Ansys 动力学 瞬态动力分析.ppt

1、第4章：瞬态动力分析，M4-2，第4章：瞬态动力分析，第1节：瞬态动力分析的定义和目的第2节：瞬态分析状态的基本术语和概念第3节：如何在ANSYS中进行瞬态分析第4节：瞬态分析示例M4-3，瞬态分析第1节：定义和目的，什么是瞬态动力分析？它是一种确定结构在时变载荷(如爆炸)作用下响应的技术。输入数据：作为时间函数的负载输出数据：时变位移和其他衍生量，如应力和应变。M4-4，瞬态分析的定义和目的(续)，瞬态动力分析可应用于以下设计：承受各种冲击载荷的结构，如汽车的车门和保险杠、建筑框架和悬架系统等。承受各种时变载荷的结构，如桥梁、地面移动装置和其他机器部件；能够承受冲击和颠簸的家用和办公设备，如

2、手机、笔记本电脑和吸尘器。M4-5，瞬态分析第二节：术语和概念，包括以下主题：运动方程积分时间步长的求解方法，M4-6，瞬态分析术语和概念运动方程，用于瞬态动力分析的运动方程与一般运动方程相同；这是瞬态分析的最一般形式，负载可以是时间的任何函数；根据求解方法，ANSYS允许在瞬态动力分析中包括各种类型的非线性大变形、接触、塑性等。M4-7，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，完全矩阵法，约化矩阵法，完全矩阵法，约化矩阵法，M4-8，瞬态分析术语和概念求解方法(续)，求解运动方程的两种方法：模态叠加法(在第6章中讨论)在每个时间点，必须求解一组

3、联立静力平衡方程(f=ma)；ANSYS采用纽马克法，这是一种隐式时间积分法；ANSYS/LS-DYNA采用显式时间积分法。有关显式和隐式方法的讨论，请参见第1章。M4-9，瞬态分析-术语和概念求解方法(续)，可通过使用简化结构矩阵或完整结构矩阵来求解；简化矩阵：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，约化的k是精确的，但约化的c和m是近似的。此外，还有其他一些缺陷，但这里不讨论。完整矩阵：无缩减。采用完整的k、c和m矩阵；本手册中的所有讨论都基于这种方法。M4-10，瞬态分析-项和概念积分时间步长，积分时间步长(也称为ITS或Dt)是时间积分方法中的一个

4、重要概念，ITS=从一个时间点到另一个时间点的时间增量Dt；积分时间步长决定了解的精度，因此应仔细选择其值。智能交通系统应足够小，以获得以下数据：响应频率、负载、突变、接触频率(如果有)、波传播效应(如果有)、M4-11、瞬态分析项和概念整合时间步长(续)、响应频率不同类型的负载将在结构中激发不同的频率(响应频率)；智能交通系统应足够小，以获得感兴趣的最高响应频率(最低响应周期)；每个周期20个时间点就足够了，即Dt=1/20f，其中f是相关的最高响应频率。响应周期、M4-12、瞬态分析-项和概念整合时间步长(续)、负载突变ITS应足够小以获得负载突变、M4-13、瞬态分析-项和概念整合时间步

5、长(续)、接触频率当两个物体接触时，间隙或接触面通常用刚度(间隙刚度)来描述。智能交通系统应足够小，以获得间隙“弹簧”频率；建议每个周期有30个点，这足以获得两个物体之间的动量传递。较小的智能交通系统将导致能量损失，并且冲击可能不是完全弹性的。M4-14，瞬态分析-项和概念积分时间步长(续)，波传播是由激波引起的。这在细长结构(如一端着地的细杆)中更为明显，这需要较小的智能交通系统，并要求沿波传播方向精细啮合。显式积分法更适合于此。M4-15，瞬态分析第三节：步骤，在这一节中，只讨论了完整矩阵的五个主要步骤：建模，选择分析类型和选项，指定边界条件和初始条件，应用时间历程负载和解决查看结果，M4

6、-16，瞬态分析步骤的建模，模型允许各种非线性记住输入密度！其余部分，请参考第1章，建模中需要考虑的问题，M4-17，瞬态分析步骤建模命令(续)，/PREP7 ET，议员，行政长官，议员，DENS！建立一个几何模型！网格划分，M4-18，瞬态分析步骤选择分析类型和选项，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他选项-阻尼将在下面讨论、典型命令： /SOLU ANTYPE，trans，NEW，M4-19，瞬态分析步骤选择分析类型和选项(续)， 求解方法完成下列非线性选项是允许的：牛顿-拉夫森大变形应力硬化集中质量矩阵解主要用于细长梁和薄壁壳或波传播公式求解器是由程序本身选择的

7、，M4-20，瞬态分析步骤选择分析类型和选项命令(续)，TRNOPT，FULL NLGEOM，SSTIF，NROPT，LUMPM，EQSLV，M4-21、在大多数情况下，阻尼(粘性阻尼)被忽略，仅规定了B阻尼(滞后引起的阻尼):b=2/w，其中X为阻尼比，W为主要响应频率(rad/sec)。典型命令： ALPHAD，BETAD，M4-22，瞬态分析步骤规定了边界条件和初始条件，建模选择分析类型和选项规定了边界条件和初始条件。在这种情况下，边界条件是在整个瞬态过程中始终不变的载荷或条件，例如：定点(约束)对称条件重力初始条件将在下面讨论，M4-23，瞬态分析步骤指定边界条件和初始条件命令(续)或

8、d或DSYM DL，DA，ACEL，欧米茄，M4-24。瞬态分析步骤指定了边界条件和初始条件(续)。初始条件时间t=0时的条件：u0，v0，a0。它们的默认值是，U0=v0=a0=0可能需要非零初始条件的示例：飞机着陆(v00)、高尔夫球杆击球(v00)、物体坠落测试(a00)、M4-25、指定边界条件和初始条件的瞬态分析步骤(续)、应用初始条件的两种方法：从静态载荷步骤开始当仅初始条件需要应用于模型的一部分时，例如，通过施加，当需要应用非零初始加速度时使用。当需要对整个对象应用非零初始位移或速度时，使用集成电路命令解决方案应用初始条件定义集成电路命令方法非常有用。M4-26，瞬态分析步骤规定

9、了边界条件和初始条件(续)，例如-当一个物体从静止状态落下时，a0=g(重力加速度)v0=0采用静载荷法。加载步骤1:关闭瞬态效应。使用定时、关闭命令或解决方案时间/频繁时间集成.具有小的时间间隔，例如0.001；采用两个子步骤，逐步加载(如果采用线性加载或一个子步骤，v0将为非零值)；保持物体静止，例如，固定物体的整个自由度；施加等于g的加速度；解决。，M4-27，在瞬态分析步骤中定义边界条件和初始条件的命令(续)！加载第1步时间，关闭！关闭瞬态效应时间，0.001！小时间间隔NSEL！选择所有节点d，所有，所有，0！并定义固定约束NSEL，所有ACEL！加速度值NSUBST，2！两个子步骤

10、KBC，1！步骤加载求解，M4-28，瞬态分析步骤指定边界条件和初始条件(续)，加载步骤2:打开瞬态效应；释放对象，例如，删除对象上的自由度约束；规定了终止时间，并持续进行瞬态分析。acel，t，loadstep 1，M4-29，在瞬态分析步骤中定义边界条件和初始条件的命令(续)！加载步骤2定时，开！打开瞬态效应开关时间！指定装载步骤的实际结束时间NSEL！选择所有小对象的所有节点。删除所有约束NSEL，全部解决.M4-30。瞬态分析步骤规定了边界条件和初始条件(续)。在这种情况下，悬臂梁的自由端从平衡位置“偏移”。在这种情况下，在光束u00的自由端，v0=0；使用静载荷法；加载步骤1:关闭瞬

11、态效应。使用定时、关闭命令或解决方案时间/频繁时间集成.具有小的时间间隔，例如0.001；2个子步骤，逐步加载(如果使用线性加载或一个子步骤，v0将非零)；向梁的自由端施加所需的非零位移；解决。M4-31，在瞬态分析步骤中定义边界条件和初始条件的命令(续)！加载第1步时间，关闭！关闭瞬态效应时间，0.001！小时间间隔d！定义强制位移NSUBST，2！两个子步骤KBC，1！步骤加载步骤求解，M4-32，瞬态分析步骤指定边界条件和初始条件(续)，加载步骤2:开启瞬态效应；删除强制抵销；指定终止时间，并持续进行瞬态分析。M4-33，在瞬态分析步骤中定义边界条件和初始条件的命令(续)！加载步骤2定时

12、，开！打开瞬态效应开关时间！指定加载步骤的实际结束时间！删除所有被迫流离失所，M4-34。瞬态分析步骤规定了边界条件和初始条件(续)。示例-高尔夫球杆头的初始速度假设只有高尔夫球杆头被建模，并且整个杆头移动。此时，存在初始条件v00。同时，假设u0=A0=0；在这种情况下，使用集成电路命令方法选择蝙蝠上的所有节点是很方便的；应用初始速度或集成电路命令；选择解应用初始条件定义，选择所有节点选择方向，输入速度值激活所有节点；指定终止时间，应用其他负载条件(如果有)，然后求解。M4-35，用于在瞬态分析步骤中定义边界条件和初始条件的命令(续)，NSEL，集成电路，NSEL，所有时间，求解，M4-36

13、，在瞬态分析步骤中定义边界条件和初始条件(续)，例如，u0=v0=A0=0；对于冲击载荷下的固定板；这些初始条件是ANSYS中默认的初始条件，所以不需要在这里指定！仅应用边界条件和冲击载荷，然后求解。，M4-37，在瞬态分析步骤中施加时间-历史载荷并求解它，建模，选择分析类型和选项，指定边界条件和初始条件，施加时间-历史载荷并求解时间-历史载荷是随时间变化的载荷。有两种方法应用这种载荷：列表输入法，多载荷阶跃应用法，M4-38，0.5，应用时间-历史载荷并在瞬态分析步骤中求解(续)，列表输入法允许定义载荷随时间的变化。特别是当同时有几个不同的载荷，并且每个载荷都有自己的时间历程时，这是非常方便

14、的；例如，应用如下图所示的随时间变化的力曲线：1 .选择解决方案在节点上施加力/力矩，然后选择所需的节点、22.5、10、1.0、1.5、M4-39。在瞬态分析步骤中，应用时间历程负载并求解命令(续)。首先，定义加载时间数组*DIM，FORCE，TABLE，5，1，时间！键入表格数组力(1，0)=0，0.5，1，1.01，1.5！时间值力(0，1)=0，22.5，10，0，0！负载值！然后将力阵定义到指定的节点NSEL！选择指定的节点f，ALL，FZ，%FORCE%！定义表负荷NSEL，所有.M4-40在所有选定的节点上，施加时间-历史载荷，并在瞬态分析步骤(续)2中求解。选择力方向和“新建表

15、格”，然后确认(确定)；3.输入表名和行数(时间点数)，然后确认(确定)；4.填写时间和加载值，然后文件应用/退出；M4-41，在瞬态分析步骤中应用时间历程载荷并求解(续)，5。指定终止时间和积分时间步长求解时间/频繁时间-时间步长不需要指定负载的逐步或线性条件，这已包含在负载曲线中，6。激活自动时间步长，指定输出控制并解决它(稍后讨论)。典型命令： TIME！结束时间DELTIM，0.002，0.001，0.1！在开始时，最小和最大智能交通系统自动运行、开出、求解、M4-42，瞬态分析步骤应用时间-历史载荷并求解它(续)，多载荷方法允许载荷-时间曲线中的载荷在单个载荷步骤中应用；不使用数组参数，您只需要应用每个加载，或者求解加载步骤，或者将其写入加载步骤文件(LSWRITE)。M4-43，瞬态分析步骤：施加时间历程载荷并求解(续)。例如，应用上述力随时间的曲线：1。计划应用方法。在这种情况下，需要三个负载步骤：一个是增加线性负载，另一个是减少线性负载，另一个是逐步移除负载；22.5，10，0.5，1.0，1.5，2。定义载荷步骤1:向所需节点施加22.5单位的力；指定施加该力的结束时间(0.5)，并指示时间步长和线性载荷；激活自动时间步长功能*，指定输出控制*，或求解它，或将此加载步长写入加载步长文件。*稍后将讨论，M