ANSYS刚柔混合多体动力学分析技术
刚柔耦合仿真分析流程及要点
本文主要介绍使用SolidWorks、HyperMesh、ANSYS和ADAMS软件进行刚柔耦合动力学分析的主要步骤。
一、几何建模在SolidWorks中建立几何模型，将模型调整到合适的姿态，保存。
此模型的姿态不要改动，否则以后的MNF文件导入到ADAMS中装配起来麻烦。
二、ADAMS动力学仿真分析将模型导入到ADAMS中进行动力学仿真分析。
为了方便三维模型的建立，SolidWorks中是将每个零件单独进行建模然后在装配模块中进行装配。
这一特点导致三维模型导入到ADAMS软件后，每一个零件都是一个独立的part，由于工作装置三维模型比较复杂，因此part数目也就相应的比较多，这样就对仿真分析的进行产生不利影响。
下面总结一下从三维建模软件SolidWorks导入到ADAMS中进行机构动力学仿真的要点。
（1）首先在SolidWorks中得到装配体。
（2）分析该装配体中，至U底有几个构件。
（3）分别隐藏其他构件而只保留一个构件，并把该构件导出为*.x_t格式文件。
（4）在ADAMS中依次导入各个*.x_t文件，并注意是用part的形式导入的。
（5）对各个构件重命名，并给定颜色，设置其质量属性。
（6）对于产生相对运动的地方，建议先在此处创建一个marker,以方便后面的操作。
否则，三维模型进入ADAMS后，线条繁多，在创建运动副的时候很难找到对应的点。
部件的导入如下图1所示：图1文件输入File Type 选择Parasolid;File To Read找到相应的模型；将Model Name 切换到Part Name,然后在输入框中右击，一次单击part宀create然后在弹出的新窗口中设置相应的Part Name,然后单击OK宀0K。
将一个部件导入，重复以上步骤将部件依次导入。
这里输入的技巧是将部件名称按顺序排列，如zpt_1、zpt_2、zpt_3.,然后在图1中只需将zpt_1改为zpt_2、将PART_1改为PART_2即可。
ansys动力学分析简介
1-20
动力学 - 基本定义和术语
…建模注意事项
材料特性
• • • 杨氏模量和密度是必须的。 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
1-17
动力学 - 基本定义和术语
…求解方法
直接积分法 • • • 直接求解运动方程
培训手册
Ansys80动力学培训教程——段志东制作
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，运动方程保持为时间的函数，可通过显式或隐式方法进 行求解。
培训手册
Ansys80动力学培训教程——段志东制作
例—国际单位制
• •Length unit •Time unit •Mass unit •Force unit •Young’s Modulus of Steel •Density of Steel •Yield stress of Mild Steel •Acceleration due to gravity (a) meter second kilogram Newton 210.0E+09 7.85E+03 200.0E+06 9.81 (b) millimeter second tonne Newton 210.0E+03 7.85E–09 200.0 9.81E+03 (c) millimeter millisecond kilogram kiloNewton 210.0 7.85E–06 0.200 9.81E-03
ANSYS动力学分析指南
ANSYS 动力学分析指南目 录第1章 模态分析 (1)§1.1 模态分析的定义及其应用 (1)§1.2 模态分析中用到的命令 (1)§1.3 模态提取方法 (1)§1.3.1 分块Lanczos法 (2)§1.3.2 子空间法 (3)§1.3.3 PowerDynamics法 (3)§1.3.4 缩减法 (3)§1.3.5 非对称法 (3)§1.3.6 阻尼法 (4)§1.3.7 QR阻尼法 (4)§1.4 矩阵缩减技术和主自由度选择准则 (5)§1.4.1矩阵缩减 技术 (5)§1.4.2人工选择主自由度的准则 (5)§1.4.3程序选择主自由度的要点 (7)§1.5 模态分析过程 (7)§1.6 建模 (7)§1.7 加载及求解 (8)§1.7.1 进入ANSYS求解器 (8)§1.7.2 指定分析类型和分析选项 (8)§1.7.3 定义主自由度 (10)§1.7.4 在模型上加载荷 (11)§1.7.5 指定载荷步选项 (12)§1.7.6 参与系数表输出 (12)§1.7.7 求解 (13)§1.7.8 退出求解器 (14)§1.8 扩展模态 (14)§1.8.1 注意要点 (14)§1.8.2 扩展模态 (14)§1.9观察结果 (16)§1.9.1 注意要点 (16)§1.9.2 观察结果数据的过程 (16)§1.9.3 选项：列表显示所有频率 (17)§1.9.4 选项：图形显示变形 (17)§1.9.5 选项：列表显示主自由度 (17)§1.9.6 选项：线单元结果 (17)§1.9.7 选项：等值图显示结果项 (18)§1.9.9 选项：列表显示结果项 (18)§1.9.10 其它功能 (18)§1.10 有预应力模态分析 (18)§1.11 大变形预应力模态分析 (19)§1.12 循环对称结构的模态分析 (20)§1.12.1 基本扇区 (20)§1.12.2 节径 (20)§1.12.3 标准（无应力）循环对称结构模态分析 过程 (21)§1.12.4 有预应力循环对称结构模态分析 (24)§1. 13 模态分析实例 (25)§1.13.1飞机机翼模态分析实例 (25)§1.13.2 循环对称结构模态分析实例－简化齿轮的模态分析 (31)§1.13.3 其它模态分析实例的出处 (38)第2章 谐响应分析 (40)§2.1谐响应分析 的定义与应用 (40)§2.2谐响应分析中用到的命令 (40)§2.3三种求解方法 (40)§2.3.1完全法 (41)§2.3.2缩减法 (41)§2.3.3模态叠加法 (41)§2.3.4三种方法共同的局限性 (42)§2.4完全法谐响应分析 (42)§2.4.1完全法谐响应分析过程 (42)§2.4.2建模 (42)§2.4.3加载并求解 (42)§2.4.4观察结果 (49)§2.5缩减法谐响应分析 (51)§2.5.1加载并求得缩减解 (52)§2.5.2观察缩减法求解的结果 (53)§2.5.3扩展解（扩展过程） (53)§2.5.4观察已扩展解的结果 (55)§2.5.5典型的缩减法谐响应分析命令流 (56)§2.6模态叠加法谐响应分析 (57)§2.6.1获取模态分析解 (57)§2.6.2获取模态叠加法谐响应解 (58)§2.6.3扩展模态叠加解 (59)§2.6.4观察结果 (59)§2.6.5典型的模态叠加法谐响应分析命令流 (59)§2.7有预应力的完全法谐响应分析 (61)§2.7.1 有预应力的完全法谐响应分析 (61)§2.7.2有预应力的缩减法谐响应分析 (61)§2.7.3有预应力的模态叠加法谐响应分析 (61)§2.8谐响应分析实例 (61)§2.8.1“工作台-电动机”系统谐响应分析 (62)§2.8.2有预应力的吉他弦的谐响应 (66)§2.8.3其它谐响应分析实例的出处 (73)第3章 瞬态动力学分析 (74)§3.1 瞬态动力学分析的定义 (74)§3.2 学习瞬态动力学的预备工作 (74)§3.3 三种求解方法 (74)§3.3.1 完全法 (75)§3.3.2 模态叠加法 (75)§3.3.3 缩减法 (75)§3.4 完全法瞬态动力学分析 (76)§3.4.1 建造模 型 (76)§3.4.2 建立初始条件 (77)§3.4.3 设置求解控制 (79)§3.4.4 设置其他求解选项 (82)§3.4.5 施加载荷 (84)§3.4.6 存储当前载荷步的载荷配置 (84)§3.4.7 针对每个载荷步重复§3.4.3-6 (85)§3.4.8 存储数据库备份文件 (85)§3.4.9 开始瞬态求解 (85)§3.4.10 退出求解器 (86)§3.4.11 观察结果 (86)§3.4.12 完全法瞬态分析的典型命令流 (87)§3.5 模态叠加法瞬态动力分析 (89)§3.5.1 建造模型 (89)§3.5.2 获取模态解 (89)§3.5.3 获取模态叠加法瞬态分析解 (90)§3.5.4 扩展模态叠加解 (93)§3.5.5 观察结果 (94)§3.5.6 模态叠加法瞬态分析的典型命令流 (94)§3.6 缩减法瞬态动力学分析 过程 (95)§3.6.1 获取缩减解 (96)§3.6.2 观察缩减法求解的结果 (100)§3.6.3 扩展解（扩展处理） (100)§3.6.4 观察已扩展解的结果 (102)§3.7 有预应力瞬态动力学分析 (103)§3.7.1 有预应力的完全法瞬态动力学分析 (103)§3.7.2 有预应力的模态叠加法瞬态动力学分析 (103)§3.7.3 有预应力的缩减法瞬态动力学分析 (103)§3.8 瞬态分析的关键技术细节 (104)§3.8.1 积分时间步长选取准则 (104)§3.8.2 自动时间步长 (106)§3.8.3 阻尼 (106)§3.9 瞬态动力学分析实例 (109)§3.9.1 瞬态完全法分析板-梁结构实例 (109)§3.9.2 瞬态缩减法分析简支梁－质量系统实例 (114)§3.9.3 瞬态模态叠加法分析板-梁结构实例 (119)§3.9.4 其它的分析实例的出处 (124)第4章 谱分析 (125)§4.1 谱分析的定义 (125)§4.2 什么是谱 (125)§4.2.1 响应谱分析 (125)§4.2.2 动力设计分析方法 (126)§4.2.3 功率谱密度 (126)§4.2.4 确定性分析与概率分析 (126)§4.3 谱分析使用的命令 (126)§4.4 单点响应谱(SPRS)分析步骤 (126)§4.4.1 建造模型 (127)§4.4.2 获得模态解 (127)§4.4.3 获得谱解 (127)§4.4.4 扩展模态 (129)§4.4.5 合并模态 (130)§4.4.6 观察结果 (132)§4.4.7 典型的单点响应谱分析命令流 (133)§4.5 随机振动(PSD)分析步骤 (134)§4.5.1 扩展模态 (135)§4.5.2 获得谱解 (135)§4.5.3 合并模态 (138)§4.5.4 观察结果 (139)§4.5.5 典型的PSD分析命令流 (141)§4.6 随机振动分析结果应用 (143)§4.6.1 随机振动结果与失效计算 (143)§4.6.2 随机疲劳失效 (144)§4.7 DDAM（动力设计分析方法）谱分析 (146)§4.8 多点响应谱（MPRS）分析 (146)§4.9 谱分析的实例（GUI命令流和批处理） (147)§4.9.1 单点响应谱分析的算例 (147)§4.9.2 多点响应谱分析的算例 (153)§4.9.3 随机振动和随机疲劳分析算例 (156)§4.9.4 谱分析的其他例题 (165)第1章 模态分析§1.1 模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型），即结构的固有频率和振型，它们是 承受动态载荷结构设计中的重要参数。
ANSYS多刚体动力学分析
第1页/共31页 11.0 New Features
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Introduction
• 刚体动力分析:
– 计算刚体组合机构的动力学响应. – 可以用来考察机构运动特性. – 部件之间采用运动副或者弹簧连接.
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Joints
Training Manual
• 要改变参考坐标系方向, 首先点击joint details中的 “coordinate system”. • 参考坐标系即可别激活 (see next page).
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Joints
Training Manual
• 刚性体的连接通过joint和弹簧来实现，不像揉形体通过接触来实现. • 连接方式可以是体对体（BTB）或者体对地（BTG） • 一个有效的模型系统必须包括一个接地连接。 • 注意，弹簧不是 joints 不能组成接地 (尽管定义为BTG). • 定义为“free”的部件必须通过一个BTG “general” joint定义。
第8页/共31页 11.0 New Features
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Joints
• 在被激活的CS 中点击需要的轴来改变它的方向。 • 可以选择六个方向中的任何一个。
ANSYS刚柔耦合分析
这个例子如下图所示，是一个曲柄摇杆机构。
左边是曲柄，右边是摇杆，中间是连杆，所有连接的地方都是转动副。
现在曲柄与地面的转动副上施加一个匀加速转动，而在摇杆与地面的转动副之间施加一个反向的力偶。
曲柄和摇杆都是刚体，而中间的连杆是柔性体。
现在想考察在机构转动1秒以后，连杆上的应力分布及位移。
由于连杆是柔性体，而曲柄和摇杆是刚体，所以这是一个刚柔耦合仿真问题。
要完成这个刚柔耦合仿真，需要经历如下步骤。
1.使用SOLIDWORKS创建四杆机构并装配使用SOLIDWORKS创建三根杆件，并在两端钻孔，然后使用轴对齐的方式进行装配。
为了简化起见，这里没有创建连接的销钉。
所以只有三根杆件。
装配完毕以后，导出为*.x_t格式。
2.在AWB中创建瞬态动力学分析刚柔耦合动力学仿真要在瞬态动力学分析中进行，如下图。
3.导入模型把前面的几何装配体导入到geometry单元格中，如下图。
4.设置杆件的属性曲柄和摇杆都设置为刚体。
连杆设置为柔性体。
5.设置运动副在曲柄-地面；摇杆-地面之间设置转动副。
使用如下工具栏。
在曲柄-连杆；连杆-摇杆之间设置转动副，使用如下工具栏。
6.划分网格7.设置分析选项这里仅仅是一个示意，最简单的设置。
仿真1秒，随便给一些时间步，打开大变形开关。
8.给原动件施加角加速度给曲柄-地面之间的转动副施加角加速度。
9.给从动件施加反向力偶给摇杆-地面之间的转动副施加反向力偶。
10.求解开始求解。
大概2分钟左右，计算结束。
11.查看连杆的应力12.查看总体位移动画13.结束。
ANSYS多刚体动力学分析
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Rigid Dynamic Setup
• 模型都定义为三维实体。 • 材料属性只有密度有效. • 部件定义为刚性体.
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Introduction
• 刚体动力分析:
– 计算刚体组合机构的动力学响应. – 可以用来考察机构运动特性. – 部件之间采用运动副或者弹簧连接.
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ANSYS刚体运动学分析详解
A N S Y S刚体运动学分析详解LELE was finally revised on the morning of December 16, 2020刚体运动学分析一、前处理1.创建分析项目双击主界面Toolbox中的Analysis System>Rigid Dynamics（刚体动力学）选项，在项目管理区创建分析项目A，如图所示。
2.定义材料数据1)双击项目A中的A2栏Engineering Data项，进入材料参数设置界面，在该界面下即可进行材料参数设置。
2)根据实际工程材料的特性，在Properties of Outline Row 2: Structure Steel表中可以修改材料的特性。
3)关闭A2:Engineering Data，返回到Workbench主界面，材料库添加完毕。
3.添加几何模型1)在A2栏的Geometry上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Import Geometry>Browse，此时会弹出“打开”对话框。
2)在弹出的对话框中选择文件路径，导入chap16几何体文件，此时A2栏Geometry后的？变为√，表示实体模型已经存在。
3)单击DM（DesignModeler）界面右上角的“关闭”按钮退出DM，返回到Workbench主界面。
4. 定义零件行为1)双击主界面项目管理区项目A中的A3栏Model项，进入Mechanical界面，在该界面下即可进行网格的划分、分析设置、结果查看等操作。
2)选择Mechanical界面左侧Outline树结构图中Geometry选项下的所有Solid，在Details of “Solid”中确保所有的Solid对象的Stiffness Behavior（刚度特性）均为Rigid（刚性），如图所示。
5.设置连接1)查看是否生成了Contact接触，如存在，则全部删除，如图所示。
2)选择Mechanical界面左侧Outline树结构图中的Connections对象，然后在工具箱中选择Body-Ground>Revolute，此时树结构图中出现Revolute对象。
ansys动力学分析全套讲解
.第一章模态分析§1.1模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型），即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。
前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。
ANSYS产品家族中的模态分析是一个线性分析。
任非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。
ANSYS提供了七种模态提取法，它们分别是子空间法、分块Lanczos法、PowerDynamics 法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法。
阻尼法和QR阻尼法允在结构中存在阻尼。
后面将详细介绍模态提取法。
§1.2模态分析中用到的命令模态分析使用所有其它分析类型相同的命令来建模和进行分析。
同样，无论进行种类型的分析，均可从用户图形界面（GUI）上选择等效于命令的菜单选项来建模和求解问题。
后面的“模态分析实例（命令流或批处理式）”将给出进行该实例模态分析时要输入的命令（手工或以批处理式运行ANSYS时）。
而“模态分析实例（GUI式）”则给出了以从ANSYS GUI中选择菜单选项式进行同一实例分析的步骤。
（要想了解如使用命令和GUI选项建模，请参阅<<ANSYS建模与网格指南>>）。
<<ANSYS命令参考手册>>中有更详细的按字母顺序列出的ANSYS命令说明。
§1.3模态提取法典型的无阻尼模态分析求解的基本程是经典的特征值问题：其中：=刚度矩阵,=第阶模态的振型向量（特征向量）,=第阶模态的固有频率（是特征值）,=质量矩阵。
ansys11.0柔体动力学分析
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ANSYS v11.0
Material Properties
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– 默认的条件是所有的体处于静止状态。
• 不需要采取任何步骤
– 如果有些体具有0初始位移但是非零初始速度, 可以这样定义：
• 只能指定体。 • 输入速度常量。(采用这种方法输入不能超过一个速度常量。)
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Solution Controls
Training Manual
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Training Manual ANSYS v11.0 New Features
Training Manual
ANSYS刚柔混合多体动力学分析技术
Joint Features—Redundancy Analysis
• 进行过约束分析，改善约束条件
Joint Features—Configuration Tool
• 单摆处于自由状态的位置. • 通过“Configure” 可改
变初始位置.
• 先选择configue，然后选 择具体运动副，出现调整 的坐标
边界条件和载荷
• 边界条件或者载荷可定义常数，表格或者函数 • 可以抑制某一载荷步的边界
约束方程
• 用于创建运动副之间的关系: • – 可以是位移，速度，角速度等 • 例如对图中齿轮减速机构: • - 小齿轮10个齿，大齿轮50个齿
后处理
大纲
• 多体动力学分析组成 • 多体动力学分析流程
大纲
• 多体动力学分析组成 • 多体动力学分析流程
• 多体动力学和其他模块的连接
运动副
• Revolute • Cylindrical • Spherical • Translational • Slot • Planar • Universal • General • Bushing
Revolute Translational
• 多体动力学和其他模块的连接
输出运动载荷进行静力分析
• 针对多体中某个柔性部件输出某个时刻动载荷进 行静力分析
连接参数优化模块DX
子结构刚柔耦合(NEW)
Demo
感谢聆听
Linear Transient Dynamic
Spectrum
Harmonic Response
Response Spectrum
Random Vibration
A. 多体动力学简介
Ansys中有两种多体动力学分析:
ANSYS多刚体动力学分析
量。 决时间。 数量。
1.对单位、个人及
教职工进行查新
服务。
查新 等读 者服 务部 门
2.控制查新的质
馆际互
量、效率。
举办读者
借图书
3.有无微笑服务。 不同级别 培训次
网络、电话或 一个
数量册
4.定期举行读者 的查新时 数；邀请
当面投诉解决 月，一
数；馆际
培训活动，邀请专 间。 专家人
的时间。 学期
目标管理与组织结构与设计、绩效考核紧密联系在一起。组织结构分为：① 职能制组织；②团队型组织；③分权组织；④模拟分权组织；⑤系统性组织。高 校图书馆采用目标管理模式主要采用职能制组织。职能制组织具有“能一眼看出 自己在组织中立场”的清晰性。此外，它还具有高度的稳定性。但是，这种组织 的缺点在于难以窥见组织整体的目标，所以职能制组织结构的组织更应采用目标 管理的模式。
互借时
家进行讲座。
次。
间。
5.开展馆际互借
服务。
6.解决读者投诉
工作尽量具体，比如图书编目的合格率，每日更新的数据的篇数等，这能较好地 提高工作质量。目标的制定必须要符合实际并与本职工作有关，制定目标之前除 了要满足大的目标，对小目标的制定，必须与部门领导及员工进行面谈，协商修 改。这是 SMART 原则的“可达成”原则。最后，每一个目标的制定必须有一定期 限。一定时间后对目标进行评估，开展下一个目标。这样才能使目标管理更具科 学性和实践性。
2.对读者进行咨
询、预约等服务。
一个工
3.解决读者一般
作日整
问题时间。
架次数，
借图书册 还图书册
处理预约图书
4.有无微笑服务。
图书排
数；解答 数；解答
基于ANSYS与ADAMS的并联机构刚柔耦合体动力学分析
（ ｖ ｉ ｉｎＵｎｖ ｒｉ ｆ ｉａ ＣｉｉＡｖａ ｏ ｉｅｓｙｏ ｎ ，Ｔｉ ｊｎ ０ ３ ０ ｈｎ ） ｌ ｔ ｔ Ｃｈ ａ ｉ ３ ０ ０ ，Ｃ ｉａ ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａ ｅｈ ｆｄ ｎａ ｉｓａ ｌｓ ｆｒｇｄ ｌｅ ｉ ｌ ｏｕ ｈ ｙ ｔｍ ｓｄ ｏｎ ＡＮ Ｓ Ｓ ａ ｄ ＡＤＡＭ Ｓ ｉ ｉ ｔｏ ｃ ｄ．Ｉ ｎ ｌｄ ｓｔ ｈｅ ｍ ｔ ｏｄ ｏ ｙ ｍ ｃ ｎａｙｉ ｏ ｉ —ｆ ｘ ｂｅ ｃ ｐ ｎｇ ｓｓｅ ｂａｅ ｓ ｉ Ｙ ｎ ｓ ｎｒ ｄｕ ｅ ｔｉｃｕ ｅ ｈｅｔ — ｏｙｏ ｒ ｆｍｕｌ —ｂ ｙ ａ ｎ￣ ｉｓｔ ｅ ｗａ ｏ ｅ ｎ ａｆｅ ｉ ｅ ｍ ｏ ａ ｎｄ ｔ ｔｐ ｏ ｍａ ｈｅ ａ ａｙｉ． ｎ ｌ ｂ ｓａ ｌ ｈｎｇ ｔ ｅ ｒｇｄ—ｆ ｘｂｅ ｔ ｉ ｏｄ ｙ ｃ， ｙ ｔ ｄ ｆ ｅ ｘｂｌ ｈ ｉ ｌ ｄ ｌａ ｈｅ ｓｅ ｓｔ ｋｅ ｔ ｎ ｓｓ ｌ Ｆｉａｌ ｙ ｅｔｂｉ ｉ ｈ ｉｉ ｌ ｉ ｌ ｙ， ｓ ｅ ｃ ｕｐｉ ｙｔｍ ｆａｔｒ ｅ ｏ ｌ ｎｇｓ ｓｅ ｏ ｈ ｅ —Ｄ Ｏ Ｆ ｐ ｒｌ ｌｍ ｅ ｈ ｎｉ ｄ ｄ ｂ ｔ ｉ ａａｌ ｃ ａ ｓ ａ ｄｅ ｙ ｉ ｓｍｕｌｔｏ ｎｄ ａ ａｙｓ ， ｔ ｓｍ ｅ ｏ ｓｐ ｏ ｄ ｅ ｅ ｔ ｅ ｅ ｍ ｓ ａｉ ｎ ａ ｎ ｌ ｉ ｓ ｈｉ ｔ ｄ ｉ ｒ ｖｅ ｆ ｃ ｖ ． ｈ ｉ Ｋｅ ｒ ：ｒｇｄ—ｆｅ ｉ ｅｃ ｕ ｌｎ ｙ ｔｍ ； ｄ ｎ ｍ ｉｓｓｍｕｌｔｏ ｙ ｗｏ ｄｓ ｉｉ ｌ ｘｂｌ ｏ ｐ ｇ ｓｓｅ ｉ ｙ ａ ｃ ｉ ａｉｎ； ｐ ｒｌ ｌｍ ｅ ｈ ｎｉｍ ； ＡＮ Ｓ ａａｌ ｃ ａ ｓ ｅ ＹＳ； ＡＤＡＭ Ｓ
ANSYS动力学分析
第5章动力学分析结构动力学研究的是结构在随时间变化载荷下的响应问题，它与静力分析的主要区别是动力分析需要考虑惯性力以及运动阻力的影响。
动力分析主要包括以下5个部分：模态分析：用于计算结构的固有频率和模态。
谐波分析（谐响应分析）：用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。
瞬态动力分析：用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可涉及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。
谱分析：是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或PSD输入（随机振动）引起的应力和应变。
显式动力分析：ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题。
本章重点介绍前三种。
【本章重点】•区分各种动力学问题；•各种动力学问题ANSYS分析步骤与特点。
5.1 动力学分析的过程与步骤模态分析与谐波分析两者密切相关，求解简谐力作用下的响应时要用到结构的模态和振型。
瞬态动力分析可以通过施加载荷步模拟各种何载，进而求解结构响应。
三者具体分析过程与步骤有明显区别。
5.1.1 模态分析1.模态分析应用用模态分析可以确定一个结构的固有频率利振型，固有频率和振型是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
如果要进行模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析，固有频率和振型也是必要的。
可以对有预应力的结构进行模态分析，例如旋转的涡轮叶片。
另一个有用的分析功能是循环对称结构模态分析，该功能允许通过仅对循环对称结构的一部分进行建模，而分析产生整个结构的振型。
ANSYS产品家族的模态分析是线性分析，任何非线性特性，如塑性和接触(间隙)单元，即使定义也将被忽略。
可选的模态提取方法有6种，即Block Lanczos(默认)、Subspace、Power Dynamics、Reduced、Unsymmetric、Damped及QR Damped，后两种方法允许结构中包含阻尼。
2.模态分析的步骤模态分析过程由4个主要步骤组成，即建模、加载和求解、扩展模态，以及查看结果和后处理。
ansys动力学分析全套讲解
第一章模态分析§模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型），即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。
前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。
ANSYS产品家族中的模态分析是一个线性分析。
任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。
ANSYS提供了七种模态提取方法，它们分别是子空间法、分块Lanczos法、PowerDynamics法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法。
阻尼法和QR阻尼法允许在结构中存在阻尼。
后面将详细介绍模态提取方法。
§模态分析中用到的命令模态分析使用所有其它分析类型相同的命令来建模和进行分析。
同样，无论进行何种类型的分析，均可从用户图形界面（GUI）上选择等效于命令的菜单选项来建模和求解问题。
后面的“模态分析实例（命令流或批处理方式）”将给出进行该实例模态分析时要输入的命令（手工或以批处理方式运行ANSYS时）。
而“模态分析实例（GUI方式）” 则给出了以从ANSYS GUI中选择菜单选项方式进行同一实例分析的步骤。
（要想了解如何使用命令和GUI选项建模，请参阅<<ANSYS建模与网格指南>>）。
<<ANSYS 命令参考手册>>中有更详细的按字母顺序列出的ANSYS命令说明。
§模态提取方法典型的无阻尼模态分析求解的基本方程是经典的特征值问题：其中：=刚度矩阵,=第阶模态的振型向量（特征向量）,=第阶模态的固有频率（是特征值）,=质量矩阵。
ANSYS workbench 多体动力学分析功能说明
© 2008 PERA Global
ANSYS Workbench 刚柔混合－－多体 动力学分析
© 2008 PERA G刚柔混合－－多体 动力学分析
© 2008 PERA Global
ANSYS Workbench 刚柔混合－－多体 动力学分析
刚体动力学分析模块（ANSYS Rigid Dynamics）
ANSYS Rigid Dynamics是ANSYS 产品的一个附加模块，它集成于ANSYS Workbench环境下（继承了 Workbench与各种CAD软件之间的良好接口能力，如双向参数链接和互动等），在ANSYS 所具有的柔性 体动力学（瞬态动力学）分析功能的基础上，基于全新的模型处理方法和求解算法（显式积分技术），专 用于模拟由运动副和弹簧连接起来的刚性组件的动力学响应。其功能简述如下：
自动探测运动副 利用自动探测运动副功能来建立零件之间的连接关系。 根据自动探测的结果，可以快速修改运动副的连接关系。 完整的运动副类型和弹簧
利用完整的运动副类型（固定、转动、柱面滑动和转动、平动、滑槽、万向连接、球铰、平 面运动、自定义等） 和弹簧来建立零件之间的连接，提供精确的定位方法保证零件间的定位。 提供体对体(BTB)和体对地(BTG)等连接方法。 与Flexible Dynamics直接耦合 可以和ANSYS 模块的Flexible Dynamics功能在Workbench中实现无缝集成，一次求解同时 得到结构运动结果和强度/变形结果等，并支持柔性体的各种非线性特性（如接触、大变形、 材料非线性等）。 用户可自由定义零件为刚体或柔体，设置相关求解属性，直接计算刚体的位移、速度、加速 度和反作用力以及柔体的变形和应力。真正意义上实现了刚柔动力学分析的直接耦合。 Rigid Dynamics独特的前后处理 Windows操作风格 目录树管理模型数据库 支持两个零件连接面（运动关系）的清晰显示 快速高质量的动画显示效果 支持多窗口画面分割显示 自动生成计算报告
ansys动力学分析全套讲解
第一章模态分析§1.1模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型），即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。
前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。
ANSYS产品家族中的模态分析是一个线性分析。
任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。
ANSYS提供了七种模态提取方法，它们分别是子空间法、分块Lanczos法、PowerDynamics法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法。
阻尼法和QR阻尼法允许在结构中存在阻尼。
后面将详细介绍模态提取方法。
§1.2模态分析中用到的命令模态分析使用所有其它分析类型相同的命令来建模和进行分析。
同样，无论进行何种类型的分析，均可从用户图形界面（GUI）上选择等效于命令的菜单选项来建模和求解问题。
后面的“模态分析实例（命令流或批处理方式）”将给出进行该实例模态分析时要输入的命令（手工或以批处理方式运行ANSYS时）。
而“模态分析实例（GUI方式）” 则给出了以从ANSYS GUI中选择菜单选项方式进行同一实例分析的步骤。
（要想了解如何使用命令和GUI选项建模，请参阅<<ANSYS建模与网格指南>>）。
<<ANSYS命令参考手册>>中有更详细的按字母顺序列出的ANSYS命令说明。
§1.3模态提取方法典型的无阻尼模态分析求解的基本方程是经典的特征值问题：其中：=刚度矩阵,=第阶模态的振型向量（特征向量）,=第阶模态的固有频率（是特征值）,=质量矩阵。
ANSYS workbench 多体动力学分析功能说明
刚体动力学分析模块（ 刚体动力学分析模块（ANSYS Rigid Dynamics） ）
ANSYS Rigid Dynamics是ANSYS 产品的一个附加模块，它集成于ANSYS Workbench环境下（继承了 Workbench与各种CAD软件之间的良好接口能力，如双向参数链接和互动等），在ANSYS 所具有的柔性 体动力学（瞬态动力学）分析功能的基础上，基于全新的模型处理方法和求解算法（显式积分技术），专 用于模拟由运动副和弹簧连接起来的刚性组件的动力学响应。其功能简述如下： 自动探测运动副 利用自动探测运动副功能来建立零件之间的连接关系。 根据自动探测的结果，可以快速修改运动副的连接关系。 完整的运动副类型和弹簧 利用完整的运动副类型（固定、转动、柱面滑动和转动、平动、滑槽、万向连接、球铰、平 面运动、自定义等） 和弹簧来建立零件之间的连接，提供精确的定位方法保证零件间的定位。 提供体对体(BTB)和体对地(BTG)等连接方法。 与Flexible Dynamics直接耦合 直接耦合 可以和ANSYS 模块的Flexible Dynamics功能在Workbench中实现无缝集成，一次求解同时 得到结构运动结果和强度/变形结果等，并支持柔性体的各种非线性特性（如接触、大变形、 材料非线性等）。 用户可自由定义零件为刚体或柔体，设置相关求解属性，直接计算刚体的位移、速度、加速 度和反作用力以及柔体的变形和应力。真正意义上实现了刚柔动力学分析的直接耦合。 Rigid Dynamics独特的前后处理 独特的前后处理 Windows操作风格 目录树管理模型数据库 支持两个零件连接面（运动关系）的清晰显示 快速高质量的动画显示效果 支持多窗口画面分割显示 自动生成计算报告
ANSYS Mechanical
——集功能完整性、技术先进性与易学易用性于一体的高端通用机械分析程序机械分析产品关键词●功能完整以结构力学分析为主，涵盖线性、非线性、静力、动力、疲劳、断裂、复合材料、优化设计、概率设计、热及热结构耦合、压电等机械分析中几乎所有的功能。
●技术先进非线性：从单元技术、本构模型技术和求解技术等各个方面为高效地解决各种复杂非线性问题提供了坚实保障；动力学：独具特色、简便易用的刚柔混合多体动力学分析技术，基于三维结构的全面的转子动力学分析技术等；梁壳结构：非线性/实体/复合材料壳结构、非线性/复合材料/真实截面梁结构、基于MPC的自动点焊处理技术等为薄壁结构提供了独特的模拟分析能力；高效并行：适应于各种计算机体系结构的高效分布式并行计算；加速收敛：独特的“VT变分技术”大大减少非线性和瞬态动力学计算的迭代时间。
●易学易用全面集成于A N S Y S新一代协同仿真环境A N S Y S Wo r k b e n c hEnvironment，具有超强的易学易用性。
作为ANSYS的核心产品，ANSYS Mechanical是最顶级的通用机械仿真分析系统，在全球拥有超过13000家的用户群体，是世界范围应用最为广泛的MCAE软件，在中国亦占据了超过40%的市场份额。
它除了提供全面的结构、热、压电、声学、以及耦合场等分析功能外，还创造性地实现了与ANSYS新一代计算流体动力学分析程序CFX的任意双向流固耦合计算。
完整的分析功能、先进的仿真技术、独特的易学易用性等是它的最主要特色。
ANSYS Mechanical——集功能完整性、技术先进性与易学易用性于一体的高端通用机械分析程序集功能完整性、技术先进性与易学易用性于一体的高端通用机械分析程序镍钛形状记忆合金材料模拟索膜找形分析橡胶护套分析线面接触弹簧模拟白车身的模态分析发动机叶盘循环对称模态分析利用模态综合法进行飞机整机模态分析悬架刚柔混合动力分析双体船波浪冲击分析多转子临界转速计算Campbell 图储油罐固液耦合地震响应分析（象腿现象）弹射座椅瞬态冲击响应■ 非线性分析● 几何非线性● 材料非线性● 接触非线性● 单元非线性■ 动力学分析● 模态分析- 自然模态- 预应力模态- 阻尼复模态- 循环模态- 模态综合法● 瞬态分析- 非线性全瞬态- 线性模态叠加法● 谐响应分析● 响应谱分析- 单点谱- 多点谱● 随机振动● 转子动力学- 临界转速- 不平衡响应- 稳定性- 2d 或平面单元的陀螺效应；● 多刚体、多柔体动力学■叠层复合材料■屈曲分析航天蒙皮板承受极限压力载荷考虑时效特征的复合材料板屈曲分析4层复合材料层间失效模拟加筋板复合材料屈曲分析VLCC极限承载能力分析薄膜的褶皱分析油桶的后屈曲分析●非线性叠层壳单元●高阶叠层实体单元●单元特征- 初应力- 层间剪应力- 温度相关的材料属性- 应力梯度跟踪- 中面偏置● Tsai-Wu失效准则●图形化- 图形化定义材料截面- 3D方式察看板壳结果- 逐层查看纤维排布- 逐层查看分析结果●线性屈曲分析●非线性屈曲分析●后屈曲分析●循环对称屈曲分析集功能完整性、技术先进性与易学易用性于一体的高端通用机械分析程序■ 断裂力学分析● 应力强度因子计算● J 积分计算● 能量释放率计算■ 大题化小● P 单元技术● 子结构分析技术● 子模型分析技术船体模型大题化小■ 热分析● 稳态、瞬态● 传导、对流、辐射● 相变（热焓）● 流体单元● 非线性- 材料特性与温度相关- 表面热交换系数与温度相关- 面面接触传热- 单元生死BGA电子封装瞬态热分析裂纹扩展区域预测初始缺陷引起的裂纹扩展坝体浇筑过程的热分 雷达发射机冷板热分析摩擦生热相互辐射热流量橡胶密炼室温度场分布发动机热冲击■耦合分析●热-结构耦合分析●热-电分析●静流体-结构完全耦合●声场分析，声-结构耦合分析- 近/远场模拟- 模态、谐响应、瞬态分析●压电分析- 电激励、机械激励- 模态、谐响应、瞬态分析■设计优化●优化算法- 子空间迭代法- 一阶法●多种辅助工具- 随机搜索法- 等步长搜索法- 乘子计算法- 最优梯度法- 设计灵敏度分析●拓扑优化●变分优化技术发声器周围声压分布电解铝设备温度场分析采用直接耦合法一次计算到焊接过程中的温度、应力分布压电材料MEMS谐振器通过施加电压改变谐振频率ANSYS与CFX双向瞬态流-固-热直接耦合分析结构尺寸对应力影响的响应图开孔的位置作为优化参数响应参数蜘蛛网图拓扑优化200个优化参数采用变分优化技术后，计算时间由两周缩减到两个小时集功能完整性、技术先进性与易学易用性于一体的高端通用机械分析程序■ 概率设计系统(PDS)● 十种概率输入参数● 考虑参数的相关性● 两种概率计算方法- 蒙特卡罗法直接抽样Latin Hyper cube 抽样- 响应面法中心合成Box-Behnken 设计● 支持分布式并行计算● 可视化概率设计结果- 输出响应参数的离散程度Statistics Histogram Sample Diagram- 输出参数的失效概率Cumulative Function Probabilities- 离散性灵敏度Sensitivities Scatter DiagramResponse Surface结果离散图灵敏度的直方图与饼图■ 二次开发特征● ANSYS 参数化设计语言(APDL)● 用户可编程特性（UPF ） ● 用户界面设计语言(UIDL)● 专用界面开发工具（TCL/TK ）● 外部命令● 面向对象编程语言(SDK)广州日立自动扶梯专用分析系统■ 求解器● 迭代求解器- 分布式预条件共轭梯度(DPCG)- 分布式雅可比共轭梯度 (DJCG)- 非完全共轭梯度(ICCG)● 直接求解器- 稀疏矩阵- 波前求解器● 特征值- 分块 Lanczos 法- 子空间法- 凝聚法- QR 阻尼法(阻尼特征值)- 非对称法- LANPCG- 超节点法（SNODE ）● VT 求解加速技术- 减少迭代的次数- 对于初次求解可以加快2至5倍- 对于参数的改变（如尺寸、材料、载荷等）可以加快3至10倍采用VT 求解加速技术后，求解时间加快了2.9倍PCG 求解器速度随CPU 数量增加，求解速度基本线性加快悬架动力分析(2.5千万DOF)■ 并行求解器● 分布式并行求解器- 自动将大型问题拆分为多个子域，分发给分布式结构并行机群的不同CPU （或节点）求解- 支持不限CPU 数量的共享式并行机或机群- 求解效率与CPU个数呈线性提高气动载荷作用下飞机整机强度分析集功能完整性、技术先进性与易学易用性于一体的高端通用机械分析程序● 代数多重网格求解器- 支持多达8个CPU 的共享式并行机- CPU 每增加一倍，求解速度提高80%-对病态矩阵的处理性能优越将模型分为多个区域，分配给不同的机器计算随着有限元算法理论、计算机硬件和软件技术的进步和实际工业需求的提高，现代CAE 技术的应用已逐步由以线性模拟为主向以非线性模拟为主快速发展。
ANSYS动力学分析
第5章动力学分析结构动力学研究的是结构在随时间变化载荷下的响应问题，它与静力分析的主要区别是动力分析需要考虑惯性力以及运动阻力的影响。
动力分析主要包括以下5个部分：模态分析：用于计算结构的固有频率和模态。
谐波分析（谐响应分析）：用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。
瞬态动力分析：用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可涉及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。
谱分析：是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或PSD输入（随机振动）引起的应力和应变。
显式动力分析：ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题。
本章重点介绍前三种。
【本章重点】•区分各种动力学问题；•各种动力学问题ANSYS分析步骤与特点。
5.1 动力学分析的过程与步骤模态分析与谐波分析两者密切相关，求解简谐力作用下的响应时要用到结构的模态和振型。
瞬态动力分析可以通过施加载荷步模拟各种何载，进而求解结构响应。
三者具体分析过程与步骤有明显区别。
5.1.1 模态分析1.模态分析应用用模态分析可以确定一个结构的固有频率利振型，固有频率和振型是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
如果要进行模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析，固有频率和振型也是必要的。
可以对有预应力的结构进行模态分析，例如旋转的涡轮叶片。
另一个有用的分析功能是循环对称结构模态分析，该功能允许通过仅对循环对称结构的一部分进行建模，而分析产生整个结构的振型。
ANSYS产品家族的模态分析是线性分析，任何非线性特性，如塑性和接触(间隙)单元，即使定义也将被忽略。
可选的模态提取方法有6种，即Block Lanczos(默认)、Subspace、Power Dynamics、Reduced、Unsymmetric、Damped及QR Damped，后两种方法允许结构中包含阻尼。
2.模态分析的步骤模态分析过程由4个主要步骤组成，即建模、加载和求解、扩展模态，以及查看结果和后处理。
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• “Sync Views”
• 窗口同步
Joint Features—Reference Coordinate Systems
• 参考坐标系:
• 自动位于joint分支下. • 可以手动更改
Joint Features—Stops
• Stops或者 Lock设置运动副的运动极限或条件. • 当达到相对运动，Stops限制条件会有冲击发生，
Lock则是锁定在固定
• SECSTOP • SECLOCK
Joint Features—DOF Checker (Background)
• 存在过约束问题，也可以计算，但是结果变得不准确. • Question : 模型对称，为什么支反力不对称?
Revolute joint
FX=0 N MY=0 N-m
• 多体动力学和其他模块的连接
Step1 ：导入几何
Step2 ：定义运动副和接触
使用多窗口工具
自由度检查和过约束分析
Step3 ：加载载荷和边界，进行分析设置
载荷可通过直接拖动运动副形式实现
• 载荷步数目
• 初始、最小、 最大时间步
• 输出控制
Step4 ：后处理
指定时间点输出
大纲
• 多体动力学分析组成 • 多体动力学分析流程
Random Vibration
A. 多体动力学简介
Ansys中有两种多体动力学分析:
多刚体系统运动分析
• 只包含刚性体 • 求解快 • 由于接触或者运动副产生运动 • 主要求解各个零部件的位移、速度、加速度和反作用力/力矩等历程曲线。 • 支持大变形大旋转效应 • 通过“Rigid Dynamics” 分析ine Connections
Assemble
接触
• 可自动或者手动生成 • 可定义不同接触类型(bonded, no separation, frictionless, frictional). • 只在接触表面生成网格 • 网格不必太细 • 可定义接触表面能量损失因子(pure elastic = 1, pure plastic = 0)
边界条件和载荷
• 边界条件或者载荷可定义常数，表格或者函数 • 可以抑制某一载荷步的边界
约束方程
• 用于创建运动副之间的关系: • – 可以是位移，速度，角速度等 • 例如对图中齿轮减速机构: • - 小齿轮10个齿，大齿轮50个齿
后处理
大纲
• 多体动力学分析组成 • 多体动力学分析流程
大纲
• 多体动力学分析组成 • 多体动力学分析流程
• 多体动力学和其他模块的连接
运动副
• Revolute • Cylindrical • Spherical • Translational • Slot • Planar • Universal • General • Bushing
Revolute Translational
ANSYS 刚柔混合多体动力学分析技术
什么是多体动力学 (Multibody Dynamic,MBD) ？
• 多体运动学是研究多体系统 (一般由若干个柔性和刚性物体相互连接所组成)运动规律的科学。
A. 多体动力学简介
• ‘刚体动力学’ 是ANSYS 动力学分析中的一个分支
ANSYS Dynamics
• 多体动力学和其他模块的连接
Nonlinear Transient Dynamics
Modal
Harmonic Response
Rigid Dynamics
Flexible Dynamics
Modal Superposition
Linear Transient Dynamic
Spectrum
Harmonic Response
Response Spectrum
Joint Features—Configuration Tool
• 选择具体调整自由度坐标， 拖曳鼠标到具体位置.
• 通过“Set” 确定初始位 置.
• 通过“Revert” 还原到最 初状态.
Joint Features—Assemble Tool
• 装配体组合工具允许客户通过定义连接的方式去组装装配体.
Cylindrical
Spherical
Planar
Universal
Slot
运动副—有间隙:
• 提供三种考虑间隙的运动副:
• In-plane radial gap • Spherical gap • Radial gap
Joints—Body Views
• 自动探测建立 joint • “Body Views”
Spherical joint Fx = 0.76 N My = 0 Nm
Slot joint Fx = 0.76 N My = 0 Nm
Joint Features—DOF Checker
• 接触的 Worksheet 可以显示 “Joint DOF Checker.” • 如果总自由度数小于1，则可能有过约束问题，表格会给出提示信息:
ANSYS MECHANICAL: 1min RIGID DYNAMIC: 1s
A.多体动力学简介
柔性体或者刚柔混合多体动力学
• 包含柔性体和刚体 • 求解时间长 • 允许所有的非线性效应 • 不仅可以求解系统当中刚体的动力学特性；同时还可以输出柔性体
的动力学特性：包括柔体的应力、应变、变形、接触压力等等。 • 通过“Transient Structural” 模块求解
Revolute joint
FX=1.51 N MY=6.05 x 10-2 N-m
Joint Features—Redundancy Analysis
• Answer : 模型存在过约束，使用过约束分析，更改运动副类型. 过约束分析显式多余约束
更改revolute joint为 spherical joint 和 slot joint
Joint Features—Redundancy Analysis
• 进行过约束分析，改善约束条件
Joint Features—Configuration Tool
• 单摆处于自由状态的位置. • 通过“Configure” 可改
变初始位置.
• 先选择configue，然后选 择具体运动副，出现调整 的坐标