ansys瞬态动力分析详解

1 ITS = 30 f c 1 fc = 2π k m
f c = contact frequency k = gap stiffness m = effective mass
瞬态分析 - 术语和概念
积分时间步长（接上页） 积分时间步长（接上页）
波传播 由冲击引起。在细长结构中更 由冲击引起。 为显著（ 为显著（如下落时以一端着地 的细棒） 的细棒） 需要很小的 需要很小的ITS ，并且在沿波 传播的方向需要精细的网格划 分 显式积分法（在ANSYS显式积分法（ LS/DYNA采用）可能对此更为 采用） 采用 适用
这是瞬态分析的最一般形式，载荷可为时间的任意函数； 这是瞬态分析的最一般形式，载荷可为时间的任意函数； 按照求解方法， ANSYS 允许在瞬态动力分析中包括各种类 按照求解方法， 型的非线性- 大变形、接触、塑性等等。 型的非线性 大变形、接触、塑性等等。
瞬态分析瞬态分析- 术语和概念
求解方法
求解方法 完整矩阵方法为缺省方法。允许下列非 完整矩阵方法为缺省方法。 线性选项： 线性选项： – 大变形 – 应力硬化 – Newton-Raphson 解法 集中质量矩阵 主要用于细长梁和薄壁壳或波的传播 公式求解器 由程序自行选择
瞬态分析步骤
选择分析类型和选项命令（接上页） 选择分析类型和选项命令（接上页）
瞬态分析
定义和目的（接上页） 接上页）
瞬态动力分析可以应用在以下设计中： 瞬态动力分析可以应用在以下设计中： 承受各种冲击载荷的结构，如：汽车中的门和缓 承受各种冲击载荷的结构， 冲器、建筑框架以及悬挂系统等； 冲器、建筑框架以及悬挂系统等； 承受各种随时间变化载荷的结构，如：桥梁、地 承受各种随时间变化载荷的结构， 桥梁、 面移动装置以及其它机器部件； 面移动装置以及其它机器部件； 承受撞击和颠簸的家庭和办公设备，如：移动电 承受撞击和颠簸的家庭和办公设备， 话、笔记本电脑和真空吸尘器等。 笔记本电脑和真空吸尘器等。
第四章
瞬态动力分析
第四章：瞬态动力分析 第四章：
第一节： 第一节：瞬态动力分析的定义和目的 第二节： 第二节：瞬态分析状态的基本术语和概念 第三节： 第三节：在ANSYS中如何进行瞬态分析 中如何进行瞬态分析 第四节：瞬态分析实例 第四节：
瞬态分析
第一节：定义和目的 第一节：
什么是瞬态动力分析? 什么是瞬态动力分析 它是确定随时间变化载荷（例如爆炸）作用下 它是确定随时间变化载荷（例如爆炸） 结构响应的技术； 结构响应的技术； 输入数据： 输入数据： – 作为时间函数的载荷 输出数据： 输出数据： – 随时间变化的位移和其它的导出量，如：应 随时间变化的位移和其它的导出量， 力和应变。 力和应变。
瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件命令（接上页） 规定边界条件和初始条件命令（接上页）
! 载荷步 1 TIMINT，OFF ， TIME，0.001 ， NSEL，… ， D，ALL，ALL，0 ， ， ， NSEL，ALL ， ACEL，… ， NSUBST，2 ， KBC，1 ， SOLVE ! 关闭瞬态效应 ! 小的时间间隔 ! 选择所有小物体的所有节点 ! 并在所有方向上定义固定约束 ! 加速度值 ! 两个子步 ! 阶梯载荷
瞬态分析瞬态分析- 术语和概念
求解方法（接上页） 求解方法（接上页）
求解时即可用缩减结构矩阵，也可用完整结构矩阵； 求解时即可用缩减结构矩阵，也可用完整结构矩阵； 缩减矩阵： 缩减矩阵： – 用于快速求解； 用于快速求解； – 根据主自由度写出 ， [C]， [M]等矩阵，主自由度是完全自由 根据主自由度写出[K]， 等矩阵， ， 等矩阵 度的子集； 度的子集； – 缩减的 [K] 是精确的，但缩减的 [C] 和 [M] 是近似的。此外，还 是精确的， 是近似的。此外， 有其它的一些缺陷，但不在此讨论。 有其它的一些缺陷，但不在此讨论。 完整矩阵： 完整矩阵： – 不进行缩减。 采用完整的 K]， [C]， 和 [M]矩阵； 不进行缩减。 采用完整的[K]， 矩阵； ， 矩阵 – 在本手册中的全部讨论都是基于此种方法。 在本手册中的全部讨论都是基于此种方法。
DK，… ， DL，… ， DA，… ， ! 或 D或 DSYM 或
ACEL，… ， OMEGA，... ，
瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件（接上页） 规定边界条件和初始条件（接上页）
初始条件 时间 = 0时的条件：u0， v0， a0 时间t 时的条件： 时的条件 它们的缺省值为， u0 = v0 = a0 = 0 它们的缺省值为， 可能要求非零初始条件的实例： 可能要求非零初始条件的实例： – 飞机着陆 (v0≠0) – 高尔夫球棒击球 (v0≠0) – 物体跌落试验 (a0≠0)
瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件
建模 选择分析类型和选项 规定边界条件和初始条件 在这种情况下边界条件为载荷或在整 个瞬态过程中一直为常数的条件， 个瞬态过程中一直为常数的条件，例 如： – 固定点（约束） 固定点（约束） – 对称条件 – 重力 初始条件将在下面讨论 Nhomakorabea态分析步骤
规定边界条件和初始条件命令(接上页) 规定边界条件和初始条件命令(接上页)
瞬态分析瞬态分析- 术语和概念
积分时间步长
积分时间步长（亦称为 积分时间步长（亦称为ITS 或 t ）是时间积分法中的一个重要概 念 – ITS = 从一个时间点到另一个时间点的时间增量 t ； – 积分时间步长决定求解的精确度，因而其数值应仔细选取。 积分时间步长决定求解的精确度，因而其数值应仔细选取。 ITS 应足够小以获取下列数据： 应足够小以获取下列数据： – 响应频率 – 载荷突变 – 接触频率（如果存在的话） 接触频率（如果存在的话） – 波传播效应（若存在） 波传播效应（若存在）
x x ITS ≤ 3c
x = element size ≤ L / 20 L = length along wave direction c = elastic wave speed = E = Young' s modulus E
ρ
ρ = mass density
瞬态分析
第三节：步骤
在此节中只讨论完整矩阵 五个主要步骤： 五个主要步骤： – 建模 – 选择分析类型和选项 – 规定边界条件和初始条件 – 施加时间历程载荷并求解 – 查看结果
瞬态分析
第二节：术语和概念 第二节：
包括的主题如下： 包括的主题如下： 运动方程 求解方法 积分时间步长
瞬态分析 – 术语和概念
运动方程
用于瞬态动力分析的运动方程和通用运动方程相同； 用于瞬态动力分析的运动方程和通用运动方程相同；
[M ]{u} + [C ]{u} + [K ]{u} = {F (t )}
求解运动方程
直接积分法
模态叠加法
隐式积分
显式积分
完整矩阵法
缩减矩阵法
完整矩阵法
缩减矩阵法
瞬态分析 – 术语和概念
求解方法 （接上页） 接上页）
运动方程的两种求解法： 运动方程的两种求解法： 模态叠加法（在第六章中讨论） 模态叠加法（在第六章中讨论） 直接积分法： 直接积分法： – 运动方程可以直接对时间按步积分。在每个时间点， 运动方程可以直接对时间按步积分。在每个时间点， 需求解一组联立的静态平衡方程（ 需求解一组联立的静态平衡方程（F=ma）； ）； – ANSYS 采用 采用Newmark 法这种隐式时间积分法； 法这种隐式时间积分法； – ANSYS/LS-DYNA 则采用显式时间积分法； 则采用显式时间积分法； – 有关显式法和隐式法的讨论请参见第一章。 有关显式法和隐式法的讨论请参见第一章。
瞬态分析步骤
建
模
模型 允许所有各种非线性 记住要输入密度！ 记住要输入密度！ 其余参见第一章建模所要考虑的问题
瞬态分析步骤
建模命令(接上页) 建模命令(接上页)
/PREP7 ET,... MP,EX,... MP,DENS,… ! 建立几何模型 … ! 划分网格 ...
瞬态分析步骤
选择分析类型和选项
TRNOPT，FULL ， NLGEOM，… ， SSTIF，… ， NROPT，… ， LUMPM，… ， EQSLV，... ，
瞬态分析步骤
选择分析类型和选项（接上页） 选择分析类型和选项（接上页）
阻尼 α和β阻尼均可用； α和 阻尼均可用； 在大多数情况下，忽略 阻尼（粘性阻 在大多数情况下，忽略α阻尼 阻尼（ ），仅规定 阻尼（ 仅规定β 尼），仅规定β阻尼（由滞后造成的阻 尼）： β = 2ξ/ω ξω 为阻尼比， 式中 ξ 为阻尼比，ω 为主要响应频率 （rad/sec）。 ）。 典型命令: 典型命令 ALPHAD，… ， BETAD，… ，
响应周期
瞬态分析 - 术语和概念
积分时间步长（接上页） 积分时间步长（接上页）
载荷突变 ITS 应足够小以获取载荷 突变
Load
t
Load
t
瞬态分析 - 术语和概念
积分时间步长（接上页） 积分时间步长（接上页）
接触频率 当两个物体发生接触，间隙或接触表面 当两个物体发生接触， 通常用刚度（间隙刚度）来描述； 通常用刚度（间隙刚度）来描述； ITS应足够小以获取间隙“弹簧”频率 应足够小以获取间隙“ 应足够小以获取间隙 弹簧” ； 建议每个循环三十个点，这才足以获取 建议每个循环三十个点， 在两物体间的动量传递， 在两物体间的动量传递，比此更小的 ITS 会造成能量损失，并且冲击可能不 会造成能量损失， 是完全弹性的。 是完全弹性的。
瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件（接上页） 规定边界条件和初始条件（接上页）
实例 - 物体从静止状态下落
重力加速度） 这种情况 a0=g （重力加速度）v0=0 采用静载荷步法 载荷步1： 载荷步 ： – 关闭瞬态效应。用TIMINT，OFF 命令或 关闭瞬态效应。 ， Solution > Time/Frequenc > Time Integration... – 采用小的时间间隔，例， 0.001； 采用小的时间间隔， 0.001； – 采用 个子步， 分步加载（如果采用线性载荷或一个子步， v0 采用2 个子步， 分步加载（如果采用线性载荷或一个子步， 就将是非零的）； 就将是非零的）； – 保持物体静止，例如，固定物体的全部自由度； 保持物体静止，例如，固定物体的全部自由度； – 施加等于 g 的加速度； 的加速度； – 求解。 求解。