Ansys Workbench动力学分析讲课稿
WORKBENCH中的动力学分析简介PPT课件
WORKBENCH中的 动力学分析简介
第九章
WORKBENCH中的动力学分析简介
第一节 ANSYS WorkBench概述 第二节 WorkBench中的模态分行 第三节 WorkBench中的谐响应分析
WORKBENCH中的动力学分析
第一节 ANSYS WORKBENCH概述
• 什么是 ANSYS Workbench?
Availability
x x x x
… 接触域
• 对于 ANSYS 专业licenses 和更高的licenses, 在模态分析中，存在更多 的接触选项:
• 对于粗糙和无摩擦的接触 , “Inter fac e Treatment ” 能被转变为 “Adjusted to Touch,” 这种方式将使接触面分别按照绑定和不分离 接触来进行处理. (假如这个选项被设置了，那么即使有间隙存在, 这 些部分也按照最初就已经接触上的情况来进行计算.)
• 关于预应力模态分析的内容，参见本节后面的部分B. 在这种情况下，只是为了体现预应力效果，载荷 才被考虑.
• 在模态分析中可以使用各种约束: • 假如没有或者只存在部分的约束, 刚体模态将能被检测和获得测评. 这些模态将处于0位置或者0HZ附 近. 与静态结构分析不同, 模态分析并不要求禁止刚体运动. • 边界条件对于模态分析来说，是很重要的。因为他们能影响部件的振型和固有频率. 因此需要仔细考 虑模型是如何被约束的.
… ANSYS WORKBENCH概述
Design Simulation 概述
• DS可以做的分析类型(续):
• 谐分析: • 计算结构在正弦激励下的响应.
• 线性屈曲: • 计算屈曲的失效载荷和安全系数及其屈曲形态.
Ansys-Workbench动力学分析
4.1: 动力学绪论
第一节 动力学分析目的及定义 为什么要对结构进行动力学分析？
土木建筑、地质工程领域
1940年11月7日倒塌—风载
1940年7月1日通车 美国塔科曼悬索大桥
交通运输、航空航天领域
机械、机电领域
什么是结构动力学？
定义：研究结构在动力荷载作用下的动力反应。
目的：动力荷载作用下结构的内力和变形；
4.2: 模态分析
第一节 模态分析的含义
什么是模态分析?
模态分析是用来确定结构的振动特性（固有频率和振型） 的一种技术。 模态分析的好处：
– 使结构设计避免共振或以特定频率进行振动（例如 扬声器）；
– 使工程师可以认识到结构对于不同类型的动力载荷 是如何响应的。
建议： 在准备进行其它动力分析之前首先要进行
单地用简谐函数来表示。
FP
t
（3）冲击荷载 荷载的幅值(大小)在很短时间内急剧增大或急剧减小。
FP 冲击荷载
t
FP 突加荷载
t
（4）随机荷载 荷载的幅值变化复杂、难以用解析函数解析表示的荷载。
风荷载 地震作用
25 Wind speed (m/s) 20
15
10
5
0
0
50
100
脉动风
平均风
150
200
fn
n 2
为系统的固有频率，Hz
1 2
T
fn n
为系统的周期，s
2.二自由度无阻尼线性系统
对质量块m1、 m2受力分析， 由Newton第二定律得
mm12xx12 kk13xx12kk22(
x2 x1) (x2 x1)
mm12xx12(kk21x1
ANSYSWorkbench基础教程与工程分析详解第五章显式动力学分析
ANSYSWorkbench基础教程与工程分析详解第五章显式动力学分析通过第4章动力学分析的学习，相信读者对ANSYS Workbench 中的隐式动力学已经有一定的了解了，本章主要讲解显式动力学，包括三个模块，ANSYS LS-DYNA，主要完成在Workbench下的前处理工作；ANSYS AUTODYN，其功能是提供一个全面的多解决方案；ANSYS Explicit，主要用于满足固体、流体、气体及它们之间相互作用的非线性动力学仿真。
同样，本章通过图例详解来讲解显式动力学的分析流程。
本章所要学习的内容包括：了解显式动力学分析基础熟悉显式动力学分析的操作流程掌握ANSYS Workbench显式动力学中命令选项的应用了解显式动力学分析的应用场合5.1 显式动力学分析基础显式动力学通常的应用领域主要有：汽车工业，如碰撞分析、气囊设计等；航天航空，如飞机结构冲击动力分析、碰撞和坠毁、火箭级间分离模拟分析、冲击爆炸及动态载荷和特种复合材料设计等；制造业，如冲压、锻造、铸造和切割等；建筑业，如爆破拆除、地震安全和混凝土结构等；国防工业，如穿甲弹与破甲弹设计、冲击波传播和空气，水与土壤中爆炸等；电子领域，如跌落分析、包装设计和电子封装等。
当数值仿真问题涉及瞬态、大应变、大变形、材料的破坏，材料完全失效或者伴随复杂接触的结构问题时，通过显式动力学求解可以解决这些问题。
拉格朗日法，其网格是在计算模型上，受力后网格随计算模型变化而变化。
应用拉格朗日法的单元类型有三种：实体单元、壳单元和梁单元。
拉式法主要用于计算结构响应。
不同于拉格朗日法，欧拉法的网格是固定于空间，在计算力学模型流动或变形时是经过空间固定的网格，从而在计算时通常可以避免问题的网格畸变。
欧拉法主要用于计算流该软件为功能成熟、输入要求复杂的程序，是一个单独的程序，提供方便、实用的接口技术来连接有多年应用实践的显式动力学求解器。
1996年一经推出，ANSYS LS-DYNA 就帮助众多行业的客户解决了诸多复杂的设计问题。
ANSYS Workbench 19.0基础入门与工程实践 第13章 显式动力学分析
• 显式动力学用来分析结构在应力波作用、外部冲击以及短 时间内载荷快速变化等情形下的响应。通常情况下，当分 析项目中作用时间小于1s（通常单位为ms）时适合采用 本方法进行分析求解。
• 13.2.2 几何建模 • 13.2.3 材料属性设置 • 13.2.4 接触设置 • 13.2.5 网格划分 • 13.2.6 边界及载荷施加 • 13.2.7 求解设置 • 13.2.8 结果后处理
13.3 显式动力学实例——跌落分析
• 跌落问题仿真非常典型，尤其是在家电、小型电子产品等工业 领域应用尤其广泛。本例主要针对光学镜头的跌落分析进行显 式动力学分析，详细介绍跌落分析的设置方法，为读者掌握和 学习提供案例指导和案例实践。
• 在前面的章节中已经知悉，系统的运动方程可以用式描述：
13.2 显式动力学实例—子弹射击简单模拟
• 本例以子弹射击为分析对象，利用显式动力学分析模块研究高速状态 下结构的相互作用情况，为读者学习和掌握显式动力学的分析方法提 供详细的使用指导。
• 13.2.1 问题描述
• 子弹射击是显式动力学最常见的一类分析问题，图13-2所示为子弹 射击场景的几何模型，假设子弹在远离钢板0.1m远处以100m/s的速 度射出，模拟该击中并穿透过程中子弹及钢板的应力和变形情况，整 个过程历时2ms。
• 13.3.1 问题描述 • 13.3.2 几何建模 • 13.3.3 材料属性设置 • 13.3.4 接触设置 • 13.3.5 网格划分 • 13.3.6 边界及载荷施加 • 13.3.7 求解设置 • 13.3.8 结果后处理
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动力学分析全套讲解
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<>）。
<>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。
有多数值法可⽤于求解上⾯的程。
Ansys Workbench动力学分析 ppt课件
4.1: 动力学绪论
第一节 动力学分析目的及定义 为什么要对结构进行动力学分析？
土木建筑、地质工程领域
1940年11月7日倒塌—风载
1940年7月1日通车 美国塔科曼悬索大桥
交通运输、航空航天领域
机械、机电领域
什么是结构动力学？
定义：研究结构在动力荷载作用下的动力反应。
目的：动力荷载作用下结构的内力和变形；
m1x1 (k1 k2 )x1 k2 x2 0 m2x2 k2 x1 (k2 k3 )x2 0
方程组用矩阵表达为：
m1
0
0 m2
xx12
k1 k2
k2
k
k 2
2
k3
x1 x2
结构体系
输入
input
质量、刚度 阻尼、约束 频率、振型
动力响应
输出 Output
位移 内力 数值
应力
动位移 加速度 速度 动应力 动力系数
时间函数
第二节 结构动力学研究的内容
第一类问题：反应分析（结构动力计算）
输入 （动力荷载）
结构 （系统）
输出 （动力反应）
第二类问题：参数（或称系统）识别
输入 （动力荷载）
上述方程可求得两个根 01 、02
对于 01 可求得
A11 A21
,
对于 02
可求得
A12 A22
3.多自由度无阻尼线性系统
系统运动方程： M x K x 0 x Rn
动荷载： 大小、方向或作用点随时间变化很快的荷载。
快慢标准： 是否会使结构产生显著的加速度。
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网格控制
具体操作：选中结构树的Mesh项，点击鼠标右键，选择Insert，弹出 对网格进行控制的各分项，一般只需设置网格的形式（Method）和单元的 大小（Sizing）。
其余一些网格控制项的意义：
Refinement—细化网格 Mapped Face Meshing—映射网格；
定义
真实系统
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有限元模型
4
节点和单元
载荷
节点: 空间中的坐标位置，具有一定自由度和 存在相互物理作用。
单元: 一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵 描述（称为刚度或系数矩阵)。单元有线、面或实 体以及二维或三维的单元等种类。
约束
有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之间通过 节点连接，并承受一定载荷。
与单选的方法类似，只需选择Box Select，再在图形窗口中按住 左键、画矩形框进行选取。 3、在结构树中的Geometry分支中进行选择。
屏幕下方的状态条中将显示被选择的目标的信息。
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22
显示/隐藏目标
1、隐藏目标
在图形窗口的模型上选择一个目标，单击鼠标右键，在弹出的选
项里选择
，该目标即被隐藏。用户还可以在结构树中选取一
操作界面的显示 工具条的显示 选择目标 显示/隐藏 旋转、平移、缩放
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18
创建、打开、保存文档
File菜单或者工具条的 1、创建一个新文档。选择File—New命令。 2、 打开文档。选择File—Open命令。 3、保存文档。选择File—Save或Save As命令，
一般保存为.dsdb格式的文档。
ANSYS Workbench 19.0基础入门与工程实践 第14章 刚体动力学分析
14.1.1 拉格朗日法
• 拉格朗日法是一种相对坐标的方法，其动力学方程的形式 为拉格朗日坐标阵的二阶微分方程组，如式所示：
14.1.2 笛卡儿法
• 笛卡儿法是一种绝对坐标法，它以系统中的每个部件为单 元，建立固结在刚体上的坐标系，刚体位置相对于一个公 共参考系进行定义，通过欧拉角或者欧拉参数来描述相对 的位置坐标。
1421问题描述1422几何建模1423材料属性设置1424运动副设置1425载荷及驱动设置1426模型求解设置1427结果后处理143齿轮啮合分析齿轮啮合非常普遍本例主要利用刚体动力学仿真方法对齿轮的啮合过程进行详细介绍研究齿轮在啮合过程中的接触力以及转速关系为读者学习刚体动力学方法提供案例实践和使用指导
• 对于由N个刚体组成的系统，系统动力学模型一般表示为 式所示的形式：
14.2 刚体动力学实例——压力机分析
• 本例以压力机为研究对象，介绍刚体动力学的基本建模和 仿真方法，通过每一步的详细操作，为读者提供详细的学 习指导。
• 14.2.1 问题描述 • 14.2.2 几何建模 • 14.2.3 材料属性设置 • 14.2.4 运动副设置 • 14.2.5 载荷及驱动设置 • 14.2.6 模型求解设置 • 14.2.7 结果后处理
14.3 刚体动力学实例——齿轮啮合分析
• 齿轮啮合非常普遍，本例主要利用刚体动力学仿真方法对齿轮的啮合 过程进行详细介绍，研究齿轮在啮合过程中的接触力以及转速关系， 为读者学习刚体动力学方法提供案例实践和使用指导。
• 14.3.1 问题描述 • 14.3.2 几何建模 • 14.3.3 材料属性设置 • 14.3.4 运动副及接触创建 • 14.3.5 网格划分 • 14.3.6 载荷及驱动设置 • 14.3.7 模型求解设置 • 14.3.8 结果后处理
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 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；
基于ANSYSWorkbench对凸轮结构动力学分析
的过程中将
图1凸轮机构三维示意图
凸轮内部的网格划分的较为粗略一点,而在
接触表面的网格划分的需要密集一些,这样研究方向为机器人领域。
动结构。
具体设置如图2、3所示。
图2杆的刚性设置
图3凸轮的柔性设置
此外,为了更好的探索到在固定转矩下的凸轮机
构的杆末端所输出的力的变化规律,在原来的模型中
又加入了弹簧,弹簧的一端连接杆的末端,另一端则
. All Rights Reserved.
与大地相连。
这样就可以在传动过程中,通过观察弹
簧的伸长量变化来获得杆末端的输出力的大小。
2结果分析。
图4凸轮应力分布图
图5凸轮传动过程曲线图(下转第68页)
图6杆末端力变化曲线图
3结论
本文首先通过对凸轮结构进行有限元模型的建立,对其在有限元软件中的边界条件进行了合理的设。
ANSYSWorkbench基础教程与工程分析详解第十章流体动力学分析
G JJ G G 其中， τ = pI + τ * ；则上式也可写成： J G J GJ G G JG G ∂ ( ρV ) + ∇ ⋅ ( ρVV + pI ) = ρ F + ∇ ⋅ τ * ∂t G τ * 为黏性应力张量。动量守恒方程也称作 N-S 方程，也是牛顿运动定律在流体力学 中的表述。
以上三组方程是 CFD 计算的理论依据， 三组守恒的表达式以不同阶次偏微分方程形式 描述，这类方程的理论解通常只有对一些简单情况、具有简单的边界条件时才能获得。然 而流动方程通常是复杂和非线性的，一般情况下是无法求解理论结果（解析解）的，所以 必须借助于近似的离散方法，如有限元、有限体或有限差分法求数值解。 目前，ANSYS CFD 软件使许多不擅长 CFD 的其他专业研究人员也能够轻松地进行流 体动力学的数值计算。
3．计算流体力学的特点
CFD 的长处是适应性强、应用面广。首先，流动问题的控制方程一般是非线性的，自
变量多，计算域的几何形状和边界条件复杂，很难求得解析解，而用 CFD 方法则有可能找 出满足工程需要的数值解；其次，可利用计算机进行各种数值实验。例如，选择不同流动 参数进行物理方程中各项有效性和敏感性实验，从而进行方案比较。 再者，它不受物理模型和实验模型的限制，省钱省时，有较多的灵活性，能给出详细 的和完整的资料，很容易模拟特殊尺寸、高温、有毒、易燃等真实条件和实验中只能接近 而无法达到的理想条件。CFD 也存在一定的局限性。首先，数值解法是一种离散近似的计 算方法，依赖于物理上合理、数学上使用、适合于计算机上进行计算的离散的有限数学模 型，且最终结果不能提供任何形式的解析表达式，只是有限个离散点上的数值解，并有一 定的计算误差。 第二，它不像物理模型实验一开始就能给出流动现象并定性地描述，往往需要由原体 观测或物理模型实验提供某些流动参数，并需要对建立的数学模型进行验证。
ansys动力学分析讲解
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有限元分析实例详解(动力学)
5.6瞬态分 析之复合材 料
04
5.7转子动 力学之瞬态 分析
06
5.9总结
05
5.Байду номын сангаас声场之 瞬态分析
5.3.1准静态法之移动载荷瞬态分析 5.3.2瞬态法之移动载荷分析
5.4.1全刚性体（柔性体）零件全Joint连接的多体动力学 5.4.2刚柔性体零件全Joint连接的多体动力学 5.4.3刚柔性体零件Joint和Contact连接的多体动力学
5.5.1跌落冲击分析 5.5.2三辊弯曲成型分析 5.5.3接触磨损分析
作者介绍
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精彩摘录
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1.1动力学基本解 析
1.3低版本程序打 开高版本文件的过
程
2.1模态分析之计算 原理
2.2普通模态及自由 模态分析
2.3线性摄动模态分 析
2.4模态分析之拓扑 优化
1
2.5含阻尼的 模态分析
2
2.6模态之子 结构分析
3
2.7转子动力 学之模态分析
4
2.8声场模态 分析
5
2.9总结
2.2.1模态分析之固有频率研究 2.2.2模态分析之振型研究 2.2.3模态分析之线性叠加
2.3.1线性摄动模态分析之应力刚化和旋转软化 2.3.2非线性模态分析
2.4.1模态分析之拓扑优化基本实例 2.4.2齿轮减重拓扑优化设计基本实例
2.5.1复模态分析基本实例 2.5.2非对称复模态分析基本实例
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Ansys Workbench 结构动力学分析
主要内容
4.1: 动力学绪论
第一节 动力学分析概述 第二节 动力学研究内容 第三节 动力学分析的类型 4.2: 模态分析
第一节 模态分析的含义 第二节 结构动力运动方程 第三节 模态分析步骤
4.3: 谐分析
15
10
5
0
0
50
100
150
脉动风
平均风
200
250
t(sec) 300
Acceleratio2n (cm/s )
400
200
0
-200
t(sec)
0
5
10
15
20
25
30
35
Байду номын сангаас
40
45
50
2.动力学分析类型 （1）简谐荷载
谐响应分析
（2）一般周期荷载
谐波分析
（3）冲击荷载 （4）随机荷载
瞬态分析 谱分析
输出 Output
动荷载
大小 方向 作用点 时间变化
结构体系
输入
input
质量、刚度 阻尼、约束 频率、振型
动力响应
输出 Output
位移 内力 数值
应力
动位移 加速度 速度 动应力 动力系数
时间函数
第二节 结构动力学研究的内容
第一类问题：反应分析（结构动力计算）
输入 （动力荷载）
结构 （系统）
输出 （动力反应）
目的：动力荷载作用下结构的内力和变形；
确定结构的动力反应规律。
安全性：确定结构在动力荷载作用下可能产生的最大内力 ，作为强度设计的依据； 舒适度：满足舒适度条件（位移、速度和加速度不超过规 范的许可值)。
结构动力体系
静荷载
大小 方向 作用点
结构体系
静力响应
输入 input
刚度、约束 杆件尺寸 截面特性
。
FP
t
（2）一般周期荷载 荷载随时间作周期性变化，是时间t的周期函数，但不能简
单地用简谐函数来表示。
FP
t
（3）冲击荷载 荷载的幅值(大小)在很短时间内急剧增大或急剧减小。
FP
冲击荷载
t
FP
突加荷载
t
（4）随机荷载 荷载的幅值变化复杂、难以用解析函数解析表示的荷载。
风荷载 地震作用
25Wind speed (m/s) 20
第一节 谐分析目的 第二节 术语和概念 第三节 谐分析步骤
4.1: 动力学绪论
第一节 动力学分析目的及定义 为什么要对结构进行动力学分析？
土木建筑、地质工程领域
1940年11月7日倒塌—风载
1940年7月1日通车 美国塔科曼悬索大桥
交通运输、航空航天领域
机械、机电领域
什么是结构动力学？
定义：研究结构在动力荷载作用下的动力反应 。
代入振动方程：[K]02[M]0 特征方程
即：
k112m11 k122m12 k1n 2m1n
k212m21 k222m22 k2n 2m2n 0
kn12mn1 kn2 2mn2 knn2mnn
0 2 n a 10 2 ( n 1 ) a n 10 2 a n 0频率方程或特征多项式
fn
n 2
为系统的固有频率，Hz
T 1 2 fn n
为系统的周期，s
2.二自由度无阻尼线性系统 对质量块m1、 m2受力分析 ，由Newton第二定律得
m m12 x x 12kk13xx12kk22((xx22x1 x)1)
m m12 x x 12(kk21x1 k2()kx21 kk32)xx2200
设方程的解为：
x A si 0 n t ()
将上式代入微分方程得：
k k2 11 1 m m 1 21 10 0 2 2 k k2 12 2 m m 1 22 20 0 2 2 • A A 1 2 0 0
A1、 A2 不全为0，则：
k11m11
2 0
k21m21
方程组用矩阵表达为：
m 0 1 m 0 2 x x 1 2 k1 kk 22 k2 k2 k3 x x 1 2 0 0
通用表示为：
M x K x 0
其中：
M 表示质量矩阵
K 表示刚度矩阵
x 表示加速度向量
x 表示位移向量
2 0
k12m12
2 0
0
k22m22
2 0
0 2[M ][K]0 特征方程
上述方程可求得两个根 01 、02
对于 01
可求得
A 11 A 21
,
对于 02
可求得
A 12 A 22
3.多自由度无阻尼线性系统
系统运动方程： M x K x 0 xRn
方程解为： x A si 0 n t ()
模态分析
3.分析类型的选择原则
（1）如果在相对较长时间内载荷是一个常数，可选择静力 分析，否则为动态分析。 （2）如果动荷载频率小于结构最低阶固有频率的1/3，可进 行静力分析。 （3）载荷对结构刚度的变化可忽略时，可进行线性分析。 （4）载荷引起结构刚度的变化很显著时，或应变超过弹性 范围，或两物体间存在接触，必须进行非线性分析。
大小、方向和作用点不随时间变化或变化很 缓慢的荷载。如：结构的自重、雪荷载等。
大小、方向或作用点随时间变化很快的荷载。
快慢标准： 是否会使结构产生显著的加速度 。
显著标准： 质量运动加速度所引起的惯性力与荷载相比 是否可以忽略
问题：你知道有哪些动荷载 ？
第一章：结构动力学基础
（1）简谐荷载 荷载随时间周期性变化，并可以用简谐函数来表示
第二类问题：参数（或称系统）识别
输入 （动力荷载）
结构 （系统）
输出 （动力反应）
第三类问题：荷载识别
输入 （动力荷载）
结构 （系统）
第四类问题：控制问题
输入 （动力荷载）
结构 （系统）
控制系统 （装置、能量）
输出 （动力反应）
输出 （动力反应）
第三节 动力学分析类型
1.动荷载 静荷载：
动荷载：
第二节 结构动力运动方程
1.单自由度无阻尼线性系统
Newton第二定律
Fma
a x
系统的运动方程
m x k x0令
x02x0
2 0
k m
，则方程变为
无阻尼自由振动解的形式为：
x(t)Acon st ()
其中A与 由初始条件决定
A为系统的响应的振幅， 为系统的初相位
n
k m
为系统的固有圆频率，弧度/秒
4.2: 模态分析
第一节 模态分析的含义
什么是模态分析?
模态分析是用来确定结构的振动特性（固有频率和振型 ）的一种技术。 模态分析的好处：
– 使结构设计避免共振或以特定频率进行振动（例如 扬声器）；
– 使工程师可以认识到结构对于不同类型的动力载荷 是如何响应的。
建议： 在准备进行其它动力分析之前首先要进行