Class 14 车辆结构有限元瞬态动力学分析

三、齿轮的瞬态动力学分析
载荷和约束 在瞬态动力学分析中，刚体部件类似于动力学
分析，载荷只能为惯性力、远端载荷、运动副条件。
由于刚体不能变形，故结构载荷及温度载荷不起作 用。
刚体运动1 刚体运动2
对于柔性体，任何载荷和约束都能加载，而且 各载荷均可用时间-历程载荷的形式加载，其数值可
为常数、表格数据或函数形式。
如果惯性力和阻尼作用不重要，上述方
程就成了静力学分析。
二、瞬态动力学分析基本流程
瞬态动力学分析的基本步骤：
1）建立有限元模型，设置材料属性；
2）定义接触区域；
3）定义网格控制并划分网格； 4）制定边界条件； 5）设置Analysis Settings； 6）设置求解选项并求解； 7）对结果进行评价和分析。
提示：分别选中各齿 轮的啮合齿面。技巧： 先隐藏一个齿轮，采 用区域选择法进行和 单个选择，将齿面建 立集合并命名。
三、齿轮的瞬态动力学分析
2.进入分析界面，建立“命名集合（Named
Selection）”
对小齿轮进行同样的操作
显示所有齿轮，隐藏大齿轮
三、齿轮的瞬态动力学分析
命名集合结果
三、齿轮的瞬态动力学分析
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作用下随时
间变化的位移、应变应力等。
一、瞬态动力学分析基础
瞬态动力学应用广泛，对于承受各种冲 击载荷的结构，如汽车的门、缓冲器、车架、 悬架等；承受各种随时间变化载荷的结构， 如桥梁、建筑物等；以及承受撞击和颠簸的 设备等。
一、瞬态动力学分析基础
求解步数=Step End Time/Initial time step
二、瞬态动力学分析基本流程
分析步设置
二、瞬态动力学分析基本流程
载荷施加
二、瞬态动力学分析基本流程
二、瞬态动力学分析基本wenku.baidu.com程
三、齿轮的瞬态动力学分析
运动副
在瞬态动力学分析增加了Body-Groud、 Body-Body。
建立连接和设置相对连接关系
三、齿轮的瞬态动力学分析
逐一设置连接关系（1）
三、齿轮的瞬态动力学分析
逐一设置连接关系（2）
三、齿轮的瞬态动力学分析
分析步设定
三、齿轮的瞬态动力学分析
边界条件设定
三、齿轮的瞬态动力学分析
边界条件设定
三、齿轮的瞬态动力学分析
求解：
三、齿轮的瞬态动力学分析
结果：
本例结果网格单元大小采用2mm，约8GB的data
二、瞬态动力学分析基本流程
首先需要确定结构的频率。因此建模后进行模 态分析，假设得到其频率如下： 第1阶频率 9.0300 HZ 第2阶频率 15.635 HZ 所以，其最高频率是15.635 HZ. 这样，如果关注的是二阶以下的频率，依据上 述公式可以得到时间步长是： 如果关注的是一阶频率，依据上述公式可以得 到时间步长是：
汽车有限元基础
常熟理工学院（东南校区）
汽车工程学院——胡顺安
第八章 车辆结构有限元瞬态动力学分析
瞬态动力学分析基础 瞬态动力学分析基本流程（简单实例） 齿轮的瞬态动力学分析
一、瞬态动力学分析基础
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载荷的结构 动力学响应的一种方法。
二、瞬态动力学分析基本流程
实例：在悬臂梁的自由端加一个垂直方向的冲击载 荷，观察载荷施加位置的响应情况。
打开文件：transient_example.wbpj
二、瞬态动力学分析基本流程
分析步和载荷施加
二、瞬态动力学分析基本流程
二、瞬态动力学分析基本流程
时间步长的定义（Initial time Step）
作业
账号clsghsa@126.com，密码hsacslg
二、瞬态动力学分析基本流程
可见：当时间步长增大 时，结果是越来越不精 确。可用 来确定 基本步长时间。
二、瞬态动力学分析基本流程
Mumber of Steps：用于设置总时间步数 Current Step Number：当前步
Step End Time：用于设置当前时间步结束时间
Initial time step：初始步时间 Minimum time step：每步最小时间 Maximum time step：每步最大时间
三、齿轮的瞬态动力学分析
瞬态动力学分析与静力学分析中的不同 处：
1）几何模型（3D实体模型）
柔性体：需要输入材料的特性包括密度、泊
松比、弹性模量等，非线性材料还要输入非
线性的一些特性参数； 对于刚体只需密度即可。
三、齿轮的瞬态动力学分析
2.进入分析界面，建立“命名集合（Named
Selection）”
时间步长是从一个时间点到另一个时间点的时 间增加，它决定了求解的精确度，因而因根据实际 需要精确选取，至少要获得动力响应频率。 通常情况下：初始时间步长可设定为： tinitial 1/(20* f response ) 可设置自动时间步长进行求解，亦可 输入∆tinitial、∆tmin、∆tmax后，程序会按照 自动步长算法决定最优的∆t值。
在Workbench中瞬态动力学的模型可以是 刚体的，也可以是柔性体。
Rigid刚体：在运动中和受力作用后，形状和大小不变， 而且内部各点的相对位置不变的物体。
Flexible柔性体：是相对于刚体的概念，强调了可变形性， 也可以是粘弹性或者弹塑性等。
一、瞬态动力学分析基础
载荷和时间的相关性使惯性力和阻尼作 用比较重要。瞬态动力学的基本运动方程是：
三、齿轮的瞬态动力学分析
分析实例：
一对齿轮，大齿轮受扭矩为300Nm，小齿轮的 转速为100RPM。 要求：齿轮啮合面网格大小为5mm，用瞬态动力 学分析求齿轮应力和齿面间的摩擦力。
接触为Frictional，摩擦系数为0.2
三、齿轮的瞬态动力学分析
三、齿轮的瞬态动力学分析
1.创建Transient Structure，导入几何，并确认