ANSYS动力学分析

1、2021/3/13M3-1 谐响应分析谐响应分析 2021/3/13M3-2 第一节第一节:谐响应分析的定义和目的谐响应分析的定义和目的 第二节：关于谐响应分析的基本术语和概念第二节：关于谐响应分析的基本术语和概念 第三节：谐响应分析在第三节：谐响应分析在ANSYS中的应用中的应用 第四节：谐响应分析的实例练习第四节：谐响应分析的实例练习 2021/3/13M3-3 什么是谐响应分析什么是谐响应分析? 确定一个结构在已知频率的正弦（简谐）载荷作用下结构响应的技术确定一个结构在已知频率的正弦（简谐）载荷作用下结构响应的技术 。 输入输入: 已知大小和频率的谐波载荷（力、压力和强迫位移）已知大小和

2、频率的谐波载荷（力、压力和强迫位移）; 同一频率的多种载荷同一频率的多种载荷,可以是同相或不同相的。可以是同相或不同相的。 输出：输出： 每一个自由度上的谐位移，通常和施加的载荷不同相；每一个自由度上的谐位移，通常和施加的载荷不同相； 其它多种导出量，例如应力和应变等。其它多种导出量，例如应力和应变等。 2021/3/13M3-4 谐响应分析用于设计谐响应分析用于设计: 旋转设备（如压缩机、发动机、泵、涡轮机械等）的支座、固定旋转设备（如压缩机、发动机、泵、涡轮机械等）的支座、固定 装置和部件装置和部件; 受涡流（流体的漩涡运动）影响的结构受涡流（流体的漩涡运动）影响的结构,例如涡轮叶片、飞机

3、机翼例如涡轮叶片、飞机机翼 、桥和塔等。、桥和塔等。 2021/3/13M3-5 为什么要作谐响应分析为什么要作谐响应分析? 确保一个给定的结构能经受住不同频率的各种正弦载荷（例如确保一个给定的结构能经受住不同频率的各种正弦载荷（例如:以不以不 同速度运行的发动机）同速度运行的发动机）; 探测共振响应探测共振响应,并在必要时避免其发生（例如：借助于阻尼器来避免并在必要时避免其发生（例如：借助于阻尼器来避免 共振）。共振）。 2021/3/13M3-6 包含的主题包含的主题: 运动方程运动方程 谐波载荷的本性谐波载荷的本性 复位移复位移 求解方法求解方法 2021/3/13M3-7 通用运动方程

4、通用运动方程: F矩阵和矩阵和 u矩阵是简谐的矩阵是简谐的,频率为频率为 w w: 谐响应分析的运动方程：谐响应分析的运动方程： FuKuCuM titii titii euiueeuu eFiFeeFF ww ww )( )( 21max 21max )()( 2121 2 FiFuiuKCiMww 2021/3/13M3-8 Fmax = 载荷幅值载荷幅值 I = -1 = 载荷函数的相位角载荷函数的相位角 F1 = 实部实部, Fmaxcos F2 = 虚部虚部, Fmaxsin umax= 位移幅值位移幅值 f= 载荷函数的相位角载荷函数的相位角 u1= 实部实部, umaxcosf

5、f u2= 虚部虚部, umaxsinf f 2021/3/13M3-9 在已知频率下正弦变化在已知频率下正弦变化; 相角相角 允许不同相的多个载荷同时允许不同相的多个载荷同时 作用作用, , 缺省值为零；缺省值为零； 施加的全部载荷施加的全部载荷都假设是简谐的，都假设是简谐的， 包括温度和重力。包括温度和重力。 实部 虚部 2021/3/13M3-10 在下列情况下计算出的位移将是复数在下列情况下计算出的位移将是复数 具有阻尼具有阻尼 施加载荷是复数载荷（例如施加载荷是复数载荷（例如:虚部为非零的载荷）虚部为非零的载荷） 复位移滞后一个相位角复位移滞后一个相位角 （相对于某一个基准而言）（相

6、对于某一个基准而言） 可以用实部和虚部或振幅和相角的形式来查看可以用实部和虚部或振幅和相角的形式来查看 2021/3/13M3-11 求解简谐运动方程的三种方法求解简谐运动方程的三种方法: 完整法完整法 为缺省方法为缺省方法,是最容易的方法是最容易的方法; 使用完整的结构矩阵，且允许非对称矩阵（例如：声学矩阵）。使用完整的结构矩阵，且允许非对称矩阵（例如：声学矩阵）。 缩减法缩减法* 使用缩减矩阵，比完整法更快；使用缩减矩阵，比完整法更快； 需要选择主自由度，据主自由度得到近似的需要选择主自由度，据主自由度得到近似的 M矩阵和矩阵和C矩阵。矩阵。 模态叠加法模态叠加法* 从前面的模态分析中得到

7、各模态；再求乘以系数的各模态之和；从前面的模态分析中得到各模态；再求乘以系数的各模态之和； 所有求解方法中最快的。所有求解方法中最快的。 2021/3/13M3-12 完完整整法法缩缩减减法法模模态态叠叠加加法法 相对求解时间慢较快最快 相对的使用容易程度最容易较容易难 允许元素载荷（例如压强）吗？允许不允许允许 (一个载荷向量) 允许非零位移载荷吗？允许允许不允许 允许模态阻尼吗？不允许不允许允许 能处理预应力吗？不能能能 能进行“Restart“吗？能能不能 允许非对称矩阵吗？允许不允许不允许 需要为了求解而选择模态吗？不需要不需要需要 需要选择主自由度吗？不需要需要需要 (如果选用缩减法

8、) 2021/3/13M3-13 四个主要步骤四个主要步骤: 建模建模 选择分析类型和选项选择分析类型和选项 施加谐波载荷并求解施加谐波载荷并求解 观看结果观看结果 2021/3/13M3-14 模型模型 只能用于线性单元和材料只能用于线性单元和材料,忽略各种非线性忽略各种非线性; 记住要输入密度；记住要输入密度； 注意注意: 如果如果ALPX（热膨胀系数）和（热膨胀系数）和 T均不为零，就有可能不经意均不为零，就有可能不经意 地包含了简谐热载荷。为了避免这种事情发生，请将地包含了简谐热载荷。为了避免这种事情发生，请将ALPX设置为设置为 零零. 如果参考温度如果参考温度 TREF与均匀节点温

9、度与均匀节点温度 TUNIF不一致不一致, 那么那么 T 为非零值为非零值； 请参阅第一章中的建模需要考虑的问题。请参阅第一章中的建模需要考虑的问题。 2021/3/13M3-15 /PREP7 ET,. MP,EX,. MP,DENS, ! 建立几何模型建立几何模型 ! 划分网格划分网格 . 2021/3/13M3-16 3 建模建模 选择分析类型和选项选择分析类型和选项 输入求解器输入求解器,选择谐响应分析选择谐响应分析; 主要分析选项是求解方法主要分析选项是求解方法-在后面讨在后面讨 论；论； 规定阻尼规定阻尼-在后面讨论。在后面讨论。 典型命令典型命令: /SOLU ANTYPE,HA

10、RMIC,NEW 2021/3/13M3-17 分析选项分析选项 求解方法求解方法 - 完整法、缩减法和模态完整法、缩减法和模态 叠加法。缺省为完整法叠加法。缺省为完整法; 自由度输出格式自由度输出格式 - 主要用于批处理主要用于批处理 方式中；方式中； 集中质量矩阵。集中质量矩阵。 推荐用于如果结构的一个方向推荐用于如果结构的一个方向 的尺寸远小于另两个方向的尺的尺寸远小于另两个方向的尺 寸的情况中。例如寸的情况中。例如:细长梁与薄细长梁与薄 壳。壳。 典型命令典型命令: HROPT,. HROUT, LUMPM,. 2021/3/13M3-18 阻尼阻尼 从从 -阻尼、阻尼、 -阻尼和阻尼

11、率中选取阻尼和阻尼率中选取 阻尼率最常用阻尼率最常用 典型命令典型命令: ALPHAD, BETAD, DMPRAT,. 2021/3/13M3-19 3建模建模 3选择分析类型和选项选择分析类型和选项 施加谐波载荷并求解施加谐波载荷并求解 所有施加的载荷以规定的频率（或频率所有施加的载荷以规定的频率（或频率 范围）简谐地变化范围）简谐地变化 “载荷载荷”包括包括: 位移约束位移约束-零或非零的零或非零的 作用力作用力 压强压强 注意：注意： 如果要施加重力和热载荷如果要施加重力和热载荷,它们它们 也被当作简谐变化的载荷来考虑也被当作简谐变化的载荷来考虑! 典型命令典型命令: DK, ! 或或

12、 D或或DSYM DA,. DL, 2021/3/13M3-20 规定谐波载荷时要包括规定谐波载荷时要包括: 振幅和相角振幅和相角 频率频率 阶梯载荷对线性变化载荷的说明阶梯载荷对线性变化载荷的说明 振幅和相角振幅和相角 载荷值（大小）代表振幅载荷值（大小）代表振幅 Fmax 相角相角 f f 是在两个或两个以上谐波载荷间的是在两个或两个以上谐波载荷间的 相位差相位差,单一载荷不需要相角单一载荷不需要相角 f f 实部 虚部 f F1max F2max 2021/3/13M3-21 振幅和相角（接上页）振幅和相角（接上页） ANSYS 不能直接输入振幅和相角不能直接输入振幅和相角,而是规定实而

13、是规定实 部和虚部分量部和虚部分量; 例如，施加两个简谐力例如，施加两个简谐力 F1和和 F2 ，其相角相差其相角相差 f f: F1real = F1max (F1的振幅) F1imag = 0 F2real = F2maxcosf F2imag = F2maxsinf 可以使用可以使用APDL语言计算，但要确保角度单位语言计算，但要确保角度单位 为度（缺省为弧度）为度（缺省为弧度）。 实部 虚部 f F1max F2max 2021/3/13M3-22 *AFUN,DEG FK, F, SFA, SFL, SFE, SF, 2021/3/13M3-23 2021/3/13M3-24 谐波载

14、荷的频率谐波载荷的频率: 通过频率范围和在频率范围内的子步数量来规通过频率范围和在频率范围内的子步数量来规 定每秒的循环次数（赫兹）定每秒的循环次数（赫兹）; 例如例如,在在0-50频率范围内有频率范围内有10个子步时将给出在个子步时将给出在 5，10，15.45和和50Hz等频率上的解；而同一等频率上的解；而同一 频率范围只有一个子步时，则只给出频率范围只有一个子步时，则只给出50Hz频率频率 上的解上的解。 典型命令典型命令: HARFRQ, NSUBST, KBC,1 2021/3/13M3-25 阶梯载荷对线性变化载荷阶梯载荷对线性变化载荷: 采用若干子步采用若干子步,可以逐渐地施加载

15、荷（线性变化载荷），或者在第一可以逐渐地施加载荷（线性变化载荷），或者在第一 个子步立刻施加载荷（阶梯载荷）个子步立刻施加载荷（阶梯载荷）; 谐波载荷通常是阶梯加载，因为载荷值代表的是最大振幅。谐波载荷通常是阶梯加载，因为载荷值代表的是最大振幅。 2021/3/13M3-26 在施加谐波载荷后在施加谐波载荷后,下一步就是开始求解下一步就是开始求解 通常采用一个载荷步，但是可以采用若干子通常采用一个载荷步，但是可以采用若干子 步，且每个子步具有不同的频率范围步，且每个子步具有不同的频率范围 典型命令典型命令: HARFRQ, NSUBST, KBC,1 2021/3/13M3-27 3健摸健摸

16、3选择分析类型和选项选择分析类型和选项 3施加谐波载荷并求解施加谐波载荷并求解 观看结果观看结果 分三步分三步 绘制结构上的特殊点处的位移绘制结构上的特殊点处的位移-频率曲线频率曲线 确定各临界频率和相应的相角确定各临界频率和相应的相角 观看整个结构在各临界频率和相角时的位移观看整个结构在各临界频率和相角时的位移 和应力和应力 采用采用POST26,时程后处理器时程后处理器 采用采用POST1,通用后处理器通用后处理器 2021/3/13M3-28 位移位移-频率关系曲线频率关系曲线 首先定义首先定义 POST26 变量变量 节点和单元数据表节点和单元数据表 用大于等于二的数据识别用大于等于二

17、的数据识别 变量变量1包含各频率包含各频率,并是预先定义了的并是预先定义了的 2021/3/13M3-29 定义变量（接上页）定义变量（接上页） 挑选可能发生最大变形的节点挑选可能发生最大变形的节点,然后选择自由度的方向然后选择自由度的方向; 定义变量的列表被更新。定义变量的列表被更新。 2021/3/13M3-30 定义变量定义变量 画变量关系曲线画变量关系曲线 典型命令典型命令: /POST26 NSOL, PLVAR,. 2021/3/13M3-31 确定各临界频率和相角确定各临界频率和相角 用图形显示最高振幅发生时的频率用图形显示最高振幅发生时的频率; 由于位移与施加的载荷不同步（如果

18、存在阻尼的话）由于位移与施加的载荷不同步（如果存在阻尼的话）,需要确定出现最大振需要确定出现最大振 幅时的相角；幅时的相角； 要进行上述工作，首先要选择振幅要进行上述工作，首先要选择振幅+相位选项。相位选项。 2021/3/13M3-32 然后用表列出变量。然后用表列出变量。 注意注意:最大振幅最大振幅=3.7出现在出现在48Hz,85.7时时 下一步就是观看整个模型在该频率和相角下一步就是观看整个模型在该频率和相角 下的位移和应力（使用下的位移和应力（使用POST1) 典型命令典型命令: PRCPLX,1 PRVAR, FINISH 2021/3/13M3-33 观看整个结构的结果观看整个结

19、构的结果 进入进入POST1,且列出结果综述表，确定临界频率的载荷步和子步序号且列出结果综述表，确定临界频率的载荷步和子步序号; 典型命令典型命令: /POST1 SET,LIST 2021/3/13M3-34 使用使用 HRCPLX 命令读入在期望频率和相角命令读入在期望频率和相角 时的结果时的结果: HRCPLX, LOADSTEP, SUBSTEP, PHASE, . 例如：例如： HRCPLX,2,4,85.7 绘制变形图绘制变形图,应力等值线图和其它期望的结果应力等值线图和其它期望的结果 。 典型命令典型命令: HRCPLX, PLDISP,2 PLNSOL, FINISH 2021

20、/3/13M3-35 3 建立模型建立模型 3 选择分析类型和选项选择分析类型和选项 3 施加谐波载荷和求解施加谐波载荷和求解 3 观看结果观看结果 2021/3/13M3-36 在这个实例分析中在这个实例分析中,结果考察由安装在两端固支梁上的旋转机械产生结果考察由安装在两端固支梁上的旋转机械产生 的简谐力在该梁上引起的谐响应的简谐力在该梁上引起的谐响应; 详细内容请参阅动力学实例分析补充资料。详细内容请参阅动力学实例分析补充资料。 2021/3/13M3-37 瞬态动力分析瞬态动力分析 2021/3/13M3-38 第一节第一节:瞬态动力分析的定义和目的瞬态动力分析的定义和目的 第二节：瞬态

21、分析状态的基本术语和概念第二节：瞬态分析状态的基本术语和概念 第三节：在第三节：在ANSYS中如何进行瞬态分析中如何进行瞬态分析 第四节：瞬态分析实例第四节：瞬态分析实例 2021/3/13M3-39 什么是瞬态动力分析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 结构响应的技术结构响应的技术; 输入数据输入数据: 作为时间函数的载荷作为时间函数的载荷 输出数据：输出数据： 随时间变化的位移和其它的导出量随时间变化的位移和其它的导出量,如：应力如：应力 和应变。和应变。 2021/3/13M3-40 瞬态动力分析可以应用在以下设计中瞬态

22、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承受各种冲击载荷的结构,如：汽车中的门和缓冲如：汽车中的门和缓冲 器、建筑框架以及悬挂系统等器、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；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。话、笔记本电脑和真空吸尘器等。 2021/3/13M3-41 包括的主题如下包括的主题如下: 运动方程运动方程 求解方法求解方法 积分时间步长积分时间步长 2021

23、/3/13M3-42 用于瞬态动力分析的运动方程和通用运动方程相同用于瞬态动力分析的运动方程和通用运动方程相同; 这是瞬态分析的最一般形式这是瞬态分析的最一般形式,载荷可为时间的任意函数；载荷可为时间的任意函数； 按照求解方法，按照求解方法， ANSYS 允许在瞬态动力分析中包括各种类允许在瞬态动力分析中包括各种类 型的非线性型的非线性- 大变形、接触、塑性等等。大变形、接触、塑性等等。 tFuKuCuM 2021/3/13M3-43 求解运动方程求解运动方程 直接积分法直接积分法模态叠加法模态叠加法 隐式积分隐式积分显式积分显式积分 完整矩阵法完整矩阵法缩减矩阵法缩减矩阵法完整矩阵法完整矩阵

24、法缩减矩阵法缩减矩阵法 2021/3/13M3-44 运动方程的两种求解法运动方程的两种求解法: 模态叠加法（在第六章中讨论）模态叠加法（在第六章中讨论） 直接积分法：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（需求解一组联立的静态平衡方程（F=ma）; ANSYS 采用采用Newmark 法这种隐式时间积分法；法这种隐式时间积分法； ANSYS/LS-DYNA 则采用显式时间积分法；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。有关显式法和隐式法的讨论请参见第一章。 2021/3/13

25、M3-45 求解时即可用缩减结构矩阵求解时即可用缩减结构矩阵,也可用完整结构矩阵也可用完整结构矩阵; 缩减矩阵缩减矩阵: 用于快速求解；用于快速求解； 根据主自由度写出根据主自由度写出K， C， M等矩阵，主自由度是完全自由等矩阵，主自由度是完全自由 度的子集；度的子集； 缩减的缩减的 K 是精确的，但缩减的是精确的，但缩减的 C 和和 M 是近似的。此外，还是近似的。此外，还 有其它的一些缺陷，但不在此讨论。有其它的一些缺陷，但不在此讨论。 完整矩阵：完整矩阵： 不进行缩减。不进行缩减。 采用完整的采用完整的K， C， 和和 M矩阵；矩阵； 在本手册中的全部讨论都是基于此种方法。在本手册中的

26、全部讨论都是基于此种方法。 2021/3/13M3-46 积分时间步长（亦称为积分时间步长（亦称为ITS 或或 t ）是时间积分法中的一个重要概）是时间积分法中的一个重要概 念念 ITS = 从一个时间点到另一个时间点的时间增量从一个时间点到另一个时间点的时间增量 t ; 积分时间步长决定求解的精确度积分时间步长决定求解的精确度,因而其数值应仔细选取。因而其数值应仔细选取。 ITS 应足够小以获取下列数据应足够小以获取下列数据: 响应频率响应频率 载荷突变载荷突变 接触频率（如果存在的话）接触频率（如果存在的话） 波传播效应（若存在）波传播效应（若存在） 2021/3/13M3-47 响应频率

27、响应频率 不同类型载荷会在结构中激发不同不同类型载荷会在结构中激发不同 的频率的频率（响应频率响应频率）; ITS应足够小以获取所关心的最高应足够小以获取所关心的最高 响应频率响应频率 （最低响应周期最低响应周期）； 每个循环中有每个循环中有20个时间点应是足够个时间点应是足够 的的,即即: t = 1/20f 式中式中 ，f 是所关心的最高响应频率是所关心的最高响应频率 。 响应周期 2021/3/13M3-48 载荷突变载荷突变 ITS 应足够小以获取载荷应足够小以获取载荷 突变突变 Load t Load t 2021/3/13M3-49 接触频率接触频率 当两个物体发生接触当两个物体发

28、生接触,间隙或接触表面通间隙或接触表面通 常用刚度（间隙刚度）来描述常用刚度（间隙刚度）来描述; ITS应足够小以获取间隙应足够小以获取间隙“弹簧弹簧”频率频率 ； 建议每个循环三十个点，这才足以获取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，并且冲击可能不会造成能量损失，并且冲击可能不 是完全弹性的。是完全弹性的。 mass effective stiffness gap frequencycontact 2 1 30 1 m k f m k f f ITS c c c 2021/3/13M3-50 波传播波传

29、播 由冲击引起。在细长结构中更由冲击引起。在细长结构中更 为显著（如下落时以一端着地为显著（如下落时以一端着地 的细棒）的细棒） 需要很小的需要很小的ITS ,并且在沿波传并且在沿波传 播的方向需要精细的网格划分播的方向需要精细的网格划分 显式积分法（在显式积分法（在ANSYS- LS/DYNA采用）可能对此更为采用）可能对此更为 适用适用 density mass modulus sYoung speed waveelastic direction wavealonglength 20/sizeelement 3 E E c L Lx c x ITS 2021/3/13M3-51 在此节中只

30、讨论完整矩阵在此节中只讨论完整矩阵 五个主要步骤五个主要步骤: 建模建模 选择分析类型和选项选择分析类型和选项 规定边界条件和初始条件规定边界条件和初始条件 施加时间历程载荷并求解施加时间历程载荷并求解 查看结果查看结果 2021/3/13M3-52 模型模型 允许所有各种非线性允许所有各种非线性 记住要输入密度记住要输入密度! 其余参见第一章建模所要考虑的问题其余参见第一章建模所要考虑的问题 2021/3/13M3-53 /PREP7 ET,. MP,EX,. MP,DENS, ! 建立几何模型建立几何模型 ! 划分网格划分网格 . 2021/3/13M3-54 3 建模建模 选择分析类型和

31、选项选择分析类型和选项: 进入求解器并选择瞬态分析进入求解器并选择瞬态分析 求解方法和其它选项求解方法和其它选项- 将在下面讨论将在下面讨论 阻尼阻尼 将在下面讨论将在下面讨论 典型命令典型命令: /SOLU ANTYPE,TRANS，NEW 2021/3/13M3-55 求解方法求解方法 完整矩阵方法为缺省方法。允许下列非完整矩阵方法为缺省方法。允许下列非 线性选项线性选项: 大变形大变形 应力硬化应力硬化 Newton-Raphson 解法解法 集中质量矩阵集中质量矩阵 主要用于细长梁和薄壁壳或波的传播主要用于细长梁和薄壁壳或波的传播 公式求解器公式求解器 由程序自行选择由程序自行选择 2

32、021/3/13M3-56 TRNOPT,FULL NLGEOM， SSTIF， NROPT， LUMPM， EQSLV，. 2021/3/13M3-57 阻尼阻尼 和和 阻尼均可用阻尼均可用; ; 在大多数情况下在大多数情况下,忽略忽略阻尼（粘性阻阻尼（粘性阻 尼），仅规定尼），仅规定 阻尼（由滞后造成的阻阻尼（由滞后造成的阻 尼）尼）: : = 2 /w w 式中式中 为阻尼比，为阻尼比，w w 为主要响应频率为主要响应频率 （rad/sec）。）。 典型命令典型命令: ALPHAD, BETAD， 2021/3/13M3-58 3 建模建模 3 选择分析类型和选项选择分析类型和选项 规定

33、边界条件和初始条件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个瞬态过程中一直为常数的条件,例如例如: 固定点（约束）固定点（约束） 对称条件对称条件 重力重力 初始条件将在下面讨论初始条件将在下面讨论 2021/3/13M3-59 DK,! 或或 D或或 DSYM DL， DA， ACEL， OMEGA，. 2021/3/13M3-60 初始条件初始条件 时间时间t = 0时的条件时的条件:u0, v0， a0 它们的缺省值为它们的缺省值为， u0 = v0 = a0 = 0 可能要求非零初始条件的实例：可能要求非零初

34、始条件的实例： 飞机着陆飞机着陆 (v0 0) 高尔夫球棒击球高尔夫球棒击球 (v0 0) 物体跌落试验物体跌落试验 (a0 0) 2021/3/13M3-61 施加初始条件的两种方法施加初始条件的两种方法: 以静载荷步开始以静载荷步开始 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，用强加的位移例如，用强加的位移 将悬臂梁的自由端从平衡位置将悬臂梁的自由端从平衡位置“拨拨”开时，这种方法是有用的开时，这种方法是有用的; 用于需要施加非零初始加速度时。用于需要施加非零初始加速度时。 使用使用IC 命令命令 Solution Apply Initial Cond

35、itn Define + 当需在整个物体上施加非零初始位移或速度时当需在整个物体上施加非零初始位移或速度时IC 命令法是有用命令法是有用 的。的。 2021/3/13M3-62 实例实例 - 物体从静止状态下落物体从静止状态下落 这种情况这种情况 a0=g （重力加速度）重力加速度）v0=0 采用静载荷步法采用静载荷步法 载荷步载荷步1: 关闭瞬态效应。用关闭瞬态效应。用TIMINT,OFF 命令或命令或 Solution Time/Frequenc Time Integration. 采用小的时间间隔，例采用小的时间间隔，例， 0.001; 采用采用2 个子步个子步， 分步加载分步加载（如果

36、采用线性载荷或一个子步，如果采用线性载荷或一个子步， v0 就将是非零的）；就将是非零的）； 保持物体静止，例如，固定物体的全部自由度；保持物体静止，例如，固定物体的全部自由度； 施加等于施加等于 g 的加速度；的加速度； 求解。求解。 2021/3/13M3-63 ! 载荷步载荷步 1 TIMINT,OFF! 关闭瞬态效应关闭瞬态效应 TIME，0.001! 小的时间间隔小的时间间隔 NSEL， ! 选择所有小物体的所有节点选择所有小物体的所有节点 D，ALL，ALL，0! 并在所有方向上定义固定约束并在所有方向上定义固定约束 NSEL，ALL ACEL， ! 加速度值加速度值 NSUBST

37、，2! 两个子步两个子步 KBC，1 ! 阶梯载荷阶梯载荷 SOLVE 2021/3/13M3-64 载荷步载荷步 2: 打开瞬态效应打开瞬态效应; 释放物体释放物体,例如例如， 删除物体上的删除物体上的 DOF 自由度约束；自由度约束； 规定终止时间，连续进行瞬态分析。规定终止时间，连续进行瞬态分析。 Acel t 0.00050.001 Load step 1 2021/3/13M3-65 ! 载荷步载荷步 2 TIMINT,ON ! 打开瞬态效应开关打开瞬态效应开关 TIME， ! 指定载荷步实际的终点时刻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选择所有小物体的所

38、有节点 DDELE，ALL，ALL ! 并删除所有约束并删除所有约束 NSEL，ALL SOLVE . 2021/3/13M3-66 实例实例 将悬臂梁的自由端从平衡位置将悬臂梁的自由端从平衡位置“拨拨”开开“ 这种情况时这种情况时,在梁的自由端在梁的自由端 u0 0 ， v0=0; 用静载荷步法；用静载荷步法； 载荷步载荷步 1: 关闭瞬态效应。用关闭瞬态效应。用 TIMINT，OFF 命令或命令或 Solution Time/Frequenc Time Integration. 采用小的时间间隔，例如，采用小的时间间隔，例如， 0.001； 2个子步个子步， 分步加载（如果采用线性载荷或用

39、一个子步，分步加载（如果采用线性载荷或用一个子步，v0 就将就将 是非零的）；是非零的）； 在梁的自由端施加所要求的非零位移；在梁的自由端施加所要求的非零位移； 求解。求解。 2021/3/13M3-67 ! 载荷步载荷步 1 TIMINT,OFF! 关闭瞬态效应关闭瞬态效应 TIME，0.001! 小的时间间隔小的时间间隔 D， ! 在指定节点定义强制位移在指定节点定义强制位移 NSUBST，2! 两个子步两个子步 KBC，1 ! 阶梯载荷步阶梯载荷步 SOLVE 2021/3/13M3-68 载荷步载荷步2: 打开瞬态效应打开瞬态效应; 删除强加位移；删除强加位移； 指定终止时间指定终止时

40、间,连续进行瞬态分析。连续进行瞬态分析。 2021/3/13M3-69 ! 载荷步载荷步 2 TIMINT,ON ! 打开瞬态效应开关打开瞬态效应开关 TIME， ! 指定载荷步实际的终点时刻指定载荷步实际的终点时刻 DDELE， ! 删除所有强制位移删除所有强制位移 . SOLVE . 2021/3/13M3-70 实例实例 - 高尔夫球棒端头的初速度高尔夫球棒端头的初速度 假定只对高尔夫球棒端头建模假定只对高尔夫球棒端头建模,并且整个端头运动，并且整个端头运动， 这时有初始条件这时有初始条件v0 0。 同时又假定同时又假定 u0 = a0 = 0; 在这种情况下使用在这种情况下使用IC 命

41、令法是方便的命令法是方便的 1 选择球棒上的全部节点；选择球棒上的全部节点； 2 用用 IC 命令施加初始速度或；命令施加初始速度或； 选择选择 Solution Apply Initial Conditn Define + 选用全部节点选用全部节点 选择方向并输入速度值选择方向并输入速度值 3 激活全部节点；激活全部节点； 4 规定终止时间，施加其它载荷条件（如果存在规定终止时间，施加其它载荷条件（如果存在 的话），然后求解。的话），然后求解。 2021/3/13M3-71 NSEL, IC， NSEL，ALL TIME， SOLVE 2021/3/13M3-72 实例实例 承受冲击载荷的固

42、定平板承受冲击载荷的固定平板 此种情况下此种情况下 u0 = v0 = a0 = 0; 这些初始条件都是这些初始条件都是ANSYS中的缺省初始条件值中的缺省初始条件值,所以这里不必再规所以这里不必再规 定它们定它们! 只施加边界条件和冲击载荷，然后求解。只施加边界条件和冲击载荷，然后求解。 2021/3/13M3-73 3 建模建模 3 选择分析类型和选项选择分析类型和选项 3 规定边界条件和初始条件规定边界条件和初始条件 施加时间施加时间-历程载荷和求解历程载荷和求解 时间时间- 历程载荷是随时间变化的载荷历程载荷是随时间变化的载荷 这类载荷有两种施加方法这类载荷有两种施加方法: 列表输入法

43、列表输入法 多载荷步施加法多载荷步施加法 Load t Load t Load t 2021/3/13M3-74 0.5 Force t 列表输入法列表输入法 允许定义载荷随时间变化的表（用数组参数）并采用此表作为允许定义载荷随时间变化的表（用数组参数）并采用此表作为 载荷载荷; 尤其是在同时有几种不同的载荷尤其是在同时有几种不同的载荷,而每种载荷又都有它自己的时而每种载荷又都有它自己的时 间历程时很方便；间历程时很方便； 例如，要施加下图所示的力随时间变化曲线例如，要施加下图所示的力随时间变化曲线: 1. 选择选择 Solution Apply Force/Moment On Nodes，然

44、后拾然后拾 取所需节点取所需节点 22.5 10 1.01.5 2021/3/13M3-75 ! 首先定义载荷首先定义载荷-时间数组时间数组 *DIM,FORCE，TABLE，5，1，TIME! 类型表数组类型表数组 FORCE(1，0)=0，0.5，1，1.01，1.5! 时间值时间值 FORCE(0，1)=0，22.5，10，0，0! 载荷值载荷值 ! 然后将力数组定义到指定的节点上然后将力数组定义到指定的节点上 NSEL， ! 选择指定的节点选择指定的节点 F，ALL，FZ，%FORCE% ! 在所有选择节点上定义表载荷在所有选择节点上定义表载荷 NSEL，ALL . 2021/3/13

45、M3-76 2. 选择力方向和选择力方向和 “新表新表New table”, 然后确定（然后确定（OK）; 3. 输入表名和行数（时间点的数输入表名和行数（时间点的数 量），然后确定（量），然后确定（OK）；）； 4. 填入时间和载荷值，然后填入时间和载荷值，然后File Apply/Quit； 2021/3/13M3-77 5. 规定终止时间和积分时间步长规定终止时间和积分时间步长 Solution Time/Frequenc Time - Time Step 不必指定载荷的分步或线性条件不必指定载荷的分步或线性条件,这已包含在载荷曲线中这已包含在载荷曲线中 6. 激活自动时间步，规定输出控

46、制，然后求解（稍后讨论）。激活自动时间步，规定输出控制，然后求解（稍后讨论）。 典型命令典型命令: TIME,! 终点时间终点时间 DELTIM，0.002，0.001，0.1! 起始起始,最小和最大最小和最大 ITS AUTOTS，ON OUTRES， SOLVE 2021/3/13M3-78 多载荷步法多载荷步法 允许在单个的载荷步中施加载荷允许在单个的载荷步中施加载荷时间曲线中时间曲线中 的一段载荷的一段载荷; 不必用数组参数不必用数组参数,只需施加每段载荷并且或者求只需施加每段载荷并且或者求 解该载荷步或者将其写入一个载荷步文件中解该载荷步或者将其写入一个载荷步文件中 (LSWRITE

47、)。 2021/3/13M3-79 实例实例,施加前面所述的力随时间变化曲线施加前面所述的力随时间变化曲线: 1. 对施加方法作出计划，这种情况需用三个对施加方法作出计划，这种情况需用三个 载荷步：一个为递增线性载荷，一个为递载荷步：一个为递增线性载荷，一个为递 减线性载荷，另一个为阶梯式的除去载荷减线性载荷，另一个为阶梯式的除去载荷; Force t 22.5 10 0.51.01.5 2. 定义载荷步定义载荷步 1: 在要求的节点上施加在要求的节点上施加22.5单位的力单位的力; 规定施加此力的终止时间规定施加此力的终止时间 (0.5),指出时间步长和线性载荷；指出时间步长和线性载荷； 激

48、活自动时间步功能激活自动时间步功能*，规定输出控制规定输出控制 *， 或者进行求解，或或者进行求解，或 将此载荷步写入载荷步文件中。将此载荷步写入载荷步文件中。 *将在后面讨论将在后面讨论 2021/3/13M3-80 ! Load step 1 F, ! 在指定的节点上定义力在指定的节点上定义力22.5 TIME，0.5 ! 终点时间终点时间 DELTIM， ! 积分时间步长积分时间步长 KBC，0 ! 斜坡载荷斜坡载荷 AUTOTS，ON OUTRES， SOLVE ! 或或LSWRITE 2021/3/13M3-81 3. 定义载荷步定义载荷步2: 改变力值为改变力值为10.0; 规定终

49、止时间规定终止时间 (1.0)。不必重新指定积分时间步长或线性载荷不必重新指定积分时间步长或线性载荷 条件；条件； 求解或将此载荷步写入载荷步文件中。求解或将此载荷步写入载荷步文件中。 4. 定义载荷步定义载荷步3： 删除力或将其值设置为零；删除力或将其值设置为零； 规定终止时间规定终止时间 (1.5) 并分步加载；并分步加载； 求解或将此载荷步写入载荷步文件中。求解或将此载荷步写入载荷步文件中。 2021/3/13M3-82 ! 载荷步载荷步 2 F,! 在指定的节点上定义力在指定的节点上定义力10.0 TIME，1.0 ! 终点时间终点时间 SOLVE! 或或 LSWRITE ! 载荷步载

50、荷步 3 FDELE，! 删除力删除力 TIME，1.5 ! 终点时间终点时间 KBC，1! 阶梯载荷阶梯载荷 SOLVE! 或或LSWRITE 2021/3/13M3-83 积分时间步长积分时间步长(ITS) ,自动时间步长和输入控制为时间自动时间步长和输入控制为时间-历程加载的重要历程加载的重要 组成部分组成部分; 上面已经讨论了如何计算上面已经讨论了如何计算ITS，为了规定为了规定 ITS，采用采用DELTIM 命令或在命令或在 主菜单中选择主菜单中选择Solution Time/Frequenc Time - Time Step 2021/3/13M3-84 自动时间步长自动时间步长 采用一种算法自动计算瞬态分析过程中合适的采用一种算法自动计算瞬态分析过程中合适的ITS大小大小 建议激活自动时间步长功能建议激活自动时间步长功能,并规定并规定ITS的最小和最大值的最小和最大值 如果存在非线性，采用如果存在非线性，采用“程序选择程序选择”选项选项 注意注意: 在在ANSYS 5.5中，总体求解器控制开关中，总体求解器控制开关SOLCONTROL的缺省的缺省 状态为开，状态为开， 建议保留这一状态，更为重要