瞬态动力学
瞬态动力学分析
第16章瞬态动力学分析第1节基本知识瞬态动力学分析，亦称时间历程分析，是确定随时间变化载荷作用下结构响应的技术。
它的输入数据是作为时间函数的载荷，可以是静载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用。
输出数据是随时间变化的位移及其它导出量，如：应力、应变、力等。
用于瞬态动力分析的运动方程为：M KJ+ C KJ+ K K}= F （t）}其中：式中［M］为质量矩阵；［C］为阻尼矩阵；［K］为刚度矩阵。
所以在瞬态动力分析中密度或质点质量、弹性模量及泊松比、阻尼等因素均应考虑，在ANSYS分析过程中密度或质量、弹性模量是必须输入的，忽略阻尼时可以选忽略选项。
瞬态动力学分析可以应用于承受各种冲击载荷的结构，如：炮塔、汽车车门等，应用于承受各种随时间变化载荷的结构，如：混凝土泵车臂架、起重机吊臂、桥梁等，应用于承受撞击和颠簸的办公设备，如：移动电话、笔记本电脑等，同时ANSYS在瞬态动力学分析中可以使用线性和非线性单元（仅在完全瞬态动力学中使用）。
材料性质可以是线性或非线性、各向同性或正交各项异性、温度恒定的或温度相关的。
分析结果写入jobname.RST 文件中。
可以用POST1和POST26观察分析结果。
ANSYS在进行瞬态动力学分析中可以采用三种方法，即Full（完全）法、Reduced （缩减）法和Mode Superposition （模态叠加）法。
ANSYS提供了各种分析类型和分析选项，使用不同方法ANSYS软件会自动配置相应选择项目，常用的分析类型和分析选项如表16-1所示。
在瞬态分析中，时间总是计算的跟踪参数，在整个时间历程中，同样载荷也是时间的函 数，有两种变化方式：Ramped :如图16-1（a ）所示，载荷按照线性渐变方式变化。
Stepped :如图16-1（b ）所示，载荷按照解体突变方式变化。
表16-2常用的分析类型和分析选项 Full （完全）法采用完整的系统矩阵计算瞬态响应。
功能最强大，允许包括非线性的类型。
瞬态动力学
瞬态动力学
嘿，咱来说说瞬态动力学哈。
有一回啊，我看到一个新闻，说有个地方发生了地震。
那场面可吓人了，房子都在摇晃，地面也在震动。
我就想啊，这地震到底是咋回事呢？后来我才知道，这就和瞬态动力学有点关系。
瞬态动力学呢，就是研究物体在瞬间受到外力作用时的运动状态。
比如说，地震的时候，地面突然受到巨大的力量，房子啊、桥梁啊这些建筑物就会发生震动。
这时候，我们就得用瞬态动力学的知识来分析这些建筑物的受力情况，看看它们会不会倒塌。
我记得有一次，我去游乐场玩。
有个游乐项目是过山车。
当过山车快速启动和刹车的时候，我就感觉身体猛地一震。
这其实也是瞬态动力学的一种表现。
过山车在瞬间加速和减速，我们的身体就会受到不同的力的作用。
还有啊，汽车在行驶过程中，如果突然刹车或者撞到什么东西，也会涉及到瞬态动力学。
比如说，汽车的安全气囊就是为了在瞬间碰撞的时候保护乘客。
安全气囊会在瞬间充气，
减轻乘客受到的冲击力。
总之啊，瞬态动力学虽然听起来很复杂，但其实在我们的生活中很常见。
我们可以通过了解瞬态动力学的知识，更好地理解一些自然现象和生活中的事情。
嘿，这就是我对瞬态动力学的理解啦。
Ansys动力学瞬态动力的分析
将结果以图表或报告的形式输出，便于分析和评 估。
05 案例分析
案例一：桥梁的瞬态动力分析
总结词
复杂结构模型，高精度模拟，长 期稳定性
详细描述
使用ANSYS动力学瞬态分析对大 型桥梁进行模拟，考虑风载、车 流等动态因素，评估桥梁在不同 频率下的振动响应和稳定性。
案例二：汽车碰撞的瞬态动力分析
根据实际系统建立数学模型，包括确定系统的自由度和约束条件， 以及选择合适的单元类型和材料属性。
加载和求解
根据问题的实际情况，施加适当的边界条件和载荷，然后使用 ANSYS等有限元分析软件进行求解。
结果后处理
对求解结果进行后处理，包括查看位移、应力、应变等输出结果， 并进行必要的分析和评估。
瞬态动力学的应用场景
瞬态动力学是研究系统在随时间变化的载荷作用下的动力响应，其基本原理基于牛 顿第二定律和弹性力学的基本方程。
瞬态动力学考虑了时间的因素，因此需要考虑系统的初始条件和边界条件，以及载 荷随时间的变化。
瞬态动力学中，系统的响应不仅与当前时刻的载荷有关，还与之前的载荷历史有关。
瞬态动力学的分析步骤
建立模型
求解设置
选择求解器
01
根据模型特点选择合适的求解器，如直接求解器或迭代求解器。
设置求解参数
02
设置合适的求解参数，如时间步长、积分器等。
开始求解
03
启动求解过程，ANSYS将计算并输出结果。
结果后处理
查看结果
在后处理模块中查看计算结果，如位移、应力、 应变等。
分析结果
对结果进行分析，判断结构的响应和性能。
06 结论与展望
瞬态动力学的未来发展方向
更加精确的模型
瞬态动力学分析
第章瞬态动力学分析瞬态动力学分析（也称时间历程分析）是用于确定承受任意的随时间变化载荷的结构的动力学响应的一种方法。
本章将通过实例讲述瞬态动力学分析的基本步骤和具体方法。
瞬态动力学概论弹簧阻尼系统的自由振动分析任务驱动&项目案例A NSYS 17.0中文版有限元分析从入门到精通Note10.1 瞬态动力学概论可以用瞬态动力学分析确定结构在静载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下随时间变化的位移、应变、应力及力。
载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较显著。
如果惯性力和阻尼作用不重要，就可以用静力学分析代替瞬态分析。
瞬态动力学分析比静力学分析更复杂，因为按“工程”时间计算，瞬态动力学分析通常要占用更多的计算机资源和人力。
可以先做一些预备工作以理解问题的物理意义，从而节省大量资源，例如，可以做以下预备工作。
首先分析一个比较简单的模型，由梁、质量体、弹簧组成的模型可以以最小的代价对问题提供有效、深入的理解，简单模型或许正是确定结构所有的动力学响应所需要的。
如果分析中包含非线性，可以首先通过进行静力学分析尝试了解非线性特性如何影响结构的响应。
有时在动力学分析中没必要包括非线性。
了解问题的动力学特性。
通过做模态分析计算结构的固有频率和振型，便可了解当这些模态被激活时结构如何响应。
固有频率同样也对计算出正确的积分时间步长有用。
对于非线性问题，应考虑将模型的线性部分子结构化以降低分析代价。
子结构在帮助文件中的ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide里有详细的描述。
进行瞬态动力学分析可以采用3种方法，即Full Method（完全法）、Mode Superposition Method （模态叠加法）和Reduced Method（减缩法）。
下面来比较一下各种方法的优缺点。
10.1.1 Full Method（完全法）Full Method采用完整的系统矩阵计算瞬态响应（没有矩阵减缩）。
瞬态动力学分析-PPT
2、瞬态动力学理论
2.1 完全法求解理论
不同时间积分算法的转换方法，需要插入以下命令流 TINTP, GAMMA, ALPHA, DELTA, THETA, OSLM, TOL, --, --, AVSMOOTH, ALPHAF, ALPHAM 在转换过程中，使用以上五个参数，来满足各自的算法即可
n
M i yi Ci yi K i yi F a
（14）
i1
i1
i1
在（14）式中左乘一个典型的模态振型i T
n
n
n
i T M i yi i T Ci yi i T K i yi i T F a
（15）
i1
i1
i1
自然模态的正交条件：
j T Ki 0 i j
（16）
jT M i 0
i j
（17）
2、瞬态动力学理论
2.2 模态叠加法求解理论
将正交条件应用到（15）式中
T
j
M
n
j
y j
j
T
C
n
j y
j
T
j
K
n
j
yi
j
T
F
a
i1
i1
i1
y j y j 和 y j 的系数如下：
使用质量矩阵进行归一化，即得 y j 的系数
j M j 1
y j 的系数
j C j 2 j j
j-第j阶模态的临界阻尼百分比； j-第j阶模态固有频率。
– ITS小到足够获取间隙“弹簧”频率；
– 建议每个循环三十个点，才足以获取两物 体间的动量传递。更小的ITS 会造成能量 损失，并且冲击可能不是完全弹性的。
有限元分析丨瞬态动力学分析
有限元分析丨瞬态动力学分析瞬态动力学分析（Transient Structural）是结构有限元分析中非常重要的模块，下文是学习过程的一些积累，仅供参考学习使用，如有错误请指正！目录9.1 瞬态动力学分析简介瞬态动力学分析（Transient Structural）是用于分析载荷随时间变化的结构的动力学响应的方法。
用于确定结构在受到稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合下随时间变化的位移、应变和应力。
惯性力和阻尼在瞬态动力学中非常重要，如果惯性力和阻尼可以忽略，则可以用静力学分析代替瞬态动力学分析。
瞬态动态分析比静态分析更复杂，计算消耗和时间消耗较大。
通过做一些初步的工作来理解问题的物理性质，可以节省大量的资源。
9.2 瞬态动力学分析应用承受各种冲击载荷的结构，如：汽车中的门、导弹发射阶段等；承受各种随时间变化载荷的结构，如：桥梁、地面移动装置等；承受撞击和颠簸设备，如：机器设备运输过程。
9.3 瞬态动力学行业标准GB/T 2423.35-1995 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ea和导则：冲击GJB 150-18 军用设备环境试验方法：冲击试验表9.1 脉冲加速度和持续时间（1）半正弦波半正弦形脉冲适用于模拟线性系统的撞击或线性系统的减速所引起的冲击效应，例如弹性结构的撞击。
图半正弦脉冲例：峰值加速度为15G，脉冲持续时间为11ms，Z方向冲击为例图 workbench中输入半正弦波输入载荷类型为加速度（Acceleration）条件，其中Define By选择Components，在Z Component处选择函数（Function），在等号后输入：Asin（ωt），ω=2π/Ta=14700*sin（2π*time/0.022）=14700*sin（2*180*time/0.022）=14700*sin((16363.636*time)^2)^0.5)mm/s2。
注意：单位为角度制，由于此处函数符号不支持绝对值运算符（abs）。
瞬态现象的时间特性与动力学分析
瞬态现象的时间特性与动力学分析瞬态现象是一种在自然界中普遍存在的现象，它可以在许多领域中观察到，如物理学、化学、生物学等。
瞬态现象通常指的是一种短暂的变化或事件，在时间上存在一定的特性与规律。
在本文中，我们将探讨瞬态现象的时间特性以及与动力学之间的关系。
首先，我们来了解一下瞬态现象的时间特性。
瞬态现象往往发生得非常迅速，持续时间很短。
它们的发生可以是由外界刺激引起的，也可以是由系统内部的变化所导致的。
无论是哪种原因引起的，瞬态现象往往都具有一个明确的起点和终点。
正是因为这种短暂且具有明确时限的特性，瞬态现象才显得尤为有趣和重要。
接下来，我们来分析瞬态现象与动力学之间的关系。
动力学是研究物体运动及其与力的关系的分支学科，它研究的是物体随时间的变化。
而瞬态现象正是动力学中的一种重要现象。
在动力学的理论框架下，我们可以通过描述瞬态现象的动力学方程来理解其时间特性。
动力学方程可以描述系统在某一时刻的运动状态以及其随时间的变化规律。
通过分析瞬态现象的动力学方程，我们可以获得关于瞬态现象的更深入的理解。
此外，瞬态现象的时间特性对于我们理解自然界的一些重要现象具有重要意义。
例如，在化学反应中，一些反应的速率非常快，导致瞬态现象的出现。
瞬态现象的短暂性使得我们能够观察到一些在平衡状态下无法观察到的现象。
通过研究瞬态反应过程中的时间特性，我们可以揭示出反应机理和反应过程中的关键因素，对于化学反应的控制和优化具有重要的意义。
此外，在物理学领域，许多实验现象也表现出瞬态性。
例如，光的传播和干涉现象，声波的传播和共振现象等。
瞬态现象使得我们能够研究和理解这些现象的特性和规律。
通过对瞬态现象的时间特性的深入研究，我们可以更好地理解自然界中的各种物理现象。
总结起来，瞬态现象的时间特性与动力学之间存在紧密的联系。
瞬态现象的存在让我们能够观察到一些平衡状态下无法察觉到的现象，通过对瞬态现象的时间特性和动力学方程的分析，我们可以深入探究这些现象背后的机制和规律。
14-瞬态动力学分析
Advanced Contact & Fasteners
（1）
在任何给定的时间t，这些方程都会转换为一系列的静态平衡方程，并且把以 下的载荷考虑进去：
-惯性力；
-阻尼力； 为了求解这些方程，ANSYS提供了两种方法：
-纽马克时间积分算法（Newmark）；
-改进算法HHT算法； 时间积分步：在两个邻近的时间点的增量：
{u}: 结构节点位移矢量 (t): 载荷的作用时间
2.瞬态动力学的理论基础
求解运动方程
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
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
2.瞬态动力学的理论基础
Training Manual
5.模态叠加法（振型叠加法）
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
5.模态叠加法（振型叠加法）
时间步设置：
Training Manual
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-时间步长必须设置为恒定值；
-自动时间步程序会自动关闭； -定义的子步或时间步作用于施加 的所有载荷； 阻尼设置： -阻尼矩阵不是显示计算的，而 是通过阻尼比来考虑的
子步 子步是载荷步中的载荷增量。子步用于逐步施加载荷。
平衡迭代步 平衡迭代步是ANSYS为得到给定子步（载荷增量）的收敛解而采用的 方法。
3.完全法的基本设置
Training Manual
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《瞬态动力学》课件
汇报人：
01
02
03
04
05
06
瞬态动力学是研究物体在短时间内的运动规律和状态的学科。 瞬态动力学的研究对象包括固体、液体和气体等。 瞬态动力学的研究方法包括实验、数值模拟和理论分析等。 瞬态动力学的应用领域包括航空航天、汽车、机械、电子等。
研究对象：机械系统、电气系 统、流体系统等
瞬态动力学分析可以应用于机械系 统的设计和优化
添加标题
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瞬态动力学分析可以帮助我们了解 机械系统在瞬态条件下的响应和稳 定性
瞬态动力学分析可以帮助我们预测 机械系统的故障和失效
车辆碰撞：分 析车辆碰撞过 程中的瞬态动
力学行为
车辆振动：分 析车辆行驶过 程中的振动现 象及其瞬态动
力学特性
车辆转向：分 析车辆转向过 程中的瞬态动
力学行为
车辆制动：分 析车辆制动过 程中的瞬态动
力学行为
车辆加速：分 析车辆加速过 程中的瞬态动
力学行为
车辆悬架系统： 分析车辆悬架 系统的瞬态动
力学行为
航天器发射过程中的瞬态动力学分析 航天器在轨运行过程中的瞬态动力学分析 航天器返回过程中的瞬态动力学分析 航天器着陆过程中的瞬态动力学分析
混合法的定义： 将两种或多种 分析方法结合 使用，以获得 更准确的结果
混合法的优点： 提高计算效率， 降低计算误差
混合法的应用 领域：瞬态动 力学、结构力 学、流体力学
等
混合法的局限 性：需要具备 一定的专业知 识和技能，才
究机械系统在瞬态条件下的动力学 特性
解析法简介：通过解析解来求解瞬 态动力学问题
解析法应用：适用于简单、规则的 瞬态动力学问题
瞬态动力学分析
2、瞬态动力学理论
2.1 完全法求解理论
ANSYS中使用隐式方法Newmark和 HHT来求解瞬态问题。Newmark方法使用
有限差分法，在一个时间间隔内有
u n 1 u n ( 1 ) u n u n 1 t
（2）
u n 1 u n u n t (1 2 ) u n u n 1 t2
C a 1 u n a 4 u n a 5 u n
一旦求出 u n，1 速度和加速度可以利用（5）和（6）求得。对于初始
施加于节点的速度或加速度可以利用位移约束并利用（3）计算得到
根据Zienkiewicz的理论，利用（2）和（3）式得到的Newmark求解方法的无 条件稳定必须满足：
2、瞬态动力学理论
2.1 完全法求解理论
我们期望在高频模型中使用可控的数值阻尼计算方法，因为使用有限元计算 离散空间域的结果，在高频率的模式不太准确。然而，这种算法必须具备以 下特征：在高频下引进数值阻尼不应该降低求解精度，在低频下不能产生过 多的数值阻尼。在完全瞬态分析中，HHT时间积分方法可以满足以上的要求 ： 基本的HHT的方法由下式给出：
（14）
i 1
i 1
i 1
在（14）式中左乘一个典型的模态振型i T
i T M n i y i i T C n i y i i T K n i y i i T F a （15）
i 1
自然模态的正交条件：
i 1
i 1
jTKi0 i j
（16）
jTMi0 i j
2、瞬态动力学理论
2.1 完全法求解理论
1 2
1 2
1 2
m
f
（11）
m
f
1 2
瞬态动力学准静态
瞬态动力学准静态
瞬态动力学和准静态是两种不同的概念，它们之间没有直接的关系。
瞬态动力学是研究物体在随时间变化的载荷作用下的动态响应的学科。
它考虑了时间因素对系统性能的影响，可以分析系统在不同时间点的运动状态和受力情况，如冲击、振动、噪声等。
准静态是一种理想化的力学模型，用于描述物体在近似静态的条件下（即加载速度很小）的响应。
它忽略了惯性、阻尼和频率等影响因素，只考虑边界条件随时间变化的状况，可以近似描述一些缓慢变化的过程，如材料的蠕变、应力松弛等。
在某些情况下，瞬态动力学和准静态可能会有一些近似的关系。
例如，当一个系统受到冲击载荷时，如果冲击速度不是很大（相对于材料的动态性能而言），那么系统可以近似地看作是在准静态条件下响应的。
但是，如果冲击速度很高，那么就必须考虑瞬态动力学的影响。
需要注意的是，虽然准静态模型可以提供一些有用的近似解，但它并不完全准确。
为了获得更精确的结果，需要考虑更多的影响因素和更复杂的模型。
ansys 瞬态动力学设置两物体相对移动
一、概述在工程领域中，研究物体相对移动的动力学行为具有重要意义。
在实际工程应用中，瞬态动力学分析是评估机械设计的重要手段之一。
本文将通过ANSYS软件进行瞬态动力学设置，研究两物体相对移动的问题。
二、瞬态动力学分析基本原理1. 瞬态动力学分析瞬态动力学分析是指在物体受到外部力或扭矩作用下，物体产生瞬时运动或者受到瞬时力的影响时的动力学分析方法。
该方法适用于应用于工程领域中需要考虑加速度、惯性力、阻尼等瞬态动力学因素的问题。
2. ANSYS软件ANSYS软件是一种用于工程仿真和设计的有限元分析软件。
它能够模拟和分析多种工程问题，包括结构分析、热分析、流体力学分析等。
在瞬态动力学分析中，ANSYS软件可以模拟物体的瞬时运动、应力分布等。
三、两物体相对移动问题分析1. 问题描述假设有两个物体A和B，它们之间通过一根弹簧相连。
当施加外力使得物体A移动时，弹簧会受到拉力，同时对物体B施加相等反作用力。
我们希望通过瞬态动力学分析，研究物体A和B在相对移动过程中的动力学行为。
2. ANSYS设置我们需要建立物体A和B的几何模型，并在ANSYS中导入。
根据物体的材料属性、外部力的施加情况等，设置瞬态动力学分析的条件和参数。
在设置过程中，需注意考虑物体的刚度、弹簧的刚度、阻尼等因素。
3. 模拟过程在模拟过程中，我们可以通过ANSYS软件对物体A施加外力，观察物体A和B在相对移动过程中的运动状态、应力分布等动力学行为。
通过分析模拟结果，可以得出两物体在相对移动过程中所受到的动力学影响。
四、模拟结果分析1. 动态响应通过模拟分析，我们可以观察到物体A受到外力作用后的瞬时加速度、速度和位移变化。
物体B也会在弹簧的作用下产生相对运动。
通过观察动态响应，我们可以得出两物体相对移动的动力学特性。
2. 应力分布在瞬态动力学分析中，我们还可以观察到物体A和B在相对移动过程中受到的应力分布情况。
弹簧受到的拉力、物体产生的应力等都可以得到清晰的分析和展示。
瞬态动力学分析
（4）
把（2）和（3）式，带入到（4） n1 a0 (un1 un ) a2 u n a3 u n u
（5） （6）
n1 u n a6 u n a7 u n1 u
2、瞬态动力学理论
2.1 完全法求解理论
3、积分时间步长选取准则
--ITS=两个时刻点间的时间增量t ；
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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
--积分时间步长决定求解的精确度，因而其数值应仔细选取。 --对于缩减矩阵法与模态叠加法瞬态分析ANSYS 只允许ITS常值.
（ 9）
其中：
程序默认使用的算法是HHT算法，因此如果需要修改时间积分算 法，则需要插入以下命令流流 TRNOPT,,,,,,NMK；
2、瞬态动力学理论
2.1 完全法求解理论
Training Manual
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我们期望在高频模型中使用可控的数值阻尼计算方法，因为使用有限元计算 离散空间域的结果，在高频率的模式不太准确。然而，这种算法必须具备以 下特征：在高频下引进数值阻尼不应该降低求解精度，在低频下不能产生过 多的数值阻尼。在完全瞬态分析中，HHT时间积分方法可以满足以上的要求 ： 基本的HHT的方法由下式给出：
瞬态动力分ng Manual
Advanced Contact & Fasteners
承受各种冲击载荷的结构，如：汽车中的门和缓冲器、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、地面移动装置以
瞬态动力学
– 要进行柔体动力学分析， 必须要有以下license： ANSYS Structural, ANSYS Mechanical, 或者 ANSYS Multiphysics
Assembly shown here is from an Autodesk Inventor sample model 4-2
4-14
Workbench-Simulation Dynamics
…包含非线性
Training Manual
• 缺省地，大变形效应和自动时间步长是被激活的:
– 为了考虑非线性效应，用户并不需要做特别的操作.
• 然而，如前所提，如果非线性占主导，时间步长就以非线性考虑，而不是动态响应. • 在“Analysis Settings” 分支下，大变形效应（Large Deflection）可以在Details
Workbench-Simulation Dynamics
Workbench-Simulation Dynamics
A. 介 绍
Training Manual
• 柔体动力学分析用于评估惯性效应不可忽视的柔性体系统的动力学响应
– 如果惯性和阻尼效应可以忽略的话，可以考虑用线性或非线性静力分析替代 – 如果载荷呈正弦变化以及响应是线性的，采用谐响应分析会更为有效
• 非线性的行为具有几种来源，柔体动力学分析通常会包含以下几种非线性：
– 几何非线性:如果结构发生了大变形，变化后的 几何构型会引起非线性行为。
– 材料非线性: 非线性的应力应变关系，比如右 图所示的金属的塑性，是另外一种非线性的来源。
– 接触: 包含接触效应是状态非线性的一种， 部件之间发生接触或者分离的时候引起刚 度的突然变化。
瞬态动力学分析
§3.1瞬态动力学分析的定义瞬态动力学分析（亦称时间历程分析）是用于确定承受任意的随时间变化载荷结构的动力学响应的一种方法。
可以用瞬态动力学分析确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下的随时间变化的位移、应变、应力及力。
载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较重要。
如果惯性力和阻尼作用不重要，就可以用静力学分析代替瞬态分析。
瞬态动力学的基本运动方程是：其中：[M] =质量矩阵[C] =阻尼矩阵[K] =刚度矩阵{}=节点加速度向量{}=节点速度向量{u} =节点位移向量在任意给定的时间，这些方程可看作是一系列考虑了惯性力（[M]{}）和阻尼力（[C]{}）的静力学平衡方程。
ANSYS程序使用Newmark时间积分方法在离散的时间点上求解这些方程。
两个连续时间点间的时间增量称为积分时间步长（integration time step）。
§3.2学习瞬态动力学的预备工作瞬态动力学分析比静力学分析更复杂，因为按“工程”时间计算，瞬态动力学分析通常要占用更多的计算机资源和更多的人力。
可以先做一些预备工作以理解问题的物理意义，从而节省大量资源。
例如，可以做以下预备工作：1.首先分析一个较简单模型。
创建梁、质量体和弹簧组成的模型，以最小的代价深入的理解动力学认识，简单模型更有利于全面了解所有的动力学响应所需要的。
2.如果分析包括非线性特性，建议首先利用静力学分析掌握非线性特性对结构响应的影响规律。
在某些场合，动力学分析中是没必要包括非线性特性的。
3.掌握结构动力学特性。
通过做模态分析计算结构的固有频率和振型，了解这些模态被激活时结构的响应状态。
同时，固有频率对计算正确的积分时间步长十分有用。
4.对于非线性问题，考虑将模型的线性部分子结构化以降低分析代价。
<<高级技术分指南>>中将讲述子结构。
§3.3三种求解方法瞬态动力学分析可采用三种方法：完全（Full）法、缩减（Reduced）法及模态叠加法。
第三章瞬态动力学分析
第三章瞬态动力学分析瞬态动力学分析是一种用来描述系统在外部扰动下的短期响应情况的方法。
在工程领域中，瞬态动力学分析常常用于评估系统的稳定性、性能和安全性。
本章将介绍瞬态动力学分析的基本原理和具体应用。
1.原理瞬态动力学分析的基本原理是基于系统的动力学特性进行建模和分析。
首先，需要建立系统的数学模型，包括系统的方程、初值和边界条件。
系统的方程可以通过物理定律、动力学原理或实验数据等方法确定。
然后，通过求解数学模型的解析解或数值解的方式，可以得到系统在不同时间下的响应。
2.方法瞬态动力学分析的方法可以分为解析方法和数值方法两种。
解析方法是通过求解系统的微分方程或差分方程得到解析解，从而得到系统的瞬态响应。
常见的解析方法有变量分离法、特征根法和拉普拉斯变换法等。
数值方法则是通过离散化连续系统，将微分方程或差分方程转化为差分方程或代数方程，利用计算机进行数值求解。
常见的数值方法有欧拉法、龙格-库塔法、增量法和有限元法等。
3.应用瞬态动力学分析在工程中的应用非常广泛，下面简要介绍几个典型的应用场景。
（1）电力系统瞬态分析：电力系统瞬态分析是电力工程中的一个重要问题，它用于评估电力系统的稳定性、动态响应和故障处理能力。
通过瞬态动力学分析，可以控制系统的电压、频率和功率稳定性，提高电力系统的可靠性和安全性。
（2）水力系统瞬态分析：水力系统瞬态分析主要用于评估水力系统中的液压冲击、水锤和阀门控制等问题。
通过瞬态动力学分析，可以确定系统中各个节点的压力和流量变化规律，以及液压冲击和水锤的大小和位置，为系统设计和维护提供依据。
（3）机械系统瞬态分析：机械系统瞬态分析主要用于评估机械系统的运动学和动力学性能，如加速度、速度、力和位移等。
通过瞬态动力学分析，可以分析系统中的动力学特性，确定系统的自然频率、阻尼比和共振点等参数，为系统的设计和优化提供参考。
总结：瞬态动力学分析是一种用来描述系统在外部扰动下的短期响应情况的方法。
12-18-1-瞬态动力学
瞬态动力学1. 瞬态动力学啊，那可真是神奇得很！就像一场激烈的赛车比赛，速度瞬间提升，刺激极了！比如地震时房子的晃动，不就是瞬态动力学在起作用嘛。
2. 瞬态动力学呀，这不就是生活中那些突然的变化嘛！好比突然刮起的一阵狂风，让人措手不及。
像火箭发射时那强大的冲击力，不就是典型的瞬态动力学嘛！3. 哇塞，瞬态动力学！它就像是一个隐藏在幕后的大力士，关键时刻能爆发出惊人的力量！就像急刹车时车辆的反应，这就是瞬态动力学的表现啊。
4. 嘿，瞬态动力学可太有意思了！它就像一场惊喜派对，突然就出现了让人意想不到的状况。
比如说爆炸产生的冲击波，这可绝对是瞬态动力学的杰作呀！5. 瞬态动力学啊，那可是有着无穷的魅力！就像闪电划过夜空那般耀眼而迅速。
想想看，打乒乓球时球的快速运动，不也包含着瞬态动力学嘛。
6. 哎呀呀，瞬态动力学！它就好像是个调皮的小精灵，总是在不经意间出现。
像突然跳闸时电灯的熄灭，这就是瞬态动力学在搞鬼呀！7. 瞬态动力学，这可真是个让人着迷的东西！宛如一场刺激的冒险，充满了未知。
好比短跑运动员起跑的那一瞬间，不就是瞬态动力学的功劳嘛。
8. 哇哦，瞬态动力学！这不就是生活中的那些瞬间爆发嘛！像鞭炮爆炸的那一刻，就是瞬态动力学的生动体现呀。
9. 瞬态动力学呀，它就像一阵突如其来的暴雨，猛烈而直接。
例如车祸时车辆的碰撞变形，不就是瞬态动力学在发挥作用嘛。
10. 嘿！瞬态动力学可真是神奇！它就如同一个神秘的魔法，在瞬间改变一切。
想想飞机起飞时那强大的动力，不正是瞬态动力学的杰作嘛。
我觉得瞬态动力学在我们生活中无处不在，它既有着让人惊叹的力量，又有着让人好奇的神秘，真的非常值得我们去深入了解和研究啊！。
瞬态动力学和稳态动力学
瞬态动力学和稳态动力学
瞬态动力学指的是系统在开始阶段或者在外部条件发生改变时的
响应和变化。
瞬态动力学研究系统的瞬间行为和瞬间变化情况，把握
系统从开始到稳定状态的过程。
稳态动力学指的是系统在长时间运行后，达到一个平衡状态时的
行为和特征。
稳态动力学研究系统在稳定状态下的性质、稳定性和平
衡点的特点。
瞬态动力学和稳态动力学是研究系统动力学行为的两个重要方面，它们相互关联和相互作用。
瞬态动力学是系统达到稳态前的过渡过程，稳态动力学则是系统达到稳定状态后的长期行为。
二者共同揭示了系
统在不同时间尺度下的性质和演化规律，对于了解系统的动力学特性
和优化系统设计具有重要意义。
瞬态化学反应动力学模型建立
瞬态化学反应动力学模型建立一、瞬态化学反应动力学模型概述瞬态化学反应动力学是指在化学反应过程中，反应物和生成物的浓度随时间变化的规律。
这种变化不仅影响反应的速率和效率，还对反应的机理和过程有重要影响。
因此，建立准确的瞬态化学反应动力学模型对于理解和控制化学反应具有重要意义。
1.1 瞬态化学反应动力学的基本特性瞬态化学反应动力学的基本特性包括反应速率、反应时间、反应物和生成物的浓度变化等。
这些特性可以通过数学模型来描述，从而预测和控制反应过程。
1.2 瞬态化学反应动力学的应用场景瞬态化学反应动力学在许多领域都有应用，包括但不限于化学工业、环境科学、材料科学和生物化学等。
通过研究瞬态反应动力学，可以优化反应条件，提高反应效率，减少副反应的发生。
二、瞬态化学反应动力学模型的建立瞬态化学反应动力学模型的建立是一个复杂的过程，需要考虑多种因素。
以下是建立模型的基本步骤和关键技术。
2.1 反应速率方程的建立反应速率方程是描述反应速率随时间变化的数学表达式。
常见的反应速率方程包括零级反应、一级反应、二级反应等。
通过实验数据，可以确定反应的级数，并建立相应的速率方程。
2.2 反应机理的确定反应机理是指反应过程中分子之间相互作用的具体过程。
通过理论分析和实验验证，可以确定反应的机理，从而为建立动力学模型提供基础。
2.3 反应物和生成物浓度的数学模型反应物和生成物的浓度变化是瞬态化学反应动力学的核心。
通过建立浓度变化的数学模型，可以预测反应过程中浓度的变化趋势，从而优化反应条件。
2.4 模型参数的确定模型参数是影响反应速率和浓度变化的关键因素。
通过实验数据，可以确定模型参数的值，从而提高模型的准确性和可靠性。
2.5 模型验证和优化通过实验数据验证模型的准确性，并根据验证结果对模型进行优化。
优化的方法包括调整模型参数、改进模型结构等。
三、瞬态化学反应动力学模型的应用瞬态化学反应动力学模型在实际应用中具有广泛的价值。
以下是一些典型的应用场景和应用效果。
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瞬态分析 - 术语和概念
积分时间步长（接上页）
响应频率 • 不同类型载荷会在结构中激发不同 的频率（响应频率）； • ITS应足够小以获取所关心的最高 响应频率 （最低响应周期）； • 每个循环中有20个时间点应是足够 的，即： Dt = 1/20f 式中 ，f 是所关心的最高响应频率 。
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瞬态分析步骤
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
• • • 这种情况 a0=g （重力加速度）v0=0 采用静载荷步法 载荷步1： – 关闭瞬态效应。用TIMINT，OFF 命令或 Solution > Time/Frequenc > Time Integration... – 采用小的时间间隔，例， 0.001； – 采用2 个子步， 分步加载（如果采用线性载荷或一个子步， v0 就将是非零的）； – 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； – 求解。
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瞬态分析
定义和目的（接上页）
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 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 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 话、笔记本电脑和真空吸尘器等。
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瞬态分析- 术语和概念
求解方法
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
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瞬态分析 – 术语和概念
求解方法 （接上页）
运动方程的两种求解法： • 模态叠加法（在第六章中讨论） • 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， 需求解一组联立的静态平衡方程（F=ma）； – ANSYS 采用Newmark 法这种隐式时间积分法； – ANSYS/LS-DYNA 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。
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瞬态分析步骤
施加时间-历程载荷并求解
实例 – 将悬臂梁的自由端从平衡位置“拨”开“
• • • 这种情况时，在梁的自由端 u00 ， v0=0； 用静载荷步法； 载荷步 1： – 关闭瞬态效应。用 TIMINT，OFF 命令或 Solution > Time/Frequenc > Time Integration... – 采用小的时间间隔，例如， 0.001； – 2个子步， 分步加载（如果采用线性载荷或用一个子步，v0 就将 是非零的）； – 在梁的自由端施加所要求的非零位移； – 求解。
第四章
瞬态动力分析
第 第二节：瞬态分析状态的基本术语和概念 第三节：在ANSYS中如何进行瞬态分析 第四节：瞬态分析实例
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瞬态分析
第一节：定义和目的
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 结构响应的技术； • 输入数据： – 作为时间函数的载荷 • 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。
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瞬态分析
第二节：术语和概念
包括的主题如下： • 运动方程 • 求解方法 • 积分时间步长
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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；
C u K u F t M u
• 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 型的非线性- 大变形、接触、塑性等等。
Dx ITS 3c
Dx element size L / 20 L lengthalongwave direction c elasticwavespeed E Young' s modulus E
mass density
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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： – 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
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瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件命令（接上页）
NSEL，… IC，… NSEL，ALL TIME，… … SOLVE
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瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件（接上页）
实例 – 承受冲击载荷的固定平板
• •
•
此种情况下 u0 = v0 = a0 = 0； 这些初始条件都是ANSYS中的缺省初始条件值，所以这里不必再规 定它们！ 只施加边界条件和冲击载荷，然后求解。
•
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瞬态分析- 术语和概念
积分时间步长
• 积分时间步长（亦称为ITS 或 Dt ）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 Dt ； – 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： – 响应频率 – 载荷突变 – 接触频率（如果存在的话） – 波传播效应（若存在）
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瞬态分析步骤
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
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瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件（接上页）
施加初始条件的两种方法： • 以静载荷步开始 – 当只需在模型的一部分上施加初始条件时，例如，用强加的位移 将悬臂梁的自由端从平衡位置“拨”开时，这种方法是有用的； – 用于需要施加非零初始加速度时。 • 使用IC 命令 – Solution > Apply > Initial Condit’n > Define + – 当需在整个物体上施加非零初始位移或速度时IC 命令法是有用 的。
规定边界条件和初始条件命令（接上页）
! 载荷步 2 TIMINT，ON ! 打开瞬态效应开关 TIME，… ! 指定载荷步实际的终点时刻 NSEL，… !选择所有小物体的所有节点 DDELE，ALL，ALL ! 并删除所有约束 NSEL，ALL SOLVE ...
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瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件（接上页）
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瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件（接上页）
实例 - 高尔夫球棒端头的初速度
• • 假定只对高尔夫球棒端头建模，并且整个端头运动 ，这时有初始条件v00。 同时又假定 u0 = a0 = 0； 在这种情况下使用IC 命令法是方便的 1 选择球棒上的全部节点； 2 用 IC 命令施加初始速度或； – 选择 Solution > Apply > Initial Condit’n > Define + – 选用全部节点 – 选择方向并输入速度值 3 激活全部节点； 4 规定终止时间，施加其它载荷条件（如果存在 的话），然后求解。
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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！ • 其余参见第一章建模所要考虑的问题
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瞬态分析步骤
建模命令(接上页)
/PREP7 ET,... MP,EX,... MP,DENS,… ! 建立几何模型 …
! 划分网格 ...
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瞬态分析步骤
选择分析类型和选项
DK，… DL，… DA，… ! 或 D或 DSYM
ACEL，… OMEGA，...
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瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件（接上页）
初始条件 • 时间t = 0时的条件：u0， v0， a0 • 它们的缺省值为， u0 = v0 = a0 = 0 • 可能要求非零初始条件的实例： – 飞机着陆 (v00) – 高尔夫球棒击球 (v00) – 物体跌落试验 (a00)
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瞬态分析步骤
选择分析类型和选项命令（接上页）
TRNOPT，FULL NLGEOM，… SSTIF，… NROPT，… LUMPM，… EQSLV，...
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瞬态分析步骤
选择分析类型和选项（接上页）
阻尼 • α和b阻尼均可用； • 在大多数情况下，忽略α阻尼（粘性阻 尼），仅规定b阻尼（由滞后造成的阻 尼）： b = 2/w 式中 为阻尼比，w 为主要响应频率 （rad/sec）。 典型命令: ALPHAD，…
BETAD，…
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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，例 如： – 固定点（约束） – 对称条件 – 重力 • 初始条件将在下面讨论
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瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件命令(接上页)
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瞬态分析- 术语和概念
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； 缩减矩阵： – 用于快速求解； – 根据主自由度写出[K]， [C]， [M]等矩阵，主自由度是完全自由 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 有其它的一些缺陷，但不在此讨论。 完整矩阵： – 不进行缩减。 采用完整的[K]， [C]， 和 [M]矩阵； – 在本手册中的全部讨论都是基于此种方法。
• 载荷步2： – 打开瞬态效应； – 删除强加位移； – 指定终止时间，连续进行瞬态分析。