ANSYS结构动力学分析-1

动力学 - 基本定义(dìngyì)和术语 运动方程
通用运动方程(fāngchéng)如下：
M u C u K u F t
不同分析类型对应求解(qiú jiě)不同形式的方程： 模态分析： F(t) =0， [C] 一般忽略。 谐响应分析： F(t) 和u(t) 都假设为谐函数，例如Xsin(wt) ， X 是振幅， w
M7-3
M7-26
M8-3 M8-10 M8-11 M8-37 M8-38
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第1 章 动力学分析(fēnxī)简介
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介绍 教程(jiàochéng)目标
培训（教程）结束后，您将能够利用ANSYS做以下(yǐxià)工作： 模态、谐波、瞬态和谱分析的前处理、求解和后处理 重启动允许从已存在载荷历程的时间点或恢复不收敛的求解继续求解 使用模态叠加方法可以减少瞬态或谐响应分析的求解时间 使用ANSYS高级模态分析的能力，包括预应力模态、循环对称模态和大变形模态分析
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TTOOCC--21
动力学 - 基本定义(dìngyì)和术语 …建模注意事项
非线性（大变形，接触，塑性等等） 仅在完全瞬态动力学分析中允许使用。 在其他动力学类型中（如模态、谐波分析、频谱分析以及简化的模态叠加瞬态分析
等），非线性问题均被忽略掉，也就是说，在整个求解(qiú jiě)过程中一直保持最 初的非线性状态。
在地震多发区的房屋框架和桥梁设计应使其能够承受地 震载荷(zài hè)。
解决办法——作一个频谱分析以决定结构对地震载荷(zài hè)的响应。
Courtesy: U.S. Geological Survey
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动力学 …动力学分析(fēnxī)类型
太空船和飞行器部件必须承受持续一定时间的 变频载荷。
0 0 0 0 x 0
0 0 0 0 0 x
Lumped [M]
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动力学 - 基本(jīběn)定义和术语 …质量矩阵
分布质量矩阵 从单元形函数计算得来。 是大多数单元的缺省选项。 一些单元具有特殊形式(xíngshì)的质量矩阵叫做简化质量矩阵，它是把对应于转动的元素置为零。 集中质量矩阵 质量被单元的各节点所平分，非对角线元素均为零。 通过分析选项来激活(LUMPM 命令).
动力学 - 基本定义(dìngyì)和术语 …建模注意事项
材料特性 杨氏模量和密度是必须(bìxū)的。 记住使用一致的单位制。 对于密度，当使用英制单位时，定义质量密度而不是重量密度: [质量密度]=[重量密度]/[g]=[lbf/in3] / [in/sec2] = [lbf-sec2/in4] 钢的密度=0.283/386 = 7.3 x 10-4 lbf-sec2/in4
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动力学 - 基本定义(dìngyì)和术语 建模注意事项
几何形状和网格划分 几何形状与静态分析要求注意的事项相同。 要包括充分描绘模型质量分布所必须的详细资料。 在注重应力结果时需要精细的网格，如果(rúguǒ)只对位移感兴趣时较粗糙网格就足够
了。
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动力学 - 基本(jīběn)定义和术语 …质量矩阵
应当采用哪种质量矩阵? 对大多数分析来说，分布(fēnbù)质量矩阵为缺省设定。 对于在一个方向上的尺寸比其他两个方向的尺寸都小的结构，如细长梁或很薄的壳，可采
用简化质量矩阵（如果能够得到的话）或集中质量矩阵。 集中质量矩阵可用于波的传播问题。
模态叠加 (再运行 WS-4) 第八章 – 模态分析 (高级主题) A. 有预应力模态分析 B. 实例(WS-49) C. 循环对称模态 D. 实例 (WS-54) E. 大变形模态分析
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M5-16 M5-18 M5-21
M6-3 M6-9
M6-33 M6-36 M6-37 M6-82
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动力学 … 定义(dìngyì)和目的
静力分析用于确保一个结构能够承受稳定载荷 的条件，但这些(zhèxiē)还远远不够，尤其当载 荷随时间变化时更是如此。
著名的美国塔科马海峡吊桥(Galloping Gertie) 在 1940年11月7日，也就是在它刚建成4个月 后，在受到风速为42英里/小时的平稳的风载 荷时发生了倒塌。
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动力学 - 基本定义和术语 质量(zhìliàng)矩阵
动力学分析中必须有质量矩阵[M] ，是通过单元密度对每个单元计算出来的。 两种类型质量矩阵[M]：分布质量矩阵和集中(jízhōng)质量矩阵。对于2-D EAM3,
梁单元，其质量分布矩阵和集中(jízhōng)质量矩阵如下所示：
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动力学 B. 动力学分析(fēnxī)类型
请看下面例子： 汽车尾气排放管装配体，如果其固有频率(ɡù yǒu pín lǜ)与发动机的频率相同就会发生共振， 可能导致其脱离，该如何避免这种危险呢？ 涡轮叶片在受力（离心力）时表现出不同的动力学特性，你将如何计算？ 答案：作一个模态分析决定结构振动特性。
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动力学 - 基本定义和术语 …求解(qiú jiě)方法
直接积分法 直接求解运动(yùndòng)方程 对于谐响应分析，由于载荷与响应都假设是谐函数，所以运动(yùndòng)方程是以
力的频率函数而不是以时间函数的形式来写出并求解的。 对于瞬态分析，运动(yùndòng)方程保持为时间的函数，可通过显式或隐式方法进
M1-3 M1-6 M1-11 M1-33
M2-3 M2-5 M2-18 M2-39 M2-39
M3-3 M3-6 M3-12 M3-34
M4-3 M4-5 M4-22 M4-58
第五章 – 重启动分析 A.定义(dìngyì)和目的 B.过程 M5-7 C. 其它重启动选项 D. 关于重启动文件 E.实例 – 瞬态动力学分析 (WS-35) 第六章– 谱分析 A.定义(dìngyì)和目的 B.基本术语和概念 C.过程 M6-20 D. 谱分析指南 E. 实例(WS-40) F. 随机振动分析 G. 实例 (WS-43) 第七章– 模态叠加 A.定义(dìngyì)和目的 B.过程 M7-8 C. 实例 -
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动力学 …动力学分析(fēnxī)类型
汽车保险杠可以承受低速撞击，但在较高速下 撞击就可能变形。
网球拍框架设计上应使其能够抵挡网球的冲击 (chōngjī)并且允许发生轻微弯曲。
解决办法：作一个瞬态动力学分析，计算出结 构对随时间变化的载荷的响应。
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动力学 … 定义(dìngyì)和目的
动力学分析(fēnxī)用于下列物理现象 ： 振动——如由于旋转机械引起的 冲击——汽车碰撞、锤击 变化载荷——曲轴和其他旋转机械 地震载荷——如地震、冲击波等 随机振动——如火箭发射、道路交通等 每种物理现象将按照一定类型的动力学分析(fēnxī)来解决
阻尼(zǔní)响应
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动力学 - 基本(jīběn)定义和术语 …阻尼
粘性阻尼 物体在流体中运动时发生(fāshēng) 在动力学分析中应该考虑，该阻尼力与运动速度成比例。 比例常数c称作阻尼常数。 通常用阻尼比x （阻尼常数c与临界阻尼常数cc*)来量化表示。 临界阻尼定义为出现振荡和非振荡行为之间的阻尼的极值, 此时阻尼
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介绍(jièshào) 教材
你手中的培训手册是该幻灯片的拷贝 实例描述(miáo shù)和说明在实例分析增刊中 关于实例分析文件的拷贝可从指导老师处获得
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第1 章 动力学简介(jiǎn jiè)
A. 动力学分析定义与目的 B. 讨论动力学分析类型(lèixíng) C. 基本概念和术语 D. 简单动力学分析练习
动力学
培训(péixùn)手册
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内容(nèiróng)目录
第一章 – 导言 A. 定义和目的 B. 动力学分析(fēnxī)类型 C. 基本术语和概念 D. 实例和练习 (WS-4) 第二章 – 模态分析(fēnxī) A. 定义和目的 B. 基本术语和概念 C. 过程 D1. 实例 – 模态分析(fēnxī) (WS-14) D2. 实例 – 模态分析(fēnxī) (WS-19) 第三章 – 谐响应分析(fēnxī) A. 定义和目的 B. 基本术语和概念 C. 过程 D.实例 – 谐响应分析(fēnxī) (WS-23) 第四章– 瞬态动力学分析(fēnxī) A.定义和目的 B.基本术语和概念 C.过程 D.实例 – 瞬态动力学分析(fēnxī) (WS-28)
显示求解方法
不要求矩阵求逆
可轻松处理非线性问题（无收敛问题）
积分时间步Dt 必须很小(1e-6 秒较典型） 对于短时间的瞬态分析有效，如波的传播、冲击载荷以
及高度非线性问题（如金属成型(chéngxíng)） 这种方法不是我们主要讨论的。它将在ANSYS-LS/DYNA
中详细讲解。
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TTOOCC-25
动力学 - 基本定义(dìngyì)和术语 阻尼
什么是阻尼？
是振动(zhèndòng)能量耗散机制，使振动(zhèndòng)最终 停止下来。
阻尼大小主要取决于材料、运动速度和振动(zhèndòng) 频率。
分类如下：
粘性阻尼
滞后或固体阻尼
库仑或干摩擦阻尼
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动力学 …动力学分析(fēnxī)类型
对旋转机械(jīxiè)的轴 承和支撑结构施加稳 定的交变载荷，这些 作用力随着旋转速度 的不同引起不同的偏 转和应力。
解决办法——做一个谐 响应分析决确定结构 对稳态简谐载荷的响 应。
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动力学 …动力学分析(fēn对随机震动的响应。
Courtesy: NASA
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讨论的问题： 运动通用方程 求解方法 建模考虑的因素 质量矩阵(jǔ zhèn) 阻尼
动力学 C. 基本定义(dìngyì)和术语
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是频率，单位是rad/s. 瞬态动力学分析：方程保持上述形式。
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动力学 - 基本定义(dìngyì)和术语 求解方法
如何求解通用运动方程？ 两种主要方法： 模态叠架法 直接积分法 模态叠架法 确定结构的固有频率和模态，乘以正则化坐标，然后加起来用以计算位移(wèiyí)解。 可用来进行瞬态和谐响应分析。 详见第六章。
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动力学 A. 定义(dìngyì)和目的
什么(shén me)是动力学分析？ 用来确定惯量（质量/转动惯量）和阻尼起重要作用时结构或构件动力学行为的技术 “动力学行为” ，如： 振动特性——结构如何振动及其振动频率 载荷随时间变化的效应（如对结构的位移和应力的影响） 周期载荷激励（振荡或随机）
行求解。
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TTOOCC-18
动力学 - 基本定义和术语 …求解(qiú jiě)方法
隐式求解方法
要求矩阵求逆
非线性要求平衡叠代（收敛问题）
积分时间步Dt可以很大，但由于收敛问题而受 到限制。
除了Dt 要求很小的情况外，隐式积分法对多数 问题都有效。
这种方法是我们主要(zhǔyào)讨论的。
虚数部分表示稳定性负值表示稳定正值表示不确定toc50模态分析术语和概念模态提取法阻尼法主要用于回转体动力学中这时陀螺阻尼应是主要的在ansys的beam4和pipe16单元中可以通过定义实常数中的spin旋转速度弧度秒选项来说明陀螺效应实数部分表示稳定性负值表示稳定正值表示不确定toc51模态分析术语和概念模态提取法qr阻尼法qrdamped法是另一种考虑阻尼效应的模态提取方法输出复特征值频率和稳定性和每个模态的阻尼率toc52模态分析术语和概念模态提取法qr阻尼法modoptqrdampnmodetoc53模态分析术语和概念模态提取法qr阻尼法toc54feamodelcharacteristics
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