ansys瞬态动力分析详解

详细介绍了ansys瞬态动力学分析,并带有实例。

第四章

瞬态动力分析

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第四章：瞬态动力分析 第四章：第一节： 第一节：瞬态动力分析的定义和目的 第二节： 第二节：瞬态分析状态的基本术语和概念 第三节： 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：

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瞬态分析

第一节：定义和目的 第一节：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) 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 输出数据： 输出数据： – 随时间变化的位移和其它的导出量，如：应 随时间变化的位移和其它的导出量， 力和应变。 力和应变。

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瞬态分析

定义和目的(接上页) 接上页)瞬态动力分析可以应用在以下设计中： 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 承受各种冲击载荷的结构， 冲器、建筑框架以及悬挂系统等； 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 承受各种随时间变化载荷的结构， 桥梁、 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， 话、笔记本电脑和真空吸尘器等。 笔记本电脑和真空吸尘器等。

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瞬态分析

第二节：术语和概念 第二节：包括的主题如下： 包括的主题如下： 运动方程 求解方法 积分时间步长

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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；

[M ]{u} + [C ]{u} + [K ]{u} = {F (t )} 这是瞬态分析的最一般形式，载荷可为时间的任意函数； 这是瞬态分析的最一般形式，载荷可为时间的任意函数； 按照求解方法， ANSYS 允许在瞬态动力分析中包括各种类 按照求解方法， 型的非线性- 大变形、接触、塑性等等。 型的非线性 大变形、接触、塑性等等。

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瞬态分析瞬态分析- 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

求解方法 (接上页) 接上页)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。

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瞬态分析瞬态分析- 术语和概念

求解方法(接上页) 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； 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： 缩减矩阵： – 用于快速求解； 用于快速求解； – 根据主自由度写出 ， [C], [M]等矩阵，主自由度是完全自由 根据主自由度写出[K], 等矩阵， , 等矩阵 度的子集； 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 是精确的， 是近似的。此外， 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。 采用完整的 K], [C], 和 [M]矩阵； 不进行缩减。 采用完整的[K], 矩阵； , 矩阵 – 在本手册中的全部讨论都是基于此种方法。 在本手册中的全部讨论都是基于此种方法。

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瞬态分析瞬态分析- 术语和概念

积分时间步长 积分时间步长(亦称为 积分时间步长(亦称为ITS 或 t )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 t ; – 积分时间步长决定求解的精确度，因而其数值应仔细选取。 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： 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) 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)

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瞬态分析 - 术语和概念

积分时间步长(接上页) 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 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 最低响应周期); 响应频率 (最低响应周期 最低响应周期 每个循环中有 个时间点应是足够 每个循环中有20个时间点应是足够 的，即： t = 1/20f 式中 ，f 是所关心的最高响应频率 。

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) 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) 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 当两

个物体发生接触， 通常用刚度(间隙刚度)来描述； 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 应足够小以获取间隙“ 应足够小以获取间隙 弹簧” ; 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， 在两物体间的动量传递， 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， 是完全弹性的。 是完全弹性的。

1 ITS = 30 f c 1 fc = 2π k m

f c = contact frequency k = gap stiffness m = effective mass

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瞬态分析 - 术语和概念

积分时间步长(接上页) 积分时间步长(接上页)波传播 由冲击引起。在细长结构中更 由冲击引起。 为显著( 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 传播的方向需要精细的网格划 分 显式积分法(在ANSYS显式积分法( LS/DYNA采用)可能对此更为 采用) 采用 适用

x x ITS ≤ 3cx = element size ≤ L / 20 L = length along wave direction c = elastic wave speed = E = Young' s modulus E

ρ

ρ = mass density

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第三节：步骤 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 – 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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瞬态分析步骤

建

模

模型 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

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瞬态分析步骤

建模命令(接上页) 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

选择分析类型和选项建模 选择分析类型和选项： 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 求解方法和其它选项 阻尼 – 将在下面讨论

典型命令: 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) 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 完整矩阵方法为缺省方法。 线性选项： 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

选择分析类型和选项命令(接上页) 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) 选择分析类型和选项(接上页)阻尼 α和β阻尼均可用； α和 阻尼均可用； 在大多数情况下，忽略 阻尼(粘性阻 在大多数情况下，忽略α阻

尼 阻尼( ),仅规定 阻尼( 仅规定β 尼),仅规定β阻尼(由滞后造成的阻 尼): β = 2ξ/ω ξω 为阻尼比， 式中 ξ 为阻尼比，ω 为主要响应频率 (rad/sec)。 )。 典型命令: 典型命令 ALPHAD,… , BETAD,… ,

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