结构工程仿真技术14

⑸ 高级NL选项
命令NCNV设置终止分析选项； 命令ARCLEN激活弧长法； 命令ARCTRM设置弧长法求解的终止控制。
石家庄铁道大学研究生课程《结构工程仿真技术》讲稿--王新敏
2 完全法瞬态动力分析
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⑹ 其它设置 命令SSTIF定义是否打开应力刚化效应。 命令NROPT定义NR法选项。 命令PSTRES定义是否打开预应力效应。 命令MP,DAMP定义材料阻尼，用MP定义单元阻尼。 命令 DMPRAT和 MDAMP定义常阻尼比和振型阻尼（模态 叠加法瞬态分析）。 命令LUMPM设置质量矩阵模式。 命令CRPLIM设置蠕变准则。 命令OUTPR设置结果数据写进输出文件（Jobname.OUT）。 命令ERESX定义结果外推方式。
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1 瞬荷载步 荷载是时间的函数，必须将荷载 - 时间关系划分为合适 的荷载步。载荷-时间曲线上的每个“折点”（阶跃荷载不同） 对应一个载荷步。 第一个荷载步通常被用来建立初始条件，然后为第二和 后继瞬态荷载步施加荷载并设置荷载选项。 对于每个荷载步，都要指定： ★荷载值和时间值； ★荷载步选项：如阶跃加载、斜坡加载、自动时间步长等。
式中
x 3c
c E/
x
为单元长度的近似值， C为弹性波的波速。
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1 瞬态动力分析的几个关键问题
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2. 自动时间步长 自动时间步长按响应频率和非线性效果自动调整求解期间的 积分时间步长。用命令AUTOTS激活自动时间步长。 有些情况下不宜激活自动时间步长，如： ①只是在结构的局部有动力行为的问题（例如涡轮叶片和轮 毂组件），此时系统部件的低频能量部分远远高于高频部分。 ②受恒定激励的问题（如地震载荷），此时时间步长趋于连 续变化。 ③运动学问题（刚体运动），此时刚体运动对响应频率项的 贡献将占主导地位。 缩减法和模态叠加法的瞬态动力分析中不能使用自动时间步。
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缩减法通过采用主自由度和缩减矩阵而压缩问题规模，在主自 由度的位移计算出来后，再将解扩展到原有的完整自由度集上。
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1 瞬态动力分析的几个关键问题
1. 积分时间步长的选取 积分时间步长（ t ）的大小不仅仅影响到计算效率，而且会 影响到瞬态动力分析求解的精度和收敛性。 最优的积分时间步长的四个准则： ⑴ 结构的响应频率 t 应小到能够解出对结构整体响应有贡献的最高阶模态。 设 f 为结构响应的最高阶频率（Hz），则
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通过观察完整模型关心点的时间历程结果，就可以确定需要用 POST1 后 处理器进一步处理的临界时间点。 在POST26中还可以使用其它后处理功能。如在变量间进行数学运算（复 数运算），可获得节点的速度和加速度等结果。
⑵ 通用后处理POST1
用命令SET读入需要的结果集。 如果指定的时刻没有可用结果，得到的结果将是和该时刻相距最近的两个 时间点对应结果之间的线性插值。
5. 瞬态分析求解 用命令LSSOLVE求解多荷载步，求解完毕后退出求解层。
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2 完全法瞬态动力分析
6. 观察结果 ⑴ POST26
POST26要用到结果-时间关系表（变量），1号变量被内定为时间。
定义变量命令：NSOL、ESOL、RFORCE、FORCE、SOLU。 命令PLVAR绘制变量曲线，或用PRVAR和EXTREM列出变量值。
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2 完全法瞬态动力分析
⑶ 求解选项
命令EQSLV选择求解器，缺省时由程序选择； 命令RESCONTROL设置重启动文件的写入频率。
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⑷ 非线性选项
命令LNSRCH设置是否打开线性搜索； 命令PRED设置是否打开DOF结果预测； 命令NEQIT定义平衡迭代的最大次数； 命令RATE设置是否考虑蠕变效应； 命令CNVTOL设置收敛准则； 命令CUTCONTROL设置回退控制参数。
如前文所述，求解可以采用连续solve方式；也可采用荷载步文件法，即 将每个荷载步写入荷载步文件，最后一次性求解所有荷载步。
荷载 ① ② ④ 时间 (a) ③ ⑥ 时间 ③ 荷载 ① ④ ② ⑤
(b) 石家庄铁道大学研究生课程《结构工程仿真技术》讲稿 --王新敏
1 瞬态动力分析的几个关键问题
4. 初始条件 求解需要两个初始条件，即初始位移和初始速度。 缺省情况下，假定初始位移和初始速度均为零。初始加速 度一般为零，但可通过在一个小的时间间隔内施加合适的加 速度荷载来指定非零的初始加速度。 命令：IC,NODE,Lab,VALUE,VALUE2,NEND,NINC 初始条件的组合： ⑴ 零初始位移和零初始速度 ⑵ 非零初始位移和/或非零初始速度 ⑶ 零初始位移和非零初始速度 ⑷ 非零初始位移和非零初始速度 ⑸ 非零初始位移和零初始速度 ⑹ 非零初始加速度 有些情况下用命令IC施加很不方便，故常用静力分析作为瞬 态分析的初始条件。
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2 完全法瞬态动力分析
完全法瞬态分析的主要步骤有：建模、建立初始条件、设置求解选项、施 加荷载、写入荷载步文件、瞬态分析求解、观察结果等。
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1. 建模
①可用线性和非线性单元。 ②必须指定弹性模量EX和密度DENS。材料特性可为线性或非线性、各向 同性或各向异性、恒定或与温度有关等材料性质。 ③网格密度应当密到足以确定感兴趣的最高阶振型。 ④对应力或应变感兴趣的区域的网格密度要细一些。 ⑤如果要包含非线性特性，网格密度应当密到足以捕捉到非线性效应。 ⑥如果对波传播效果感兴趣，网格密度应当密到足以解算出波动效应。
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3 实例-台面
如图所示工作台，在工作 台面上作用如图所示的压 力荷载(向上)，对其进行瞬 态动力分析(参数同前)。
Y O
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Z X
压力(Pa) 10000 5000 时间(s) 0 1 2 3 4 ５ ６
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3 实例-台面
!ex9.9 工作台的瞬态动力分析-完全法-------------------------------------------finish$/clear$/prep7
!1.创建模型（定义几何参数、定义单元与材料性质、创建几何模型和有限元模型）--------
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width=1$length=2$high=-1$et,1,shell63$et,2,beam4 mp,ex,1,2e11$mp,prxy,1,0.3$mp,dens,1,7800$r,1,0.02$r,2,2e-4,2e-8,2e-8,0.01,0.02 rect,,length,,width$k,5,,,high$k,6,length,,high$k,7,length,width,high k,8,,width,high$l,1,5$*rep,4,1,1$esiz,0.1$amesh,all type,2$real,2$lmesh,5,8
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3 实例-台面
!2.瞬态分析------------------------------------------------------------------------------------------/solu$antype,trans !定义瞬态分析类型 nsel,s,loc,z,high$d,all,all$alls !施加约束条件 outres,all,all !设置输出控制 alphad,5 !定义质量阻尼系数 time,1$deltim,0.2,0.05,0.5 !定义time为1和积分时间步长控制 autots,on$kbc,0 !打开自动时间步、定义为斜坡荷载 sfa,1,,pres,10000 !施加压力荷载10000 lswrite,1 !写入第1个荷载步文件 time,2$lswrite,2 !定义TIME为2，其它不变，写入荷载步文件 time,4$sfa,1,,pres,5000 !定义TIME为4，施加荷载为5000 kbc,1$lswrite,3 !定义为阶跃荷载，写入第3个荷载荷步文件 time,6$sfa,1,,pres,0 !定义TIME为6，荷载改为0 kbc,1$lswrite,4 !定义为阶跃荷载，写入第4个荷载荷步文件 lssolve,1,4 !求解荷载步文件 finish !退出求解层
第14讲 瞬态动力分析
瞬态动力分析：确定随时间变化荷载作用下结构响应的技术。 输入数据：作为时间函数的荷载 输出数据：随时间变化的位移和其它的导出量(如应力和应变) 分析方法：完全法、缩减法、模态叠加法 完全法采用完整的系统矩阵计算瞬态响应，可包括各类非线性 特性（如塑性、大变形、大应变等）。 模态叠加法通过对模态分析得到的振型乘上因子并求和来计算 结构的响应。
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⑵ 瞬态控制选项
命令TIMINT设置是否考虑时间积分效应（瞬态效应），缺省时为考虑时 间分析效应。如果关闭该效应，则当作静力进行求解。进行完静力分析之 后接着进行瞬态分析时，该选项十分有用。 命令KBC设置阶跃荷载或斜坡荷载。 命令ALPHAD和BETAD设置质量阻尼系数和刚度阻尼系数或其它阻尼。 命令TINTP设置瞬态积分参数，它控制Newmark时间积分算法。
ALPHAD ， BETAD ， MP,DAMP ， TIME ， KBC ， NSUBST ， DELTIM ， AUTOTS ， NEQIT ， CNVTOL ， PRED ， LNSRCH ， CRPLIM ， NCNV ， CUTCONTROL，OUTPR，OUTRES，ERESX， 和RESCONTROL。
2. 建立初始条件
在执行瞬态动力分析之前，必须建立初始条件和荷载步。 第一个荷载步通常被用来建立初始条件，然后为第二和后继瞬态载荷步施 加荷载并设置载步选项。
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2 完全法瞬态动力分析
3. 设置求解选项 ⑴ 基本控制选项
命令ANTYPE,4或ANTYPE,TRANS定义瞬态动力分析类型。 命令NLGEOM定义是否考虑大变形效应，缺省为不考虑大变形效应。 命令AUTOTS定义是否打开自动时间步，缺省为不打开自动时间步。 命令DELTIM或NSUBST直接或间接定义积分时间步长及上下限值。 命令OUTRES设置结果的输出频率控制。 命令/CONFIG,NRES改变设置，以将更多的结果写入数据文件。
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1 瞬态动力分析的几个关键问题
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⑷ 弹性波 如果对波传播效果感兴趣，则 t 应小到当波在单元之间传播 时足以捕捉到波动效应。例如打很长的桩时，杆件在长度方 t 应足够小。 向的变形以纵波的方式传递，要捕捉这种弹性波，
t
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2 完全法瞬态动力分析
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4. 施加荷载及写入荷载步文件 ★可施加的荷载为约束、力、表面荷载、体荷载和惯性荷载。 ★命令LSWRITE将荷载步写入荷载步文件。 ★有时可能需要有一个额外的延伸到荷载曲线上最后一个时 间点之外的载荷步，以考察在瞬态荷载施加后结构的响应。 重复上述步骤，将所有荷载步写入文件。 对 于 每 个 载 荷 步 ， 能 够 设 置 下 列 选 项 ： TIMINT ， TINTP ，
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1 t 20 f
如果要得到加速度结果，可能要求更小的 值。 每个周期中有20个时间点一般足够了。
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1 瞬态动力分析的几个关键问题
⑵荷载的变化 响应总是倾向滞后所施加的荷载，特别是对于阶跃荷载。阶 跃荷载在发生阶跃的时间点附近要求采用较小 t 以精确地描 述荷载的变化。要描述阶跃载荷，应取 1 / 180 f 左右。 1 ⑶接触频率 t 30 f c ☆当两个物体发生接触，间隙或接 触表面通常用刚度来描述； 1 k ☆ t 应足够小以获取间隙“弹簧” fc 2 m 频率； ☆建议每个周期30个点，这才足以 获取在两物体间的动量传递，比此 f c 接触频率 更小的 t 会造成能量损失，并且 k 接触刚度 冲击可能不是完全弹性的。 m 接触的有效质量