ANSYS workbench联合dyna显示动力学分析
ANSYS Workbench 17·0有限元分析：第11章-显式动力学分析
第11章 显式动力学分析
自
带有
学的分析方法。
★ 了解显式动力学分析。
11.1 显式动力学分析概述
显式算法主要用于高速碰撞及冲压成型过程的仿真，其在这方面的应用效果已超过隐式算法。
11.1.1 显式算法与隐式算法的区别
1．显式算法
动态显式算法是采用动力学方程的一些差分格式（如中心差分法、线性加速度法、Newmark 法和Wilson法等），该算法不用直接求解切线刚度，也不需要进行平衡迭代，计算速度较快，当时间步长足够小时，一般不存在收敛性问题。
动态显式算法需要的内存也比隐式算法要少，同时数值计算过程可以很容易地进行并行计算，程序编制也相对简单。
显式算法要求质量矩阵为对角矩阵，而且只有在单元级计算尽可能少时，速度优势才能发挥，因而往往采用减缩积分方法，但容易激发沙漏模式，影响应力和应变的计算精度。
2．隐式算法
在隐式算法中，每一增量步内都需要对静态平衡方程进行迭代求解，并且每次迭代都需要求解大型的线性方程组，这一过程需要占用相当数量的计算资源、磁盘空间和内存。该算法中的增量步可以比较大，至少可以比显式算法大得多，但是实际运算中还要受到迭代次数及非线性程度的限制，所以需要取一个合理值。
第11章显式动力学分析在ANSYS中，显式动力学包括ANSYS Explicit STR、ANSYS AUTODYN 及ANSYS
LS-DYNA 3个模块。
1．ANSYS Explicit STR
ANSYS Explicit STR是基于ANSYS Workbench仿真平台环境的结构高度非线性显式动力学分析软件，可以求解二维、三维结构的跌落、碰撞、材料成型等非线性动力学问题，该软件功能成熟、齐全，可用于求解涉及材料非线性、几何非线性、接触非线性的各类动力学问题。
最新ANSYS显式动态分析求解步骤
A N S Y S显式动态分析
求解步骤
第一章引言
ANSYS/LS-DYNA将显式有限元程序LS-DYNA和ANSYS程序强大的前后处理结合起来。用LS-DYNA的显式算法能快速求解瞬时大变形动力学、大变形和多重非线性准静态问题以及复杂的接触碰撞问题。使用本程序，可以用ANSYS建立模型，用LS-DYNA做显式求解，然后用标准的ANSYS后处理来观看结果。也可以在ANSYS和ANSYS-LS-DYNA之间传递几何信息和结果信息以执行连续的隐式－显式/显式－隐式分析，如坠落实验、回弹、及其它需要此类分析的应用。
1.1显式动态分析求解步骤概述
显式动态分析求解过程与ANSYS程序中其他分析过程类似，主要由三个步骤组成：
1：建立模型（用PREP7前处理器）
2：加载并求解（用SOLUTION处理器）
3：查看结果（用POST1和POST26后处理器）
本手册主要讲述了ANSYS/LS-DYNA显式动态分析过程的独特过程和概念。没有详细论述上面的三个步骤。如果熟悉ANSYS程序，已经知道怎样执行这些步骤，那么本手册将提供执行显式动态分析所需的其他信息。如果从未用过ANSYS,就需通过以下两本手册了解基本的分析求解过程：
·ANSYS Basic Analysis Guide
·ANSYS Modeling and Meshing Guide
使用ANSYS/LS-DYNA时，我们建议用户使用程序提供的缺省设置。多数情况下，这些设置适合于所要求解的问题。
1.2显式动态分析采用的命令
在显式动态分析中，可以使用与其它ANSYS分析相同的命令来建立模型、执行求解。同样，也可以采用ANSYS图形用户界面（GUI）中类似的选项来建模和求解。
Ansys 第31例 冲击动力学分析实例——车辆受
第31例冲击动力学分析实例——车辆受
起伏路面激励的响应分析
本例用ANSYS LS-DYNA分析了车辆受起伏路面激励的响应，研究了创建车辆和负载模型的方法，研究了模拟和施加起伏路面激励载荷的方法。
31.1问题描述
为了分析车辆受起伏路面激励的响应，可以建立如图31-1所示的简化模型。由于矿石的冲击只作用于车辆底板，所以忽略车辆其余部分，车辆悬挂系统用弹簧阻尼系统模拟。在弹簧阻尼系统的端部施加随时间变化的位移载荷，以模拟起伏路面对车辆的激励。
本例各物理量单位如下：长度为mm;力为N;时间为s；质量为t；应力及材料弹性模量均为MPa;密度为t/m3；加速度为mm/s2。
31.2分析步骤
31.2.1 运行AN5YSJLS-LIYNA
用ANSYS产品启动器（图31-1）运行ANSYS LS-DYNA:开始→程序→ANSYS13.0→Mechanical APDL Product launch→选择Simulation Environment（分析环境）为ANSYS，选择License（授权）为ANSYS Multiphysics/LS-DYNA，设置Working Directory（工作目录）和Initial Jobname（初始任务名）等→Run。
图31-2ANSYS产品启动器
31. 2.2定义任务名
拾取菜单Utility Menu→File→Change Jobname，弹出如图31-3所示的对话框，在“[/FILNAM]”文本框中输入EXAMPLE31，单击“OK”按钮。
图31-3定义任务名对话框
ansys_workbench瞬态动力分析(4)分析
分析选项
• 瞬态效应 on/off
– 用来设置初始条件
Training Manual
DYNAMICS 11.0
• 阶跃或渐进载荷
• 指定阻尼 • 使用缺省积分参数值
分析选项
• 阻尼
Training Manual
DYNAMICS 11.0
– α和b阻尼均可用； – 在大多数情况下，忽略α阻尼（粘性阻尼），仅指定b 阻尼（由滞后造成的阻尼）：
DYNAMICS 11.0
分析过程
• 讨论完全法瞬态分析过程. • 五个主要步骤:
– – – – – 建立模型 选择分析类型和选项 指定边界条件和初始条件 施加载荷历程并求解 查看结果
Training Manual
DYNAMICS 11.0
模型： 所有的非线性因素可允许注意要求密度！
分析选项
– – – – 进入求解阶段，并选择瞬态分析. 选择完全法 求解选项 阻尼
DYNAMICS 11.0
分析选项
• 输出控制
Training Manual
DYNAMICS 11.0
–用来控制写到结果文件的内容. –使用命令 OUTRES 或选择 Solution > Sol’n Control.. > Basic –通常的选项用来将每个子步的结果写到结果文件中去.
• 可光滑绘制结果与时间的关系曲线. • 可能造成结果文件庞大.
ANSYS Workbench 12.1 显示动力学 中文培训教程
练习7求解和模拟控制
受轴向载荷梁的屈曲分析
Workshop Supplement
7. 求解和模拟控制
Explici Workshop Supplement
受轴向载荷梁的屈曲分析
•
1. 读“beambuck.inp”输入文件
b b k i cit Dynam –beambuck.inp 输入文件建立了由SHELL163单元组成的中空的四边形截面
的梁。梁长400mm 厚2mm ，受轴向压缩，z 轴方向有位移载荷(UZ = 250 mm)。模型中段结构的缺陷引起屈曲。只建一半模型，边界条件已定义，LS-mics wit 但塑性材料模型、沙漏控制、接触设定、载荷需要定义。求解情况可用LS DYNA 开关控制SW2监测。
th ANSYS YS/LS YS/LS--DYN Utility Menu > File > Read Input from … > beambuck.inp > OK
YNA 6.0
March 7, 2002Inventory #001631
Workshop Supplement 步骤2.
Explici Workshop Supplement
•
定义梁的双线性塑性特性.
–
Preprocessor: Material Props > Material Models … > LS-DYNA > cit Dynam Nonlinear > Inelastic > Kinematic Hardening > Bilinear Kinematic 然后输入右图所示数据点击mics wit –
Ansys Workbench界面命令说明
Ansys Workbench界面命令说明
1、ANSYS15 Workbench界面相关分析系统和组件说明
【Analysis Systems】分析系统【Component Systems】组件系统【CustomSystems】自定义系统【Design Exploration】设计优化
分析类型说明
Electric (ANSYS) ANSYS电场分析
Explicit Dynamics (ANSYS) ANSYS显式动力学分析
Fluid Flow (CFX) CFX流体分析
Fluid Flow (Fluent) FLUENT流体分析
Hamonic Response (ANSYS) ANSYS谐响应分析
Linear Buckling (ANSYS) ANSYS线性屈曲
Magnetostatic (ANSYS) ANSYS静磁场分析
Modal (ANSYS) ANSYS模态分析
Random Vibration (ANSYS) ANSYS随机振动分析
Response Spectrum (ANSYS) ANSYS响应谱分析
Shape Optimization (ANSYS) ANSYS形状优化分析
Static Structural (ANSYS) ANSYS结构静力分析
Steady-State Thermal (ANSYS) ANSYS稳态热分析
Thermal-Electric (ANSYS) ANSYS热电耦合分析
Transient Structural(ANSYS) ANSYS结构瞬态分析
Transient Structural(MBD) MBD 多体结构动力分析
ANSYS Workbench 12.1 显示动力学 中文培训教程
练习9-重启动
小型重启动分析
Workshop Supplement 9.重启动
Explici Workshop Supplement
小型重启动分析
1. 读入输入文件
“restart.inp”
cit Dynam •
输入文件restart.inp 产生一个模型：一个橡胶块撞到刚性墙上。
建模完成包括载荷（橡胶块的初始速度）、材料特性、边界条件和求解控制首先使用的终止时间是观察完结果后再把mics wit 和求解控制。首先使用的终止时间是2ms ，观察完结果后，再把终止时间扩展到4ms ，分析将被重启动。并且动画模拟全部4ms 的结果。
th ANSYS YS/LS YS/LS--DYN Utility Menu > File > Read Input from … > restart.inp > OK
YNA 6.0
March 7, 2002Inventory #001631
Workshop Supplement 2. 进入求解改变求解控制信息
Explici Workshop Supplement
Solution: Time Controls >S l ti Ti
cit Dynam > Solution Time … 只有确定了终止时间是0.002后再mics wit 点击OK 。.
th ANSYS YS/LS YS/LS--DYN 3YNA 6.0
3.
保存模型，进行求解分析ANSYS Toolbar > SAVE_DB
March 7, 2002
Inventory #001631
Solution: SOLVE > OK > Yes (to prompt to solve the analysis)
ansys Workbench;菜单选项中英文对照
1、ANSYS12.1 Workbench界面相关分析系统和组件说明
【Analysis Systems】分析系统【Component Systems】组件系统】
【CustomSystems】自定义系统【Design Exploration】设计优化
分析类型说明
Electric （ANSYS）ANSYS电场分析
Explicit Dynamics (ANSYS）ANSYS显式动力学分析
Fluid Flow (CFX) CFX流体分析
Fluid Flow (Fluent) FLUENT流体分析
Hamonic Response (ANSYS）ANSYS谐响应分析
Linear Buckling (ANSYS) ANSYS线性屈曲
Magnetostatic （ANSYS）ANSYS静磁场分析
Modal (ANSYS) ANSYS模态分析
Random Vibration （ANSYS) ANSYS随机振动分析
Response Spectrum (ANSYS) ANSYS响应谱分析
Shape Optimization (ANSYS）ANSYS形状优化分析
Static Structural （ANSYS) ANSYS结构静力分析
Steady—State Thermal （ANSYS) ANSYS稳态热分析
Thermal-Electric (ANSYS) ANSYS热电耦合分析
Transient Structural（ANSYS) ANSYS结构瞬态分析
Transient Structural（MBD)MBD 多体结构动力分析
ANSYS结构动力学分析
2 结构瞬态动力分析
瞬态动力响应分析的一般意义的动力学方程如式1-2所示，求解该方程的 方法可以分为直接积分法(direct integration)和模态叠加法(mode superposition)两大类。在直接积分法方面可以分成隐式算法(implicit)及式 算法(explicit)两类方法；而implicit又可分成完全法和缩减法。在模态叠加 法这一大类方面则也可以分成完全法和缩减法。以下为这几种方法的基 本思想及相关概念。
运动方程的解法
直接积分法
模态叠加法
隐式算法 显式算法
完全法 缩减法
5 完全法 缩减法
动力学方程 求解方法
2.1 直接积分法
式1-2中包含了n(自由度个数)个联立的二阶常微
分方程式，可以将它化成2n个一阶的常微分方程式， 然后直接积分去解变位x，这就是直接积分法的基本 构想。当在进行直接积分时，有很多方法可以利用， 但可以归纳成两类方法：隐式算法和显式算法。
结构动力计算技术
ANSYS 结构动力学分析
ANSYS结构动力学分析
1 结构进行动力学分析的必要性 2 结构瞬态动力分析 3 结构模态分析 4 结构谐响应分析 5 结构谱分析 6 结构动力学分析几点问题的讨论 7 练习题：板的模态分析与动响应分析
1 结构进行动力学分析的必要性
实际结构总是受到各种随时间变化的外载作用，当惯性力 (inertia force)或阻尼力(damping force)大到一定的程 度，而必须考虑在力平衡方程式里面时，结构就必须要进 行动力分析。结构系统的静力学平衡方程式可用下式表示：
基于ANSYSWorkbench对凸轮结构动力学分析
基于ANSYSWorkbench对凸轮结构动力学分析
作者：王飞黄志鹏刘兴
来源：《科技视界》2018年第21期
【摘要】本文以凸轮上的应力变化和杆的末端输出力为研究对象，进行了刚柔耦合的凸轮传动过程应力分布分析，最后观察计算结果发现，在整个过程中最大应力出现在小圆与杆接触的时候，但小于凸轮材料的屈服强度，所以结构在传动过程中，并不会因为应力过大而导致凸轮的损坏。通过研究杆末端输出力的过程曲线，发现在凸轮与杆刚接触进行传动的时候，力有出现上下震荡的情况。最后对于该结构传动结果，本文还提出了改善的方案。
【关键字】凸轮结构；应力分布；有限元分析
中图分类号：G642 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）21-0037-002
DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2018.21.017
【Abstract】In this paper， the stress on the cam and lever at the end of the output force as the research object， has carried on the coupled stress distribution analysis of cam transmission process，the last observation results found that the maximum stress appears in the whole process in a small circle in contact with the rod， but less than the yield strength of cam material， so the structure in the process of transmission， will not cause the damage of the cam because of the stress. By studying the process curve of the output force at the end of the rod， it is found that when the cam is in contact with the rod for transmission， the force will oscillate up and down. Finally， an improved scheme is proposed for the transmission results of the structure.
ansysworkbench;菜单选项中英文对照
1、ANSYS12.1 Workbench界面相关分析系统和组件说明
【Analysis Systems】分析系统【Component Systems】组件系统】【CustomSystems】自定义系统【Design Exploration】设计优化
分析类型说明
Electric (ANSYS) ANSYS电场分析
Explicit Dynamics (ANSYS) ANSYS显式动力学分析
Fluid Flow (CFX) CFX流体分析
Fluid Flow (Fluent) FLUENT流体分析
Hamonic Response (ANSYS) ANSYS谐响应分析
Linear Buckling (ANSYS) ANSYS线性屈曲
Magnetostatic (ANSYS) ANSYS静磁场分析
Modal (ANSYS) ANSYS模态分析
Random Vibration (ANSYS) ANSYS随机振动分析
Response Spectrum (ANSYS) ANSYS响应谱分析
Shape Optimization (ANSYS) ANSYS形状优化分析
Static Structural (ANSYS) ANSYS结构静力分析
Steady-State Thermal (ANSYS) ANSYS稳态热分析
Thermal-Electric (ANSYS) ANSYS热电耦合分析
Transient Structural(ANSYS) ANSYS结构瞬态分析
Transient Structural(MBD)MBD 多体结构动力分析
Ansys第31例冲击动力学分析实例——车辆受
第31例冲击动力学分析实例——车辆受
起伏路面激励的响应分析
本例用ANSYS LS-DYNA分析了车辆受起伏路面激励的响应，研究了创建车辆和负载模型的方法，研究了模拟和施加起伏路面激励载荷的方法。
31.1问题描述
为了分析车辆受起伏路面激励的响应，可以建立如图31-1所示的简化模型。由于矿石的冲击只作用于车辆底板，所以忽略车辆其余部分，车辆悬挂系统用弹簧阻尼系统模拟。在弹簧阻尼系统的端部施加随时间变化的位移载荷，以模拟起伏路面对车辆的激励。
本例各物理量单位如下：长度为mm;力为N;时间为s；质量为t；应力及材料弹性模量均为MPa;密度为t/m3；加速度为mm/s2。
31.2分析步骤
31.2.1 运行AN5YSJLS-LIYNA
用ANSYS产品启动器（图31-1）运行ANSYS LS-DYNA:开始→程序→ANSYS13.0→Mechanical APDL Product launch→选择Simulation Environment（分析环境）为ANSYS，选择License（授权）为ANSYS Multiphysics/LS-DYNA，设置Working Directory（工作目录）和Initial Jobname（初始任务名）等→Run。
图31-2ANSYS产品启动器
31. 2.2定义任务名
拾取菜单Utility Menu→File→Change Jobname，弹出如图31-3所示的对话框，在“[/FILNAM]”文本框中输入EXAMPLE31，单击“OK”按钮。
图31-3定义任务名对话框
workbench与LS-DYNA联合仿真-碰撞-显示动力学
Ansys workbench12.1 与ls-dyna 碰撞分析[原创]
作者：在北航行
关键词：Ansys workbench ls-dyna 碰撞分析非线性显式动力学
使用软件：Solidworks2010 Ansys workbench12.1 Ansys/ls-dyan LS-prepost
仿真的对象：仿真橡胶球从10米高度跌落与地面碰撞直到离开地面的运动
步骤：
1.solidworks建立模型
2.workbench构建协同仿真环境
3.在Engineering Data 模块添加所需材料模型
4.在Geometry模块导入solidworks所建的模型
5.在Model和setup模块进行求解前的处理，生成ls-dyan所需的K文件
体会：
1)各项参数中不能有中文字，如果有肯定出错。本人的截图是刚从solidworks模型更
新还未更改。
2)由于模型是对称的，开始想用四分之一模型来分析，可是添加对称约束老是有问题，
不知道怎么解决。正在搜集此方面资料，也望高手指点。
6.运行ANSYS/LS-DYNA求解
7.用LS-prepost3.0导入求解结果，观察整个跌落过程
Ansys显示算法和隐式算法知识完全解读
Ansys显示算法和隐式算法知识完全解读
这是ansys里面的两种求解方法。
大多数非线性动力学问题一般多是采用显式求解方法，特别是在求解大型结构的瞬时高度非线性问题时，显示求解方法有明显的优越性。下面先简要对比一下隐式求解法和显示求解法。动态问题涉及到时间域的数值积分方法问题。在80年代中期以前，人们基本上采用纽曼法进行时间域的积分。根据纽曼法，位移、速度和加速度有着如下关系：
u(i+1)=u(i)+△t*v(i)[(1—2p)a(i)+2p*a(i+1)] (1)
v(i+1)=V(i)+△t[(1-2q)a(i)+2qa(i+1)] (2)
上面式子中u(i+1),u(i)分别为当前时刻和前一时刻的位移，v(i+1)和V(i)为当前时刻和前一时刻的速度，a(i+1)和a(i)为当前时刻和前一时刻的加速度，p和q为两个待定参数，△t 为当前时刻与前一时刻的时问差，符号* 为乘号。由式(1)和式(2)可知，在纽曼法中任一时刻的位移、速度、加速度都相互关联，这就使得运动方程的求解变成一系列相互关联的非线性方程的求解，这个求解过程必须通过迭代和求解联立方程组才能实现。这就是通常所说的隐式求解法。隐式求解法可能遇到两个问题。一是迭代过程不一定收敛，二是联立方程组可能出现病态而无确定的解。隐式求解法最大的优点是它具有无条件稳定性，即时间步长可以任意大。
如果采用中心差分法来进行动态问题的时域积分，则有如下位移、速度和加速度关系式：
u(i+1)=2u(i)-u(i-1)+a(i)(△t)^2 (3)
ANSYSWorkbenchMesh网格划分(自己总结)
Workbench Mesh网格划分分析步骤网格划分工具平台就是为ANSYS软件的不同物理场和求解器提供相应的网格文件，Workbench中集成了很多网格划分软件/应用程序，有ICEM CFD，TGrid，CFX，GAMBIT，ANSYS Prep/Post等。网格文件有两类：
①有限元分析（FEM）的结构网格：
结构动力学分析，电磁场仿真，显示动力学分析（AUTODYN，ANSYS LS DYNA）；
②计算流体力学（CFD 分析）分析的网格：用于ANSYS CFX，ANSYS FLUENT，Polyflow；
这两类网格的具体要求如下：
（1）结构网格：
①细化网格来捕捉关心部位的梯度，例如温度、应变能、应力能、位移等；
②大部分可划分为四面体网格，但六面体单元仍然是首选；
③有些显示有限元求解器需要六面体网格；
④结构网格的四面体单元通常是二阶的（单元边上包含中节点）；
（2）CFD网格：
①细化网格来捕捉关心的梯度，例如速度、压力、温度等；
②由于是流体分析，网格的质量和平滑度对结果的精确度至关重要，这导致较大的网格数量，经常数百万的单元；
③大部分可划分为四面体网格，但六面体单元仍然是首选，流体分析中，同样的求解精度，六面体节点数少于四面体网格的一半。
④CFD网格的四面体单元通常是一阶的（单元边上不包含中节点）
一般而言，针对不同分析类型有不同的网格划分要求：
①结构分析：使用高阶单元划分较为粗糙的网格；
②CFD：好的，平滑过渡的网格，边界层转化（不同CFD 求解器也有不同的要求）；
③显示动力学分析：需要均匀尺寸的网格；
ANSYSWorkbench基础教程与工程分析详解第五章显式动力学分析
通过第4章动力学分析的学习，相信读者对ANSYS Workbench中的隐式动力学已经有一定的了解了，本章主要讲解显式动力学，包括三个模块，ANSYS LS-DYNA，主要完成在Workbench下的前处理工作；ANSYS AUTODYN，其功能是提供一个全面的多解决方案；ANSYS Explicit，主要用于满足固体、流体、气体及它们之间相互作用的非线性动力学仿真。同样，本章通过图例详解来讲解显式动力学的分析流程。
本章所要学习的内容包括：
¾了解显式动力学分析基础
¾熟悉显式动力学分析的操作流程
¾掌握ANSYS Workbench显式动力学中命令选项的应用
¾了解显式动力学分析的应用场合
5.1 显式动力学分析基础
显式动力学通常的应用领域主要有：汽车工业，如碰撞分析、气囊设计等；航天航空，如飞机结构冲击动力分析、碰撞和坠毁、火箭级间分离模拟分析、冲击爆炸及动态载荷和特种复合材料设计等；制造业，如冲压、锻造、铸造和切割等；建筑业，如爆破拆除、地震安全和混凝土结构等；国防工业，如穿甲弹与破甲弹设计、冲击波传播和空气，水与土壤中爆炸等；电子领域，如跌落分析、包装设计和电子封装等。
当数值仿真问题涉及瞬态、大应变、大变形、材料的破坏，材料完全失效或者伴随复杂接触的结构问题时，通过显式动力学求解可以解决这些问题。
拉格朗日法，其网格是在计算模型上，受力后网格随计算模型变化而变化。应用拉格朗日法的单元类型有三种：实体单元、壳单元和梁单元。拉式法主要用于计算结构响应。
不同于拉格朗日法，欧拉法的网格是固定于空间，在计算力学模型流动或变形时是经过空间固定的网格，从而在计算时通常可以避免问题的网格畸变。欧拉法主要用于计算流
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ANSYS workbench联合dyna显示动力学分析
说明：本文例子无太多工程意义，旨在说明操作步骤，供学习交流之用，如能起到抛砖引玉的作用，实乃荣幸！
1.打开workbench选中如图所示模块
2. 进入Engineering data 设置材料参数
3. 返回1界面，双击进入model （1）设置材料参数
（2）suppress 多余的body
4.part 及接触设置
5.网格设置及划分
6.载荷及边界设置
7. 求解设置，求解并保存
8.找到K文件，如图所示的文件夹
K文件保存在目录（文件名）_files\dp0\SYS\MECH下，如图所示：
9.调用ansys-lsdyna求解K文件设置
10.
通过LS-prepost打开d3plot文件，进行后处理。如下图：