方法。
2.2 步骤概述（1）确定设计目标与要求：明确产品性能指标的目标值，如重量、刚度、强度等。
（2）建立初始结构模型：根据设计要求建立初步的结构模型，包括零件的形状、连接方式等。
（3）选择优化方法：根据设计目标选择适合的优化方法，如拓扑优化、尺寸优化等。
（4）建立优化模型：利用计算机辅助设计软件，将初始结构模型导入优化模型，设置优化算法和约束条件。
（5）优化求解：运行优化算法，根据设定的目标函数和约束条件，对结构进行优化求解。
（6）分析与评估：对优化结果进行分析与评估，验证是否满足设计要求。
（7）优化迭代：根据评估结果，进行优化模型的调整和迭代，直到达到设计目标。
三、性能改进的方法与实施3.1 材料改进材料性能对机械设计的影响至关重要。
通过选择合适的材料，可以改善产品的强度、韧性、磨损性能等。
常见的材料改进方法包括合金化、热处理、表面改性等。
3.2 加工工艺改进优化加工工艺可以提高产品的质量和性能。
有限元法在机械设计中的应用
有限元法在机械设计中的应用有限元法是一种基于数学原理的现代计算技术，它被广泛应用于机械设计、结构分析、流体力学、电磁场等领域。
在机械设计中，有限元法可以帮助工程师们更准确地预测和分析结构性能，优化设计，提高产品质量和节约成本。
以下是有限元法在机械设计中的应用。
1. 结构分析有限元法最常用的应用是结构分析。
在机械设计中，结构分析可以帮助工程师们分析机械零部件的应力、变形、位移、刚度等特征。
通过有限元法，可以将结构分为许多小的单元，计算每个单元的应力和位移，并将它们整合成整体结构的应力和位移。
这样一来，工程师们可以更好地理解结构的性能，选择更合适的设计方案。
2. 材料选择在机械设计中，材料的选择是非常重要的。
有限元法可以对不同材料的性能进行计算，帮助工程师们选择最优的材料。
通过计算应力和位移，可以确定材料的强度、刚度、韧性等特性。
这样一来，工程师们就可以根据不同的需求选择适合的材料。
3. 疲劳分析疲劳分析是机械设计中的一个重要方面。
有限元法可以在设计过程中对零部件进行疲劳分析，计算它们的疲劳寿命。
通过预测零部件的疲劳寿命，工程师们可以选择更可靠的设计方案，避免机械失效和安全事故。
4. 模拟分析在机械设计的早期阶段，有限元法可以在计算机上进行模拟分析，帮助工程师们进行设计可行性分析。
通过模拟分析，工程师们可以验证设计是否合理，优化设计，提高机械性能。
5. 优化设计有限元法还可以用于优化机械设计。
通过计算不同设计方案的性能，工程师们可以通过优化设计来改进机械性能。
这种优化设计方法可以在早期阶段对机械进行改进，避免在后期阶段出现缺陷和工作效率低下。
机械设计基础中的机械结构设计如何设计稳定可靠的机械结构
机械设计基础中的机械结构设计如何设计稳定可靠的机械结构机械结构设计在机械设计中起到至关重要的作用，决定了机械装置的性能和可靠性。
为了设计出稳定可靠的机械结构，需要在设计过程中考虑以下几个关键因素：结构设计的基本原则、材料选择和适当的强度分析。
一、结构设计的基本原则在机械结构设计中，有一些基本原则必须遵循，以确保设计出稳定可靠的机械结构。
首先，机械结构设计应考虑载荷的作用方式和大小，合理布局并选择适当的结构形式。
其次，设计应尽可能减小结构的应力集中，并通过合理的结构设计来分散载荷。
此外，还应遵循经济、实用、安全、便于制造和维修等原则，综合考虑各种因素来达到最优的结构设计。
二、材料选择材料的选择对机械结构的稳定性和可靠性有着重要影响。
需要根据设计要求选择合适的材料。
在选择材料时，需要考虑其力学性能、耐磨性、耐腐蚀性、可加工性和可靠性等因素。
常用的机械结构材料包括钢、铁、铝合金等，根据实际应用情况选择最适合的材料以满足设计要求。
三、强度分析强度分析是确保机械结构稳定可靠的重要环节。
通过对机械结构进行强度、刚度、稳定性等方面的分析，可以确定结构的合理尺寸和工作条件。
强度分析可以利用有限元分析、理论计算和试验等方法来进行。
在进行强度分析时，应充分考虑各种载荷的作用、材料的力学性能以及结构的工况等。
四、优化设计为了进一步提高机械结构的稳定可靠性，可以进行优化设计。
优化设计通过改变结构形式、材料选择和尺寸等参数，以达到满足设计要求的最佳结构。
优化设计的方法包括参数优化和拓扑优化等，可以利用计算机辅助设计软件辅助进行。
总结在机械设计基础中，机械结构设计是一个重要的环节。
为了设计稳定可靠的机械结构，需要遵循结构设计的基本原则，选择合适的材料，进行强度分析，并进行优化设计。
通过合理的机械结构设计，可以提高机械装置的性能和可靠性，为实际应用提供更好的支持。
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机械设计中的整体结构分析技术摘要：本文综述了以北京航空制造工程研究所为技术依托单位的BQCIMS工程的整体结构分析技术，包括：工程背景与需求，基于ANSYS/APDL平台的结构模型参数化技术，整体结构的子结构分析与自动化分析流程。
最后，整体结构分析在汽车起重机与矿用重型汽车设计中的成功应用，证明了这种技术的实用性。
1 工程背景与需求以北京航空制造工程研究所为技术依托单位的北京起重机器厂CIMS 工程(简称BQCIMS工程)，是国家863CIMS工程资助的北京市信息技术推广示范工程之一。
其中，汽车起重机与矿用重型汽车设计中的工程分析是该工程的核心创新技术与提高企业市场快速反映能力的重要手段。
北京航空制造工程研究所推广应用航空结构设计中的先进分析技术与方法[1]，以国际上先进的工程分析平台—ANSYS系统[2]为基础，与北京起重机器厂的工程师们紧密合作，利用ANSYS/APDL语言进行二次开发，建立了适应汽车起重机[3]与矿用重型汽车[4]设计的整体结构工程分析方法。
汽车起重机与矿用重型汽车，作为一类“大力神”产品，具有其特殊的作业环境，要求良好的力学性能，包括刚度、应力水平、变形、抗干扰性能等。
对于工程设计人员来说，零件、结构件及整机的力学性能如何？会不会因强度不够造成破坏事故？这些都是他们必须关心和回答的问题。
对于结构件设计来说，一般地说，它是零部件的组合设计。
汽车起重机的主要承力结构件是吊臂、转台、车架。
矿用重型汽车的主要承力骨架是整体车架，它又是许多结构件的组合，包括支撑架、前车架、中车架、尾架及若干子构件。
结构件有限元分析是产品设计的基础性分析。
最基本的分析是进行线性应力分析；对于有些结构件，例如吊臂与车架，还要进行稳定性分析，研究结构件失稳(屈曲)的条件。
对于整体结构设计来说，整体分析是工程师面临的最直接、最重要的问题。
汽车起重机整机分析的对象包括若干个受力结构件和机构( 回转、变幅、伸缩、起升等)；最危险的工况是起重作业工况，力的传递路线是：重物®吊臂®变幅油缸支撑®高架转台®回转支撑®底架®支腿®垂直油缸®地面；矿用重型汽车的传力路线实际上包括了整车的各严重工况(静满载、举升、刹车、转弯)。
因此，整体分析往往非常复杂。
设计人员在设计过程中要求较快地预测整体结构在不同工况(特别是严重工况)下结构应力水平与变形，以便完善与优化总体设计，变为最急迫而又难以实现的事情。
针对整体分析这一难点问题，本文论述的基于ANSYS/APDL平台二次开发的整体结构分析技术，利用APDL语言的特点实现结构模型的参数化，采用子结构分析的技术策略，实现整体结构的剖分与结构件分析，实现结构件的变换与组装，最终完成整体结构分析。
这种技术策略在汽车起重机与矿用重型汽车的成功应用说明了它的优越性。
2 基于APDL的结构模型参数化技术2.1 参数化设计语言对于结构的CAD模型(通常由点、线、面及实体组合而成)进行参数化特征设计，是现代CAD系统的基本功能。
但是，对于有限元结构分析系统来说，对复杂组合结构的有限元模型要实现参数化设计，却并非易事。
先进的ANSYS系统为用户提供了一种建立参数化模型的基本工具__APDL语言。
但是，使用APDL语言开发参数化的模型程序，却是用户自己的事情。
APDL是一种面向工程的、结构化的解释性语言。
它具有高级算法语言的基本特征与功能。
它的表达方式是一系列基本的用户命令串。
符合ANSYS_APDL 语法规则的FEA参数模型程序，一般来说，它包括：几何(点、线、面、实体)定义与操作命令，有限元单元划分命令，逻辑控制命令，条件与循环命令，分析流程命令等。
用户要对结构件的有限元模型进行参数化设计，必须熟练地掌握这种语言。
所有复杂组合结构及整机的FEA模型都要用APDL语言进行二次开发。
2.2 结构件的参数化结构件参数的提取是参数化设计的基础。
这里的关键是选取能表述结构件几何特征的主要参数。
一般地说，结构件的主要参数包括长、宽、高、关键点、连接条件、板厚、型材截面积、材料与物理特性等。
我们将对这些参数规范化地命名，设置有关的参数名(或数组名)。
例如，我们命名长度参数为a[1]，...a[n]，宽度参数为w[1]，...w[m]，高度参数为h[1]，...h[i]，厚度参数为t[1]，...t[j]，对于每一个结构件，它都具有这样一组参数。
定义结构件名为相应参数组名，并以/EOF作为结束符，这就构成了一个APDL能够调用的结构件的参数模块。
集成所有结构件的参数模块，便构成了产品结构的FEA参数库文件。
2.3 产品的FEA参数库与模型库产品结构往往是由几个主要承力结构件组成的。
产品参数文件包含了它们相应的参数模块。
这些参数模块的任何参数值的改变，都会引起有关结构件的有限元模型的改变，也就引起整个结构的改变。
系列化的产品便是这些参数的系列变化。
产品结构性能的优化设计便是这些参数的优化。
产品结构件与整体结构的FEA模型程序，正是利用ANSYS/APDL语言，引用参数库中相应参数模块，进行二次开发得到的。
我们以型号名来命名产品的FEA模型库，它不仅包括产品的参数库文件，也包括结构件模型程序、载荷文件、工况控制文件等。
这里，以六边形臂QY25D模型库为例，说明它的构成。
图1 QY25D型号模型程序库的逻辑树图1 表明了FEA模型库的逻辑树，主要包括：§ BQCDB.LIB 产品技术方案设计参数文件§ BQDDB.LIB 产品详细设计参数文件§ CRANE.LIB 宏子程序文件§ BQC100.A 吊臂技术方案设计模型程序§ BQC200.A 双墙高架转台技术方案设计模型程序§ BQC300.A 车架技术方案设计模型程序从产品模型库表明，参数的修改可直接得到修改的结构模型。
这可对同一结构形式的产品进行技术方案的比较及参数优化，而且使系列化设计成为可能。
3 整体结构的子结构分析技术3.1 整体结构的剖分与子结构分析整体结构的基本特点是结构规模大、组合形式复杂。
目前，国际上解决大型复杂结构的分析问题通常选择子结构方法，或者结构超单元方法。
由于超单元实际上是子结构的一种表达形式，因此这里仅简介子结构分析技术。
对于任何一个大型复杂结构，我们总可以划分为若干部分或结构件(简称为子结构)，它们靠边界节点与整体结构相关连。
如果我们将所有的子结构的边界节点组成一个集合，那么这个集合便表征了这个大型复杂结构的连接骨架，我们称之为边界结构。
只要我们把各子结构对有关边界节点的刚度效应(或影响〕计算出来，并施加在这些边界节点上，则解决大型复杂结构的分析问题，便转变为求解规模小得多的若干子结构及边界结构问题。
当然，如果边界结构与子结构的规模也很大，还可以再剖分为若干二级或三级的子结构。
但是，这种多重子结构的使用，将带来分析流程的复杂化。
因此，如何有效地剖分整体结构便成了问题的关键所在。
我们用K表示子结构的总刚度矩阵，U表示子结构的总位移矩阵，P表示子结构的总载荷矩阵；Ki表示仅与子结构内部节点相关的刚度矩阵，Kb表示仅与子结构边界节点相关的刚度矩阵,Kib表示子结构内部节点与边界节点相关联的刚度矩阵。
Pi表示仅与子结构内部节点相关的外载荷矩阵，Pb表示仅与子结构边界节点相关的载荷矩阵；Ui 表示子结构的内部节点位移矩阵，Ub表示子结构的外部节点位移矩阵。
我们将有平衡方程：KU = P(1)其中，这里，就是子结构的仅与边界节点相关联的等效边界刚度矩阵与等效边界载荷矩阵。
它们对整体结构的贡献与子结构的贡献相当，因而被称之为超单元。
一旦边界节点的位移已知，结构的内节点的位移便由公式Ui = Ki-1(Pi-KibUb) (4)对子结构的分析，其主要计算工作量是消除该子结构的内部节点自由度，得到它的等效矩阵。
从(2)、(3)式可以看出，如果各子结构的边界节点越少，则这些等效矩阵的规模也越小，最终的边界子结构的规模也越小，其运算速度也越快。
因此，划分复杂结构为多个子结构的一个基本方法，就是要尽量控制子结构的内部节点规模适当，并且具有边界节点的数目较少。
例如，充分利用结构的链式、外伸等特点，合理划分子结构，可收到较好的效果。
3.2 子结构的变换与组装在一般整体结构分析中，使用了四种坐标系。
其中，节点坐标系确定了节点自由度的方向。
元素坐标系规定了元素刚度(载荷)矩阵与子结构之间的变换矩阵。
子结构坐标系将确定子结构等效边界刚度(载荷)矩阵向整体结构的组装的变换矩阵。
整体坐标系通常取世界系。
对于子结构分析来说，子结构的几何建模与应力分析是在子结构的局部坐标系下进行的。
但是，子结构的等效刚度(载荷)矩阵却必须按总体坐标系进行组装。
因此，每一个子结构在组装之前，需要对等效边界刚度(载荷)矩阵进行坐标变换。
我们设B为子结构对总体系的变换矩阵(通常它由整体系的三个节点确定：节点1定义原点，节点1-2方向定义X向，节点1-2连线与节点1-3定义连线构成的平面法线确定Z向，由Z与X向构成的平面法线定义Y向)，则整个结构的边界子结构的刚度(载荷)矩阵为值得说明，这里...是按总体结构的边界节点编号位置，对号叠加的。
因此，整体结构的边界平衡方程为：KzUz = Pz (7)给定整体结构六个刚体自由度的约束，求解(7)，我们将得到整体边界结构的位移。
再经过整体边界位移向子结构的坐标变换，执行(4)式，将求得子结构的内部节点自由度。
3.3 整体结构模型的简化准则对于整体结构的分析，不仅需要将所有的结构件及机构加以考虑，而且需要将作业过程中的不同载荷工况加以考虑。
为了控制整体结构分析的规模，整体模型的建立既要尽量理想化、简单化、典型化，又要较客观地反映出整体(特别是结构件连接部位)的应力分布、变形(刚度)及失效等问题。
整体结构的作业运动表明，有必要选择多种典型的作业工况加以计算；同时还要根据工程规范，考虑风载、惯性载、作业场地的不平等多因素对整体结构受力的影响。
由于整体结构的复杂性与控制结构分析规模的需要，整体结构模型的简化基于下述原则：¨ 确保整体结构的传力路线完整¨ 确保整体结构典型作业工况的实用性¨ 关键结构件的参数化¨ 将结构件参数化与整体结构参数化统一¨ 对结构的细节结构作重要简化¨ 整体结构有限元建模及分析流程自动化。
3.4整体结构模型的集成集成结构件模型以实现整体结构建模，实际上变成了结构件模型的组装与连接。
结构件的组装必须在总体系下进行。
第一步要设置子结构坐标系，定义原点与坐标系方向，第二步要调用相关结构件的模型程序自动产生几何模型，最后还要恢复总体系。