ansys动力学瞬态分析详解
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
ansys瞬态分析解析
• 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
4-3
瞬态分析
…定义和目的
瞬态动力分析用在以下的设计中：
培训手册
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
Hale Waihona Puke • 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：便携式电话 、笔记本电脑和真空吸尘器等
4-9
瞬态分析- 术语和概念
…求解方法
培训手册
• 求解时即可用缩减结构矩阵，也可用完整结构矩阵。 • 缩减法 – 用于快速求解 – 不允许非线性 (除间隙之外) – 根据主自由度写出[K]、[C]和[M]等矩阵，主自由度是所有自 由度的一个子集 – 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，但不在此讲座讨论 • 完全法 – 不进行缩减。 采用完整的[K]、 [C] 和 [M]矩阵 – 允许非线性特性 – 在本手册中的全部讨论都是基于此种方法
4-10
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
瞬态分析- 术语和概念
积分时间步长
培训手册
• 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 是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 – 瞬态分析中，对于缩减法和模态叠加法， ITS 是一 个常数 – 瞬态分析中，对于完全法, 在使用者定义的范围（ 以后讨论）内，ANSYS能够自动调节时间步长
ansysworkbench瞬态动力学实例
在本文中，我将为您撰写一篇关于ANSYS Workbench瞬态动力学实例的文章。
我们将深入探讨ANSYS Workbench在瞬态动力学仿真方面的应用，从简单到复杂、由浅入深地讨论其原理和实践操作，并共享个人观点和理解。
第一部分：介绍ANSYS Workbench瞬态动力学仿真ANSYS Workbench是一种用于工程仿真的全面评台，包含了结构、流体、热传递、多物理场等多种仿真工具。
瞬态动力学仿真是ANSYS Workbench的重要应用之一，它能够模拟在时间和空间上随机变化的动力学过程，并对结构在外部力作用下的动力响应进行分析。
在瞬态动力学仿真中，ANSYS Workbench可以模拟诸如碰撞、冲击、振动等动态载荷下的结构响应，用于评估零部件的耐久性、振动特性、动态稳定性等重要工程问题。
通过对这些现象的模拟和分析，工程师可以更好地了解结构在实际工况下的性能，进而进行有效的设计优化和改进。
第二部分：实例分析为了更直观地展示ANSYS Workbench瞬态动力学仿真的应用，我们以汽车碰撞仿真为例进行分析。
假设我们需要评估汽车前部结构在碰撞事故中的动态响应，我们可以通过ANSYS Workbench建立汽车前部结构的有限元模型，并对其进行碰撞载荷下的瞬态动力学仿真。
我们需要构建汽车前部结构的有限元模型，包括车身、前保险杠、引擎盖等部件，并设定材料属性、连接方式等。
接下来，我们可以在仿真中引入具体的碰撞载荷，如40km/h车速下的正面碰撞载荷，并进行瞬态动力学仿真分析。
通过仿真结果，我们可以获取汽车前部结构在碰撞中的应力、应变分布，以及变形情况，从而评估其在碰撞事故中的性能表现。
第三部分：个人观点与总结通过以上实例分析，我们可以看到ANSYS Workbench瞬态动力学仿真在工程实践中的重要应用价值。
瞬态动力学仿真不仅能够帮助工程师分析结构在动态载荷下的响应，还可以为设计优化、安全评估等工程问题提供重要参考。
ansys瞬态动力分析详解
M4-6
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
M4-7
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。
M4-25
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。
• 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
M4-15
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
M4-16
瞬态分析步骤
ANSYS动力学瞬态分析完全法
完全法完全法采用完整的系统矩阵计算瞬态响应（没有矩阵缩减）。
它是三种方法中功能最强的，允许包括各类非线性特性（塑性、大变形、大应变等）。
注─如果并不想包括任何非线性，应当考虑使用另外两种方法中的一种。
这是因为完全法是三种方法中开销最大的一种。
完全法的优点是：·容易使用，不必关心选择主自由度或振型。
·允许各种类型的非线性特性。
·采用完整矩阵，不涉及质量矩阵近似。
·在一次分析就能得到所有的位移和应力。
·允许施加所有类型的载荷：节点力、外加的（非零）位移（不建议采用）和单元载荷（压力和温度），还允许通过TABLE数组参数指定表边界条件。
·允许在实体模型上施加的载荷。
完全法的主要缺点是它比其它方法开销大。
§3.4 完全法瞬态动力学分析首先，讲述完全法瞬态动力学分析过程，然后分别介绍模态叠加法和缩减法与完全法不相同的计算步骤。
完全法瞬态动力分析（在ANSYS/Multiphsics、ANSYS/Mechauioal及ANSYS/Structural中可用）由以下步骤组成：1.建造模型2.建立初始条件3.设置求解控制4.设置其他求解选项5.施加载荷6.存储当前载荷步的载荷设置7.重复步骤3-6定义其他每个载荷步8.备份数据库9.开始瞬态分析10.退出求解器11.观察结果§ 型在这一步中，首先要指定文件名和分析标题，然后用PREP7定义单元类型，单元实常数，材料性质及几何模型。
这些工作在大多数分析中是相似的。
<<ANSYS 建模与网格指南>>详细地说明了如何进行这些工作。
对于完全法瞬态动力学分析，注意下面两点：·可以用线性和非线性单元；·必须指定杨氏模量EX（或某种形式的刚度）和密度DENS（或某种形式的质量）。
材料特性可以是线性的或非线性的、各向同性的或各向异性的、恒定的或和温度有关的。
ANSYS动力学瞬态分析--缩减法
缩减法缩减法通过采用主自由度及缩减矩阵压缩问题规模。
在主自由度处的位移被计算出来后，ANSYS可将解扩展到原有的完整自由度集上。
（参见“模态分析”中的“矩阵缩减”部分对缩减过程的详细讨论。
）缩减法的优点是：·比完全法快且开销小。
缩减法的缺点是：·初始解只计算主自由度的位移，第二步进行扩展计算，得到完整空间上的位移、应力和力；·不能施加单元载荷（压力，温度等），但允许施加加速度。
·所有载荷必须加在用户定义的主自由度上（限制在实体模型上施加载荷）。
·整个瞬态分析过程中时间步长必须保持恒定，不允许用自动时间步长。
·唯一允许的非线性是简单的点—点接触（间隙条件）。
§3.6缩减法瞬态动力学分析过程缩减（Reduced）法是用缩减矩阵来计算动力学响应，在ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical及ANSYS/Structural中均可采用。
如果在分析中不准备包含非线性特性（除了简单的节点对节点接触），就可以考虑使用这种方法。
缩减法瞬态动力学分析的过程由五个主要步骤组成：1.建造模型；2.获取缩减解；3.观察缩减法求解结果；4.扩展解（扩展处理）；5.观察已扩展解的结果。
在这些步骤中，第一步和完全法中的相同，不过不允许有非线性特性（简单的节点对节点接触除外，它是被指定为间隙条件而非单元类型）。
其它步骤的细节在下面解释。
§3.6.1获取缩减解缩减解指在主自由度处计算出的自由度解。
求缩减解需要做的工作如下：1.进入SOLUTION命令：/SOLUGUI：Main Menu>Solution§3.6.1.1指定分析类型和选项除了下面的差别外，用于缩减法的分析类型和选项和用于完全法的类型及选项基本相同。
·不能使用求解控制对话框定义缩减法瞬态分析类型和分析设置，而应当利用标准序列的ANSYS求解命令和对应菜单进行设置。
ansys动力学瞬态分析详解
§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。
【ANSYS动力学】M4-瞬态动力分析
ITS 1 30 fc
fc
1
2
k m
fc contactfrequency k gap stiffness m effectivemass
M4-13
瞬态分析 - 术语和概念
积分时间步长（接上页）
波传播
建模 选择分析类型和选项： • 进入求解器并选择瞬态分析 • 求解方法和其它选项- 将在下面讨论 • 阻尼 – 将在下面讨论
典型命令: /SOLU ANTYPE，TRANS，NEW
瞬态分析步骤
选择分析类型和选项（接上页）
求解方法 • 完整矩阵方法为缺省方法。允许下列非线
性选项： • 大变形 • 应力硬化 • Newton-Raphson 解法ABiblioteka el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。
响应周期
M4-11
瞬态分析 - 术语和概念
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
M4-19
M4-20
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）。
ansys动力学瞬态分析详解
§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。
ANSYS瞬态动力学分析理论基础
•ANSYS瞬态动力学分析理论基础本文主要介绍了ansys软件进瞬态动力分析与计算的理论，通过介绍使读者可以更好的理解软件和操作软件以便进行相关的分析。
一假设和限制1、系统的初始条件已知，即速度和位移。
2、结构瞬态分析中当需要时可以考虑陀螺或科里奥力效应。
二结构和其他二阶系统分析对于线性结构的瞬态动力学平衡方程：(1)ANSYS里使用两种方法求解方程(1)：向前差分时间积分和Newmark积分（包括改进后的算法称为HHT）。
向前差分方法适用于求解显示的瞬态分析。
Newmark和HHT方法使用隐式方法来求解瞬态问题。
Newmark方法使用有限差分法，在一个时间间隔内有，(2)(3)其中：α，δ：Newmark积分参数我们主要的目的就是计算下一时刻的位移u n+1，则在t n+1时刻的控制方程(1)为：(4)为了求解u n+1，可以把(2)和(3)重新排列，得(5)(6)其中：注意到(5)代入到(6)中，则，可以通过u n+1求出。
由(5)、(6)和(4)得(7)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：(8)Newmark参数根据下式输入：(9)其中：γ：振幅衰减因子通过观察(8)和(9)可以发现无条件稳定也可以表述为，并且γ≥0。
因此只要γ≥0，则求解就是稳定的。
对于压电分析参数设置为：α=0.25；δ=0.5并且θ=0.5。
通常情况下衰减因子γ=0.005。
当γ=0时即α=0.25，δ=0.5时Newmark方法为平均加速度法。
由于平均加速度法在位移幅值误差方面不产生任何数值阻尼。
如果其他方面也没有阻尼，缺乏数值阻尼在高频结构计算中会产生不可接受的数值噪声。
我们期望有一定水平的数值阻尼并且通过设置γ＞0来实现。
ansys瞬态分析解析知识讲解
培训手册
ITS 1 30 f c
fc
1 2
k m
f c 接触频率 k 间隙刚度 m 有效质量
4-14
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
瞬态分析 - 术语和概念
…积分时间步长
波传播
• 由冲击引起。在细长结 构中更为显著（如下落 时以一端着地的细棒）
• 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
瞬态分析- 术语和概念
积分时间步长
培训手册
• 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 是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
– 瞬态分析中，对于缩减法和模态叠加法， ITS 是一 个常数
– 瞬态分析中，对于完全法, 在使用者定义的范围（ 以后讨论）内，ANSYS能够自动调节时间步长
utDtutu tDt[1(/2a)u tau tDt]Dt2 u tDtu t[1(d)u tdu tDt]Dt
• 不同的a和d值将导致积分方法的变化（显式 /隐式/平均加速度 )，ansys 可以使用替代参数γ(gamma),只要将γ设置为大于0的数，则方程就是无 条件稳定的。通常设置γ为0.005。
4-10
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
瞬态分析- 术语和概念
…积分时间步长
培训手册
• 积分时间步长（ITS） 应小到足够获取下列数据： – 响应频率 – 接触频率（如果存在的话） – 波传播效应（如果存在的话） – 非线性响应 (塑性、蠕变和接触状态)
4-11
瞬态分析 - 术语和概念
ANSYS培训教程：瞬态动力学分析的基本步骤
ANSYS培训教程：瞬态动力学分析的基本步骤用不同的瞬态动力学方法进行分析时，进行瞬态动力学分析的过程不尽相同。
下面我们首先描述如何用完全法进行瞬态动力学分析的基本步骤，然后在列出用缩减法和模态叠加法时的不同地方。
完全法瞬态动力学分析过程由三个主要步骤组成：1．建模2．加载及求解3．结果后处理模型的建立建模过程和其它类型的分析类似，但应注意以下几点：1．可以用线性和非线性单元。
2．必须指定弹性模量EX(或某种形式的刚度)和密度DENS(或某种形式的质量)，材料特性可以是线性的或非线性的，各向同性的或各向异性的，恒定的或和温度有关的。
在划分网格时需要记住以下几点：1. 有限元网格需要足够精度以求解所关心的高阶模态；2. 感兴趣的应力应变区域的网格密度要比只关系位移的区域相对加密一些；3．如果想包含非线性，网格应当细到能够扑捉到非线性效果。
例如，对于塑性分析来说，它要求在较大塑性变形梯度的平面内有一定的积分点密度，所以网格必须加密；4．如果对波传播效果感兴趣，网格应当细到足以解算出波。
基本准则是沿波的传播方向每一波长至少有20个单元。
加载并求解在这一步中，要定义分析类型及选项，加载，指定载荷步选项，并开始有限元求解。
具体步骤如下：1．进ANSYS求解器命令：/SOLUGUI：Main Menu | Solution2．指定分析类型和分析选项（1）指定分析类型(ANTYPE)选择开始一个新的分析。
如果已经完成了静力学预应力或完全法瞬态动力学分析并准备对时间历程进行延伸，或者想重新启动一次失败的非线性分析，则可用Restart。
(Restart要求初始求解过程中生成的文件Jobname.EMAT，Jobname.ESAV及Jobname.DB存在。
新得到的解结果将被附加在初始结果文件Jobname.RST中)。
从弹出的对话框中选择瞬态动力学分析(Transient)，并指定位完全法(Full)。
对于质量阵形成方法(Mass Matrix Formulation)建议在大多数分析应用中采用缺省的质量阵形成方式。
ansys瞬态分析
2 问题描述
已知条件如下： 全部采用A3刚材料，其特性为： 弹性模量=2E11（N/m2）,泊松比=0.3，密度=7800kg/m2 工作台面板（板壳）：厚度=0.02m 工作台四支撑的几何特性：
截面面积=2E-4m2 惯性矩=2E-8m4 宽度=0.01m 高度=0.02m 压力与时间的关系曲线如图2所示：
3 数值计算
图2. 工作台系统的有限元模型加载图
3 数值计算
图4. 节点146的UZ位移结果
3 数值计算
图4. 节点146的Von Mises应力结果
3 数值计算
图5. 工作台系统Z方向位移变化动画显示
3 数值计算
图6.工作台系统Von Mises应力变化动画显示
5 参考文献
龚曙光.ANSYS工程应用实例解析.机械工业出版社.2003. 周长城、胡仁喜、熊文波.ANSYS11.0基础与典型范例.电子工业出版社.2007
1 研究背景和意义
1 研究背景和意义
1 研究背景和意义
模态叠加法进行瞬态动力分析的基本步骤： （1）建造模型； （2）获取模态解； （3）获取模态叠加法瞬态分析解； （4）扩展模态叠加解； （5）观察结果。
2 问题描述
如图1所示为工作台与其四支撑组成的板-梁结构系统，工作台 上表面施加随时间变化的均布压力。计算在下列已知条件下该系统 的瞬态响应。
LPLOT FLST,2,4,4,ORDE,2 FITEM,2,5 FITEM,2,-8 LMESH,P51X FINISH
附录：数值计算程序(即命令流)
/SOL ANTYPE,4 TRNOPT,FULL LUMPM,0 FLST,2,4,1,ORDE,4 FITEM,2,232 FITEM,2,242 FITEM,2,252 FITEM,2,262 D,P51X, , , , , ,ALL, , , , , DELTIM,0.2,0.05,0.5 OUTRES,ERASE OUTRES,ALL,1 AUTOTS,1 TIME,1 ALPHAD,5 KBC,0 FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,1 SFA,P51X,1,PRES,10000 LSWRITE,1, KBC,1 TIME,2 FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,1
(完整版)ansys动力学瞬态分析详解
这是缺省的初始条件，即如果 = = 0，则不需要指定任何条件。在第一个载荷步中可以加上对应于载荷/时间关系曲线的第一个拐角处的载荷。
§
可以用IC命令设置这些初始条件。
命令：IC
GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>Initial Condit’n>Define
注意：不要定义矛盾的初始条件。例如，在某单一自由度处定义了初始速度，则在所有其它自由度处的初始速度将为0.0，潜在地会产生冲突的初始条件。在大多数情形下要在模型的每个未约束自由度处定义初始条件。如果这些条件对各自由度是不同的，那么就可以较容易地明确指定初始条件，如下所述。
1.建造模型
2.建立初始条件
3.设置求解控制
4.设置其他求解选项
5.施加载荷
6.存储当前载荷步的载荷设置
7.重复步骤3-6定义其他每个载荷步
8.备份数据库
9.开始瞬态分析
10.退出求解器
11.观察结果
§
在这一步中，首先要指定文件名和分析标题，然后用PREP7定义单元类型，单元实常数，材料性质及几何模型。这些工作在大多数分析中是相似的。<<ANSYS建模与网格指南 >>详细地说明了如何进行这些工作。
注─如果并不想包括任何非线性，应当考虑使用另外两种方法中的一种。这是因为完全法是三种方法中开销最大的一种。
完全法的优点是：
·容易使用，不必关心选择主自由度或振型。
·允许各种类型的非线性特性。
·采用完整矩阵，不涉及质量矩阵近似。
·在一次分析就能得到所有的位移和应力。
·允许施加所有类型的载荷：节点力、外加的（非零）位移（不建议采用）和单元载荷（压力和温度），还允许通过TABLE数组参数指定表边界条件。
ANSYS Workbench 17·0有限元分析：第10章-瞬态动力学分析
第10章 瞬态动力学分析
瞬态动力学分析（亦称时间历程分析）是用于确定承受任意随时间变化的载荷的结构动力学响应的一种方法。
利用瞬态动力学分析可以确定结构在静载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合下随时间变化产生的位移、应变、应力及力。
★ 了解瞬态动力学分析。
10.1 瞬态动力学分析概述
瞬态动力学分析（Transient Structural Analysis）给出的是结构关于时间载荷的响应，它不同于刚体动力学分析，在Workbench中瞬态动力学的模型可以是刚体，也可以是柔性体，而对于柔性体可以考虑材料的非线性特征，由此可得出柔性体的应力和应变值。
在进行瞬态动力学分析时，需要注意：
当惯性力和阻尼可以忽略时，采用线性或非线性的静态结构分析来代替瞬态动力学分析。
当载荷为正弦形式时，响应是线性的，采用谐响应分析更为有效。
当几何模型简化为刚体且主要关心的是系统的动能时，采用刚体动力学分析更为有效。
除上述三种情况外，其余情况均可采用瞬态动力学分析，但其所需的计算资源较其他方法要大。
10.2 瞬态动力学分析流程
在ANSYS Workbench左侧工具箱中Analysis
Systems下的Transient Structural上按住鼠标左键拖动到
项目管理区的A6栏，即可创建瞬态动力学分析项目，
如图10-1所示。
当进入Mechanical后，单击选中分析树中的
Analysis Settings即可进行分析参数的设置，如图10-2
图10-1 创建瞬态动力学分析项目。
ansysworkbench瞬态动力分析PPT教学课件
求解方法
• 时间积分方案 – 两种积分方案 Newmark 和 HHT. 缺省为 Newmark
• 不同的a 和d 造成积分方案的变化 (隐式 / 显式 / 平均加速度 ).
• Newmark 是隐式积分方案. • ANSYS/LS-DYNA 利用显式积分方案.
求解方法
• 时间积分方案 - HHT 方法 :
积分时间步长
• 如何选择 ITS? • 推荐打开自动时间步长选项 (AUTOTS), 并设置
初始时间步长Dtinitial和最小时间步长Dtmin 、最 大时间步长Dtmax. ANSYS 会利用自动时间步长 功能来自动决定最佳时间步长Dt. • 例如: 如果AUTOTS 是打开的， 并且Dtinitial= 1 sec, Dtmin= 0.01 sec, and Dtmax= 10 sec; 那 ANSYS 起始采用 ITS= 1 sec ，并依据结构的响 应允许其在0.01 和 10 之间变动.
! Write load data to load step file
DDELE,ALL,UY
! Remove imposed displacements
TIMINT,ON
! Time integration effects on
...
非零初始位移和零初始速度
需要用两个子步[NSUBST,2]来实现，所加位移在 两个子步间是阶跃变化的[KBC,1]。如果位移不是 阶跃变化的（或只用一个子步），所加位移将随 时间变化，从而产生非零初速度。下面的例子演 示了如何施加初始条件 u0 = 1.0， v0 = 0.0：
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；
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§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。
ANSYS/Professional产品中只允许用模态叠加法。
在研究如何实现这些方法之前，让我们先探讨一下各种方法的优点和缺点。
§3.3.1完全法完全法采用完整的系统矩阵计算瞬态响应（没有矩阵缩减）。
它是三种方法中功能最强的，允许包括各类非线性特性（塑性、大变形、大应变等）。
注─如果并不想包括任何非线性，应当考虑使用另外两种方法中的一种。
这是因为完全法是三种方法中开销最大的一种。
完全法的优点是：·容易使用，不必关心选择主自由度或振型。
·允许各种类型的非线性特性。
·采用完整矩阵，不涉及质量矩阵近似。
·在一次分析就能得到所有的位移和应力。
·允许施加所有类型的载荷：节点力、外加的（非零）位移（不建议采用）和单元载荷（压力和温度），还允许通过TABLE数组参数指定表边界条件。
·允许在实体模型上施加的载荷。
完全法的主要缺点是它比其它方法开销大。
§3.3.2模态叠加法模态叠加法通过对模态分析得到的振型（特征值）乘上因子并求和来计算结构的响应。
此法是ANSYS/Professional程序中唯一可用的瞬态动力学分析法。
模态叠加法的优点是：·对于许多问题，它比缩减法或完全法更快开销更小；·只要模态分析不采用PowerDynamics方法，通过 LVSCALE 命令将模态分析中施加的单元载荷引入到瞬态分析中；·允许考虑模态阻尼（阻尼比作为振型号的函数）。
模态叠加法的缺点是：·整个瞬态分析过程中时间步长必须保持恒定，不允许采用自动时间步长；·唯一允许的非线性是简单的点点接触（间隙条件）；·不能施加强制位移（非零）位移。
§3.3.3缩减法缩减法通过采用主自由度及缩减矩阵压缩问题规模。
在主自由度处的位移被计算出来后，ANSYS可将解扩展到原有的完整自由度集上。
（参见“模态分析”中的“矩阵缩减”部分对缩减过程的详细讨论。
）缩减法的优点是：·比完全法快且开销小。
缩减法的缺点是：·初始解只计算主自由度的位移，第二步进行扩展计算，得到完整空间上的位移、应力和力；·不能施加单元载荷（压力，温度等），但允许施加加速度。
·所有载荷必须加在用户定义的主自由度上（限制在实体模型上施加载荷）。
·整个瞬态分析过程中时间步长必须保持恒定，不允许用自动时间步长。
·唯一允许的非线性是简单的点—点接触（间隙条件）。
§3.4 完全法瞬态动力学分析首先，讲述完全法瞬态动力学分析过程，然后分别介绍模态叠加法和缩减法与完全法不相同的计算步骤。
完全法瞬态动力分析（在ANSYS/Multiphsics、ANSYS/Mechauioal及ANSYS/Structural中可用）由以下步骤组成：1.建造模型2.建立初始条件3.设置求解控制4.设置其他求解选项5.施加载荷6.存储当前载荷步的载荷设置7.重复步骤3-6定义其他每个载荷步8.备份数据库9.开始瞬态分析10.退出求解器11.观察结果§3.4.1建造模型在这一步中，首先要指定文件名和分析标题，然后用PREP7定义单元类型，单元实常数，材料性质及几何模型。
这些工作在大多数分析中是相似的。
<<ANSYS 建模与网格指南>>详细地说明了如何进行这些工作。
对于完全法瞬态动力学分析，注意下面两点：·可以用线性和非线性单元；·必须指定杨氏模量EX（或某种形式的刚度）和密度DENS（或某种形式的质量）。
材料特性可以是线性的或非线性的、各向同性的或各向异性的、恒定的或和温度有关的。
划分合理的网格密度：·网格密度应当密到足以确定感兴趣的最高阶振型；·对应力或应变感兴趣的区域比只考察位移的区域的网格密度要细一些；·如果要包含非线性特性，网格密度应当密到足以捕捉到非线性效应。
例如，塑性分析要求在较大塑性变形梯度的区域有合理的积分点密度（即要求较密的网格）；·如果对波传播效果感兴趣（例如，一根棒的末端准确落地），网格密度应当密到足以解算出波动效应。
基本准则是沿波的传播方向每一波长至少有20个单元。
§3.4.2建立初始条件在执行完全法瞬态动力学分析之前，用户需要正确理解建立初始条件和正确使用载荷步。
瞬态动力学分析顾名思义包含时间函数的载荷。
为了定义这样的载荷，用户需要将载荷—时间关系曲线划分成合适的载荷步。
载荷—时间曲线上的每个“拐角”对应一个载荷步，如图3.1所示。
图3.1载荷—时间关系曲线第一个载荷步通常被用来建立初始条件，然后为第二和后继瞬态载荷步施加载荷并设置载步选项。
对于每个载荷步，都要指定载荷值和时间值，同时指定其它的载荷步选项，如采用阶梯加载还是斜坡加载方式施加载荷以及是否使用自动时间步长等。
然后，将每个载荷步写入载荷步文件，最后一次性求解所有载荷步。
施加瞬态载荷的第一步是建立初始条件（即零时刻时的情况）。
瞬态动力学分析要求给定两种初始条件（因为要求解的方程是两阶的）：初始位移（）和初始速度（）。
如果没有进行特意设置，和都被假定为0。
初始加速度（）一般假定为0，但可以通过在一个小的时间间隔内施加合适的加速度载荷来指定非零的初始加速度。
下面的段落描述了如何施加不同组合形式的初始条件。
§3.4.2.1零初始位移和零初始速度这是缺省的初始条件，即如果= = 0，则不需要指定任何条件。
在第一个载荷步中可以加上对应于载荷/时间关系曲线的第一个拐角处的载荷。
§3.4.2.2非零初始位移及/或非零初始速度可以用IC命令设置这些初始条件。
命令：ICGUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>Initial Condit’n>Define注意：不要定义矛盾的初始条件。
例如，在某单一自由度处定义了初始速度，则在所有其它自由度处的初始速度将为0.0，潜在地会产生冲突的初始条件。
在大多数情形下要在模型的每个未约束自由度处定义初始条件。
如果这些条件对各自由度是不同的，那么就可以较容易地明确指定初始条件，如下所述。
关于TIMINT和IC命令的说明参见<<ANSYS命令参考手册>>。
非零速度是通过对结构中需指定速度的部分加上小时间间隔上的小位移来实现的。
比如如果=0.25，可以通过在时间间隔0.004内加上0.001的位移来实现，命令流如下：...TIMINT,OFF! Time integration effects offD,ALL,UY,.001! Small UY displ. (assuming Y-direction velocity)TIME,.004! Initial velocity = 0.001/0.004 = 0.25LSWRITE! Write load data to load step file (Jobname.S01) DDEL,ALL,UY! Remove imposed displacementsTIMINT,ON! Time integration effects on...§3.4.2.4非零初始位移和非零初始速度和上面的情形相似，不过施加的位移是真实数值而非“小”数值。
比如，若= 1.0且= 2.5，则应当在时间间隔0.4内施加一个值为1.0的位移：...TIMINT,OFF! Time integration effects offD,ALL,UY,1.0! Initial displacement = 1.0TIME,.4! Initial velocity = 1.0/0.4 = 2.5LSWRITE! Write load data to load step file (Jobname.S01) DDELE,ALL,UY! Remove imposed displacementsTIMINT,ON! Time integration effects on...需要用两个子步[NSUBST,2]来实现，所加位移在两个子步间是阶跃变化的[KBC,1]。
如果位移不是阶跃变化的（或只用一个子步），所加位移将随时间变化，从而产生非零初速度。
下面的例子演示了如何施加初始条件= 1.0，= 0.0：...TIMINT,OFF! Time integration effects off for staticsolutionD,ALL,UY,1.0! Initial displacement = 1.0TIME,.001! Small time intervalNSUBST,2! Two substepsKBC,1! Stepped loadsLSWRITE! Write load data to load step file (Jobname.S01)!transient solutionTIMINT,ON! Time-integration effects on for transientsolutionTIME,...! Realistic time intervalDDELE,ALL,UY! Remove displacement constraintsKBC,0! Ramped loads (if appropriate)!Continue with normal transient solution procedures...§3.4.2.6非零初始加速度可以近似地通过在小的时间间隔内指定要加的加速度[ACEL]实现。