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釘群連接區是飛機復合材料結構中的薄弱部位，進行連接結構設計時需要準確地分析結構損傷模式和選擇合理的破壞判據用以計算結構連接強度。目前較為有效的損傷分析方法是漸進損傷累積方法，通過損傷擴展的數值模擬可以得到復合材料在外載下損傷起源與最終破壞形態。此方法精度較高，但需要建立精細的結構有限元分析模型，并在加載過程中對單元材料實施剛度衰減。對于復雜釘群連接結構，損傷主要位于螺栓孔附近，如果進行損傷累積模擬，就必須在螺栓孔等細節位置劃分精細的網格，這可能導致有限元模型過于龐大而難以計算。而且當結構中某些細節參數發生改變，如螺栓孔徑，總體模型必須重新劃分網格和重新計算，分析效率低下。
為了能夠用損傷累積的方法分析復雜釘群結構中復合材料的損傷模式和強度，并保證分析效率，本文采用總體模型和子模型相結合的方法，由釘群結構的二維總體模型計算局部結構的位移邊界條件和力邊界條件，將其施加在局部結構的子模型中，并利用三維子模型進行復合材料的損傷累積模擬和損傷模式分析。
子模型是指當結構較為復雜，整體有限元模型難以保證局部網格足夠精細時，為了得到局部區域精確的求解結果，將其從總體模型中取出并劃分精細的網格建立局部結構的細節模型，稱為子模型或局部(Local)模型，相應地，總體模型稱為全局(Global)模型，利用子模型獨立計算局部區域應力應變的方法，也稱為Global/Local法。在子模型獨立求解時，邊界條件來源于整體模型的計算結果，可以是位移邊界條件，也可以是應力、溫度等。子模型方法中總體模型可以采用較粗網格劃分，計算時間短，又因為子模型獨立建模計算，所以當局部結構的改變對總體模型計算結果影響不大時，如倒角、圓角、過渡圓等，只需要更改子模型而不需要對總體模型重新進行計算。這些優點使得子模型方法在結構分析領域得到了廣泛的應用。
子模型方法的核心在于從整體結構中獲取子模型的邊界條件，并以適當的方式施加在子模型上。商用有限元分析軟件ABAQUS提供了兩類子模型邊界條件的施加方式，分別是基于節點的子模型法(Node-basedSubmodeling)和基于面的子模型法(Surfaee-basedSubmodeling)。基于節點的子模型法將總體模型的求解結果，例如位移，作為邊界條件直接施加在子模型的邊界節點上。該方法首先根據子模型與總體模型的相對位置關系確定子模型邊界節點所對應的總體模型中的參考節點；然后選擇合適的插值函數，由總體模型中參考節點的位移結果插值得到子模型邊界節點的位移值；最后將此位移值作為位移約束施加在子模型邊界節點上并進行子模型的求解。基于面的子模型法主要用于需要將總體模型所求解的應力場作為子模型邊界約束的情況。在ABAQUS中進行子模型法分析的主要步驟為:
(1)完成對總體模型的分析，并保存子模型邊界附近的分析結果；
(2)創建子模型，定義子模型的邊界；
(3)設置各個分析步中的驅動變量；
(4)設置子模型的邊界條件、載荷、接觸和約束；
(5)提交對子模型的分析，檢查分析結果。
子模型法分析結構損傷模式首先要判斷可能出現損傷的位置，然后將細節結構單獨取出來建立子模型，最后在子模型中用損傷累積的方法模擬細節結構的損傷擴展和分析最終破壞形態。這一過程中需要建立包含若干個分析模型的模型體系。
對于復雜壁板類結構的釘群連接區，模型體系可以劃分為三級，分別稱為總體模型、二級子模型和三級子模型。總體模型根據壁板整體結構特點建立，模型尺寸較大，但局部細節(如螺栓及其與被連接件的接觸邊界條件)被忽略，主要用于整體應力應變狀態的計算和強度估算。從總體模型中可以選定需要進一步研究的二級子模型，總體模型的計算結果將作為二級子模型的邊界約束條件。二級子模型是總體模型的典型區域，其模型網格劃分較細致，并體現出螺栓連接件及其與被連接件的接觸關系，從中可以獲得較為準確的釘載計算結果和判定損傷可能出現的區域，并將此區域取出單獨建立三級子模型。三級子模型用于損傷擴展模擬和破壞模式分析，在此模型中隨著外載的增加要對單元材料實施剛度消減，由三級子模型的分析結果可以最終確定結構的破壞模式并確定破壞判據，以上三級模型的功能與相互關系如圖所示。
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