ansys动力学瞬态动力分析
探讨ANSYS教程：模态叠加法瞬态动力学分析
探讨ANSYS教程：模态叠加法瞬态动力学分析模态叠加法通过对振型（由模态分析得到）乘以因子并求和来计算谐响应。
模态叠加法的分析过程由五个基本步骤组成：1.建模2.获取模态分析解3.获取模态叠加法谐响应分析解4.扩展模态叠加解5.观察结果在用运模态叠加法瞬态动力学分析方法时应注意：（1）获取模态分析解的方法在本章模态分析中有详细描述，但如下几点应该注意：模态提取方法应该用子空间法，分块1.anCZOS法，缩减法，或PowerDynamics法中的一种（另外两种方法，即非对称法和阻尼法在模态叠加法中不能采用。
），另外，只有当没有初始的静态解时，才可以使用PowerDynamics法；务必提取出对动力学响应有奉献的的所有模态；对RedUCed模态提取法，要在那些将施加简谐载荷的方位指定主自由度；如果在瞬态动力学分析中需要单元载荷，则必须在模态分析中施加。
这些载荷在模态分析求解时会被忽略，但程序将计算出相应的载荷向量并将其写入振型文件(Jobname.MODE)o这样在瞬态动力学分析时就可以使用这些载荷向量了。
(2)在获取模态叠加法瞬态分析解这一步中，程序将根据模态分析所得到的振型来计算瞬态响应。
注意振型文件(Jobname.MODE)必须存在，且数据库中必须包含和模态分析求解过程所有模型一样的模型。
操作过程和在完全法中描述的基本一样，差异如下：模态叠加法［HROPT］；指定要用于求解的模态数［HROPT］。
此数将决定谐响应分析解的精度；可以选择在各频率处，输出一个概括了各阶模态对总响应的奉献的表格［HROUT］；只可施加力，加速度，和模态分析中生成的载荷向量。
可用1.VSCA1.E命令来施加在模态分析中生成的载荷向量。
(3)无论采用的模态提取法是那种，模态叠加法谐响应分析的解都被保存到缩减位移文件Jobname.RFRQ中。
因此，如果对应力结果感兴趣，就需要对解开展扩展。
扩展模态的步骤和在缩减法中描述的一样。
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
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。
（完整版）ansys动力学瞬态分析详解
（完整版）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
ANSYS 理论与工程应用
8-1
瞬态动力学分析也称为时间历程分 析，用于确定结构承受任意随时间 变化荷载时的响应。 荷载和时间的相关性使得惯性力和 阻尼的作用不可忽视。
ANSYS 理论与工程应用
8-2
当惯性力和阻尼的作用可以忽视时 ，就可以使用静力学的多载荷步分 析代替瞬态分析。
有加速度。 3. 所有荷载必须施加在用户定义的主自由度
上，限制了实体模型的加载方法的使用。
ANSYS 理论与工程应用
8-7
Reduced 法缺点：
4. 整个瞬态分析过程中，时间步长必须保持 恒定，不允许自动时间步长。
5. 唯一允许的非线性是简单的点点接触
ANSYS 理论与工程应用
8-8
Mode Superposition 法优点：
By Dr Cui Mao , May 2013
ANSYS 理论与工程应用
8-5
Full 法优点：
5. 允许施加各种类型的荷载 6. 允许采用实体模型上所加的荷载
Full 法缺点： 开销大
ANSYS 理论与工程应用
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Reduced法优点： 比Full法快且开销小 Reduced 法缺点：
1. 需要对主自由度的结果进行扩展。 2. 不能施加单元荷载（压力、温度）但允许
ANSYS 理论与工程应用
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节点位移
ANSYS 理论与工程应用
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节点轴向应力
ANSYS 理论与工程应用
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节点Mises应力
ANSYS 理论与工程应用
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例2 理想弹塑性悬臂梁承受时间历程荷
载 。 梁 长 20cm ， 横 截 为 正 方 形 ， 边 长
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瞬态动力学分析初始条件如何设置
瞬态分析的第一步是建立初始条件，即零时刻的情况，瞬态动力学分析要求给定两种初始条件，：初始位移和初始速度，如果没有设置，两者都将设置为0，然后，指定后续的瞬态载荷步及载荷步选项(对于每一个载荷步都要指定载荷值和时间值，同时要指定其他载荷步选项)。
最后，需要将每一个载荷步写入文件并一次性求解所有载荷步。
具体的加载与求解步骤如下：·指定分析类型选择菜单MainMenu：Solution—NewAnalysis，选择TransientDynamic(瞬态动力学分析)。
·
指定分析选项选择菜单MainMenu：Solution—AnalysisOption，设置MODOPT 为Full(瞬态动力学分析方法，共3种)。
·定义主自由度(仅Reduced方法使用)选择菜单MainMenu：Solution—MasterDOFs—Define，设置MDOF(主自由度数，必须大于节点数的2倍)。
·
施加约束选择菜单MainMenu：Solution，单击Apply按钮，选择Dis—placement，选约束作用位置，输入约束参数。
·施加载荷选择菜单MainMenu：Solution，单击Apply按钮，选择Force，选载荷作用位置，输人载荷参数。
·指定载荷步选择菜单MainMenu：Solution—Time／Frequency，设置载荷步参数。
，
求解选择菜单MainMenu：Solution—CurrentLS。
．
设定下一个载荷步并求解，重复以上步骤。
ANSYS workbench齿轮啮合瞬态动力学分析
ANSYS workbench齿轮啮合瞬态动力学分析齿轮传动是机械系统传动方式中应用最为广泛的一种，今天给介绍一下如何利用workbench实现齿轮啮合的瞬态动力学分析。
有限元分析流程分为3大步、3小步，如下图所示。
今天将以这种方式介绍使用workbench实现齿轮啮合的分析流程。
图1 有限元分析流程一、前处理1.1 几何模型的构建本文几何模型在SolidWorks中创建，并导入workbench中，如图所示图2 齿轮对几何模型1.2 材料定义材料选用结构钢：密度：7850kg/m3，杨氏模量：2.1e11Pa，泊松比：0.31.3 有限元模型的构建有限元模型的构建包括材料赋予、网格划分以及连接关系的构建1.3.1 材料赋予双击瞬态动力学分析流程中的Model，进入Mechanical界面，单击项目树Geometry 下的两个零件，左下角细节框中，Material处指派steel材料1.3.2 网格划分为便于分析及收敛，对网格进行一个简单的控制：首先在左侧项目树Mesh处插入一个method，选中两个齿轮，划分方法为MultiZone；然后插入两个Size，对几个参与啮合的齿面进行尺寸控制，得到了如图所示的网格模型。
图3 网格模型1.3.3 连接关系的构建连接关系包括两部分：接触和运动副，运动副可以实现齿轮的转动，接触可以实现齿轮的传力。
由于workbench会自动创建向邻近位置之间的接触，但默认接触为绑定接触，不符合实际情况，故直接删除，后续手动创建相应接触。
首先在左侧项目树Connections下插入一个Frictional contact，接触面选择其中一个齿轮参与接触的几个齿面，目标面选择另一个齿轮参与接触的几个齿面。
摩擦系数为0.15，Normal Stiffness为1，Update Stiffness为Each iteration，Time Step Controls为Automatic Bisection。
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。
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拟重要。
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。
瞬态动力学的根本运动方程是：［岡以+ ［汕］+因国二｛叫〕｝其中：[M]=质量矩阵[C]=阻尼矩阵[K]=刚度矩阵｛」｝=节点加速度向量｛乂｝=节点速度向量｛u｝=节点位移向量在任意给定的时间一，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。
ANSY程序使用Newmar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。
创立梁、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，考虑将模型的线性局部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动力学分析
结构动力分析研究结构在动荷载作用的响应(如位移、应力、加速度等的时间历程)，以确定结构的承载能力和动力特性等。
ANSYS动力分析方法有以下几种,现分别做简要介绍.1.模态分析用模态分析可以确定设计中的结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型）.它也可以作为其他更详细的动力学分析的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析、谱分析。
用模态分析可以确定一个结构的固有频率和振型。
固有频率和振型是承受动态荷载结构设计中的重要参数.如果要进行谱分析或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。
ANSYS的模态分析是一线性分析,任何非线性特性（如塑性和接触单元）即使定义了也将忽略。
可进行有预应力模态分析、大变形静力分析后有预应力模态分析、循环对称结构的模态分析、有预应力的循环对称结构的模态分析、无阻尼和有阻尼结构的模态分析。
模态分析中模态的提取方法有七种，即分块兰索斯法、子空间迭代法、缩减法或凝聚法、PowerDynamics 法、非对称法、阻尼法、QR阻尼法,缺省时采用分块兰索斯法。
2。
谐响应分析任何持续的周期荷载将在结构中产生持续的周期响应（谐响应）。
谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计能否成功地克服共振、疲劳及其他受迫振动引起的有害效果。
谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦(简谐）规律变化的荷载时的稳态响应的一种技术。
分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值（通常是位移）对频率的曲线。
从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察频率对应的应力。
这种分析技术只计算结构的稳态受迫振动.发生在激励开始时的瞬态振动不在谐响应分析中考虑。
谐响应分析是一种线性分析。
任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使被定义了也将被忽略，但在分析中可以包含非对称系统矩阵，如分析流体-结构相互作用问题。
谐响应分析同样也可以分析有预应力结构,如小提琴的弦（假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多)。
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。
ansys实例命令流-瞬态动力学分析命令流
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,DENS,1,,7.9e-6
! 定义杆件截面■200。
SECTYPE, 1, BEAM, RECT, , 0
SECOFFSET, CENT
SECDATA,10,10,0,0,0,0,0,0,0,0
!建立几何模型。
K,1, ,, ,
K,2,350,, ,
!生成立柱。
LSTR,
1,
2
!以上完成几何模型。
!以下进行网格划分。
FLST,5,1,4,ORDE,1
FITEM,5,1
CM,_Y,LINE
LSEL, , , ,P51X
CM,_Y1,LINE
CMSEL,,_Y
LESIZE,_Y1, , ,50, , , , ,1
!定义单元大小。
!分配、划分平板结构。
LMESH,
1
!分析类型施加载荷并求解。
FINISH
/SOL
ANTYPE,4
TRNOPT,FULL
LUMPM,0 NLGEOM,1 !定义载荷。 !* *DEL,_FNCNAME *DEL,_FNCMTID *DEL,_FNCCSYS *SET,_FNCNAME,'F1' *SET,_FNCCSYS,0 ! /INPUT,F1.func,,,1 *DIM,%_FNCNAME%,TABLE,6,10,1,,,,%_FNCCSYS% ! ! Begin of equation: 400*sin(2*PI/0.24*{TIME}) *SET,%_FNCNAME%(0,0,1), 0.0, -999 *SET,%_FNCNAME%(2,0,1), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(3,0,1), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(4,0,1), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(5,0,1), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(6,0,1), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(0,1,1), 1.0, -1, 0, 2, 0, 0, 0 *SET,%_FNCNAME%(0,2,1), 0.0, -2, 0, 3.14159265358979310, 0, 0, -1 *SET,%_FNCNAME%(0,3,1), 0, -3, 0, 1, -1, 3, -2 *SET,%_FNCNAME%(0,4,1), 0.0, -1, 0, 0.24, 0, 0, -3 *SET,%_FNCNAME%(0,5,1), 0.0, -2, 0, 1, -3, 4, -1 *SET,%_FNCNAME%(0,6,1), 0.0, -1, 0, 1, -2, 3, 1 *SET,%_FNCNAME%(0,7,1), 0.0, -1, 9, 1, -1, 0, 0 *SET,%_FNCNAME%(0,8,1), 0.0, -2, 0, 400, 0, 0, -1 *SET,%_FNCNAME%(0,9,1), 0.0, -3, 0, 1, -2, 3, -1 *SET,%_FNCNAME%(0,10,1), 0.0, 99, 0, 1, -3, 0, 0 ! End of equation: 400*sin(2*PI/0.24*{TIME}) !--> *DEL,_FNCNAME *DEL,_FNCMTID *DEL,_FNCCSYS *SET,_FNCNAME,'F2' *SET,_FNCCSYS,0 ! /INPUT,F2.func,,,1 *DIM,%_FNCNAME%,TABLE,6,10,1,,,,%_FNCCSYS%
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。
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拟重要。
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。
瞬态动力学的根本运动方程是：［岡以+ ［汕］+因国二｛叫〕｝其中：[M]=质量矩阵[C]=阻尼矩阵[K]=刚度矩阵｛」｝=节点加速度向量｛乂｝=节点速度向量｛u｝=节点位移向量在任意给定的时间一，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。
ANSY程序使用Newmar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。
创立梁、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，考虑将模型的线性局部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。
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；
ansys动力学瞬态动力分析
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瞬态分析- 术语和概念
求解措施
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
求解措施 （接上页）
运动方程旳两种求解法： • 模态叠加法（在第六章中讨论） • 直接积分法：
– 运动方程能够直接对时间按步积分。在每个时间点， 需求解一组联立旳静态平衡方程（F=ma）；
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瞬态分析环节
要求边界条件和初始条件（接上页）
实例 - 高尔夫球棒端头旳初速度
• 假定只对高尔夫球棒端头建模，而且整个端头运动 ，这时有初始条件v00。 同步又假定 u0 = a0 = 0；
• 在这种情况下使用IC 命令法是以便旳 1 选择球棒上旳全部节点； 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 要求终止时间，施加其他载荷条件（假如存在 旳话），然后求解。
c elastic wave speed E
E Young's modulus
mass density
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瞬态分析
第三节：环节
• 在此节中只讨论完整矩阵 • 五个主要环节：
– 建模 – 选择分析类型和选项 – 要求边界条件和初始条件 – 施加时间历程载荷并求解 – 查看成果
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瞬态分析环节
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瞬态分析环节
要求边界条件和初始条件（接上页）
• 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。
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1 ITS 30 f c 1 fc 2 k m
f c cont actfrequency k gap st iffness m effect ivemass
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瞬态分析 - 术语和概念
积分时间步长（接上页）
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 • 显式积分法（在ANSYSLS/DYNA采用）可能对此更为 适用
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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 D，… NSUBST，2 KBC，1 SOLVE
! 关闭瞬态效应 ! 小的时间间隔 ! 在指定节点定义强制位移 ! 两个子步 ! 阶梯载荷步
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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- 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。
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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，…
•
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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）
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 - 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
施加时间-历程载荷并求解
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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。
! 加速度值 ! 两个子步 ! 阶梯载荷
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瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件（接上页）
• 载荷步 2： – 打开瞬态效应； – 释放物体，例如， 删除物体上的 DOF 自由度约束； – 规定终止时间，连续进行瞬态分析。
Acel
0.0005 Load step 1
0.001
t
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瞬态分析步骤
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
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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 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
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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பைடு நூலகம்选项
第四章
瞬态动力分析
第四章：瞬态动力分析
第一节：瞬态动力分析的定义和目的 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
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。
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)
响应周期
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瞬态分析 - 术语和概念
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
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瞬态分析 - 术语和概念
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 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 ； • 建议每个循环三十个点，这才足以获取 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 是完全弹性的。
• 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。
M4-32
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 2 TIMINT，ON TIME，… DDELE，… ... SOLVE ...