ANSYS動力學分析

1、2021/3/13M3-1 諧響應分析諧響應分析 2021/3/13M3-2 第一節(jié)第一節(jié):諧響應分析的定義和目的諧響應分析的定義和目的 第二節(jié)：關于諧響應分析的基本術語和概念第二節(jié)：關于諧響應分析的基本術語和概念 第三節(jié)：諧響應分析在第三節(jié)：諧響應分析在ANSYS中的應用中的應用 第四節(jié)：諧響應分析的實例練習第四節(jié)：諧響應分析的實例練習 2021/3/13M3-3 什么是諧響應分析什么是諧響應分析? 確定一個結構在已知頻率的正弦（簡諧）載荷作用下結構響應的技術確定一個結構在已知頻率的正弦（簡諧）載荷作用下結構響應的技術 。 輸入輸入: 已知大小和頻率的諧波載荷（力、壓力和強迫位移）已知大小和

2、頻率的諧波載荷（力、壓力和強迫位移）; 同一頻率的多種載荷同一頻率的多種載荷,可以是同相或不同相的。可以是同相或不同相的。 輸出：輸出： 每一個自由度上的諧位移，通常和施加的載荷不同相；每一個自由度上的諧位移，通常和施加的載荷不同相； 其它多種導出量，例如應力和應變等。其它多種導出量，例如應力和應變等。 2021/3/13M3-4 諧響應分析用于設計諧響應分析用于設計: 旋轉設備（如壓縮機、發(fā)動機、泵、渦輪機械等）的支座、固定旋轉設備（如壓縮機、發(fā)動機、泵、渦輪機械等）的支座、固定 裝置和部件裝置和部件; 受渦流（流體的漩渦運動）影響的結構受渦流（流體的漩渦運動）影響的結構,例如渦輪葉片、飛機

3、機翼例如渦輪葉片、飛機機翼 、橋和塔等。、橋和塔等。 2021/3/13M3-5 為什么要作諧響應分析為什么要作諧響應分析? 確保一個給定的結構能經(jīng)受住不同頻率的各種正弦載荷（例如確保一個給定的結構能經(jīng)受住不同頻率的各種正弦載荷（例如:以不以不 同速度運行的發(fā)動機）同速度運行的發(fā)動機）; 探測共振響應探測共振響應,并在必要時避免其發(fā)生（例如：借助于阻尼器來避免并在必要時避免其發(fā)生（例如：借助于阻尼器來避免 共振）。共振）。 2021/3/13M3-6 包含的主題包含的主題: 運動方程運動方程 諧波載荷的本性諧波載荷的本性 復位移復位移 求解方法求解方法 2021/3/13M3-7 通用運動方程

4、通用運動方程: F矩陣和矩陣和 u矩陣是簡諧的矩陣是簡諧的,頻率為頻率為 w w: 諧響應分析的運動方程：諧響應分析的運動方程： FuKuCuM titii titii euiueeuu eFiFeeFF ww ww )( )( 21max 21max )()( 2121 2 FiFuiuKCiMww 2021/3/13M3-8 Fmax = 載荷幅值載荷幅值 I = -1 = 載荷函數(shù)的相位角載荷函數(shù)的相位角 F1 = 實部實部, Fmaxcos F2 = 虛部虛部, Fmaxsin umax= 位移幅值位移幅值 f= 載荷函數(shù)的相位角載荷函數(shù)的相位角 u1= 實部實部, umaxcosf

5、f u2= 虛部虛部, umaxsinf f 2021/3/13M3-9 在已知頻率下正弦變化在已知頻率下正弦變化; 相角相角 允許不同相的多個載荷同時允許不同相的多個載荷同時 作用作用, , 缺省值為零；缺省值為零； 施加的全部載荷施加的全部載荷都假設是簡諧的，都假設是簡諧的， 包括溫度和重力。包括溫度和重力。 實部 虛部 2021/3/13M3-10 在下列情況下計算出的位移將是復數(shù)在下列情況下計算出的位移將是復數(shù) 具有阻尼具有阻尼 施加載荷是復數(shù)載荷（例如施加載荷是復數(shù)載荷（例如:虛部為非零的載荷）虛部為非零的載荷） 復位移滯后一個相位角復位移滯后一個相位角 （相對于某一個基準而言）（相

6、對于某一個基準而言） 可以用實部和虛部或振幅和相角的形式來查看可以用實部和虛部或振幅和相角的形式來查看 2021/3/13M3-11 求解簡諧運動方程的三種方法求解簡諧運動方程的三種方法: 完整法完整法 為缺省方法為缺省方法,是最容易的方法是最容易的方法; 使用完整的結構矩陣，且允許非對稱矩陣（例如：聲學矩陣）。使用完整的結構矩陣，且允許非對稱矩陣（例如：聲學矩陣）。 縮減法縮減法* 使用縮減矩陣，比完整法更快；使用縮減矩陣，比完整法更快； 需要選擇主自由度，據(jù)主自由度得到近似的需要選擇主自由度，據(jù)主自由度得到近似的 M矩陣和矩陣和C矩陣。矩陣。 模態(tài)疊加法模態(tài)疊加法* 從前面的模態(tài)分析中得到

7、各模態(tài)；再求乘以系數(shù)的各模態(tài)之和；從前面的模態(tài)分析中得到各模態(tài)；再求乘以系數(shù)的各模態(tài)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 完完整整法法縮縮減減法法模模態(tài)態(tài)疊疊加加法法 相對求解時間慢較快最快 相對的使用容易程度最容易較容易難 允許元素載荷（例如壓強）嗎？允許不允許允許 (一個載荷向量) 允許非零位移載荷嗎？允許允許不允許 允許模態(tài)阻尼嗎？不允許不允許允許 能處理預應力嗎？不能能能 能進行“Restart“嗎？能能不能 允許非對稱矩陣嗎？允許不允許不允許 需要為了求解而選擇模態(tài)嗎？不需要不需要需要 需要選擇主自由度嗎？不需要需要需要 (如果選用縮減法

8、) 2021/3/13M3-13 四個主要步驟四個主要步驟: 建模建模 選擇分析類型和選項選擇分析類型和選項 施加諧波載荷并求解施加諧波載荷并求解 觀看結果觀看結果 2021/3/13M3-14 模型模型 只能用于線性單元和材料只能用于線性單元和材料,忽略各種非線性忽略各種非線性; 記住要輸入密度；記住要輸入密度； 注意注意: 如果如果ALPX（熱膨脹系數(shù)）和（熱膨脹系數(shù)）和 T均不為零，就有可能不經(jīng)意均不為零，就有可能不經(jīng)意 地包含了簡諧熱載荷。為了避免這種事情發(fā)生，請將地包含了簡諧熱載荷。為了避免這種事情發(fā)生，請將ALPX設置為設置為 零零. 如果參考溫度如果參考溫度 TREF與均勻節(jié)點溫

9、度與均勻節(jié)點溫度 TUNIF不一致不一致, 那么那么 T 為非零值為非零值； 請參閱第一章中的建模需要考慮的問題。請參閱第一章中的建模需要考慮的問題。 2021/3/13M3-15 /PREP7 ET,. MP,EX,. MP,DENS, ! 建立幾何模型建立幾何模型 ! 劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格 . 2021/3/13M3-16 3 建模建模 選擇分析類型和選項選擇分析類型和選項 輸入求解器輸入求解器,選擇諧響應分析選擇諧響應分析; 主要分析選項是求解方法主要分析選項是求解方法-在后面討在后面討 論；論； 規(guī)定阻尼規(guī)定阻尼-在后面討論。在后面討論。 典型命令典型命令: /SOLU ANTYPE,HA

10、RMIC,NEW 2021/3/13M3-17 分析選項分析選項 求解方法求解方法 - 完整法、縮減法和模態(tài)完整法、縮減法和模態(tài) 疊加法。缺省為完整法疊加法。缺省為完整法; 自由度輸出格式自由度輸出格式 - 主要用于批處理主要用于批處理 方式中；方式中； 集中質(zhì)量矩陣。集中質(zhì)量矩陣。 推薦用于如果結構的一個方向推薦用于如果結構的一個方向 的尺寸遠小于另兩個方向的尺的尺寸遠小于另兩個方向的尺 寸的情況中。例如寸的情況中。例如:細長梁與薄細長梁與薄 殼。殼。 典型命令典型命令: HROPT,. HROUT, LUMPM,. 2021/3/13M3-18 阻尼阻尼 從從 -阻尼、阻尼、 -阻尼和阻尼

11、率中選取阻尼和阻尼率中選取 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選擇分析類型和選項選擇分析類型和選項 施加諧波載荷并求解施加諧波載荷并求解 所有施加的載荷以規(guī)定的頻率（或頻率所有施加的載荷以規(guī)定的頻率（或頻率 范圍）簡諧地變化范圍）簡諧地變化 “載荷載荷”包括包括: 位移約束位移約束-零或非零的零或非零的 作用力作用力 壓強壓強 注意：注意： 如果要施加重力和熱載荷如果要施加重力和熱載荷,它們它們 也被當作簡諧變化的載荷來考慮也被當作簡諧變化的載荷來考慮! 典型命令典型命令: DK, ! 或或

12、 D或或DSYM DA,. DL, 2021/3/13M3-20 規(guī)定諧波載荷時要包括規(guī)定諧波載荷時要包括: 振幅和相角振幅和相角 頻率頻率 階梯載荷對線性變化載荷的說明階梯載荷對線性變化載荷的說明 振幅和相角振幅和相角 載荷值（大?。┐碚穹d荷值（大?。┐碚穹?Fmax 相角相角 f f 是在兩個或兩個以上諧波載荷間的是在兩個或兩個以上諧波載荷間的 相位差相位差,單一載荷不需要相角單一載荷不需要相角 f f 實部 虛部 f F1max F2max 2021/3/13M3-21 振幅和相角（接上頁）振幅和相角（接上頁） ANSYS 不能直接輸入振幅和相角不能直接輸入振幅和相角,而是規(guī)定實而

13、是規(guī)定實 部和虛部分量部和虛部分量; 例如，施加兩個簡諧力例如，施加兩個簡諧力 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語言計算，但要確保角度單位語言計算，但要確保角度單位 為度（缺省為弧度）為度（缺省為弧度）。 實部 虛部 f F1max F2max 2021/3/13M3-22 *AFUN,DEG FK, F, SFA, SFL, SFE, SF, 2021/3/13M3-23 2021/3/13M3-24 諧波載

14、荷的頻率諧波載荷的頻率: 通過頻率范圍和在頻率范圍內(nèi)的子步數(shù)量來規(guī)通過頻率范圍和在頻率范圍內(nèi)的子步數(shù)量來規(guī) 定每秒的循環(huán)次數(shù)（赫茲）定每秒的循環(huán)次數(shù)（赫茲）; 例如例如,在在0-50頻率范圍內(nèi)有頻率范圍內(nèi)有10個子步時將給出在個子步時將給出在 5，10，15.45和和50Hz等頻率上的解；而同一等頻率上的解；而同一 頻率范圍只有一個子步時，則只給出頻率范圍只有一個子步時，則只給出50Hz頻率頻率 上的解上的解。 典型命令典型命令: HARFRQ, NSUBST, KBC,1 2021/3/13M3-25 階梯載荷對線性變化載荷階梯載荷對線性變化載荷: 采用若干子步采用若干子步,可以逐漸地施加載

15、荷（線性變化載荷），或者在第一可以逐漸地施加載荷（線性變化載荷），或者在第一 個子步立刻施加載荷（階梯載荷）個子步立刻施加載荷（階梯載荷）; 諧波載荷通常是階梯加載，因為載荷值代表的是最大振幅。諧波載荷通常是階梯加載，因為載荷值代表的是最大振幅。 2021/3/13M3-26 在施加諧波載荷后在施加諧波載荷后,下一步就是開始求解下一步就是開始求解 通常采用一個載荷步，但是可以采用若干子通常采用一個載荷步，但是可以采用若干子 步，且每個子步具有不同的頻率范圍步，且每個子步具有不同的頻率范圍 典型命令典型命令: HARFRQ, NSUBST, KBC,1 2021/3/13M3-27 3健摸健摸

16、3選擇分析類型和選項選擇分析類型和選項 3施加諧波載荷并求解施加諧波載荷并求解 觀看結果觀看結果 分三步分三步 繪制結構上的特殊點處的位移繪制結構上的特殊點處的位移-頻率曲線頻率曲線 確定各臨界頻率和相應的相角確定各臨界頻率和相應的相角 觀看整個結構在各臨界頻率和相角時的位移觀看整個結構在各臨界頻率和相角時的位移 和應力和應力 采用采用POST26,時程后處理器時程后處理器 采用采用POST1,通用后處理器通用后處理器 2021/3/13M3-28 位移位移-頻率關系曲線頻率關系曲線 首先定義首先定義 POST26 變量變量 節(jié)點和單元數(shù)據(jù)表節(jié)點和單元數(shù)據(jù)表 用大于等于二的數(shù)據(jù)識別用大于等于二

17、的數(shù)據(jù)識別 變量變量1包含各頻率包含各頻率,并是預先定義了的并是預先定義了的 2021/3/13M3-29 定義變量（接上頁）定義變量（接上頁） 挑選可能發(fā)生最大變形的節(jié)點挑選可能發(fā)生最大變形的節(jié)點,然后選擇自由度的方向然后選擇自由度的方向; 定義變量的列表被更新。定義變量的列表被更新。 2021/3/13M3-30 定義變量定義變量 畫變量關系曲線畫變量關系曲線 典型命令典型命令: /POST26 NSOL, PLVAR,. 2021/3/13M3-31 確定各臨界頻率和相角確定各臨界頻率和相角 用圖形顯示最高振幅發(fā)生時的頻率用圖形顯示最高振幅發(fā)生時的頻率; 由于位移與施加的載荷不同步（如果

18、存在阻尼的話）由于位移與施加的載荷不同步（如果存在阻尼的話）,需要確定出現(xiàn)最大振需要確定出現(xiàn)最大振 幅時的相角；幅時的相角； 要進行上述工作，首先要選擇振幅要進行上述工作，首先要選擇振幅+相位選項。相位選項。 2021/3/13M3-32 然后用表列出變量。然后用表列出變量。 注意注意:最大振幅最大振幅=3.7出現(xiàn)在出現(xiàn)在48Hz,85.7時時 下一步就是觀看整個模型在該頻率和相角下一步就是觀看整個模型在該頻率和相角 下的位移和應力（使用下的位移和應力（使用POST1) 典型命令典型命令: PRCPLX,1 PRVAR, FINISH 2021/3/13M3-33 觀看整個結構的結果觀看整個結

19、構的結果 進入進入POST1,且列出結果綜述表，確定臨界頻率的載荷步和子步序號且列出結果綜述表，確定臨界頻率的載荷步和子步序號; 典型命令典型命令: /POST1 SET,LIST 2021/3/13M3-34 使用使用 HRCPLX 命令讀入在期望頻率和相角命令讀入在期望頻率和相角 時的結果時的結果: HRCPLX, LOADSTEP, SUBSTEP, PHASE, . 例如：例如： HRCPLX,2,4,85.7 繪制變形圖繪制變形圖,應力等值線圖和其它期望的結果應力等值線圖和其它期望的結果 。 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 選擇分析類型和選項選擇分析類型和選項 3 施加諧波載荷和求解施加諧波載荷和求解 3 觀看結果觀看結果 2021/3/13M3-36 在這個實例分析中在這個實例分析中,結果考察由安裝在兩端固支梁上的旋轉機械產(chǎn)生結果考察由安裝在兩端固支梁上的旋轉機械產(chǎn)生 的簡諧力在該梁上引起的諧響應的簡諧力在該梁上引起的諧響應; 詳細內(nèi)容請參閱動力學實例分析補充資料。詳細內(nèi)容請參閱動力學實例分析補充資料。 2021/3/13M3-37 瞬態(tài)動力分析瞬態(tài)動力分析 2021/3/13M3-38 第一節(jié)第一節(jié):瞬態(tài)動力分析的定義和目的瞬態(tài)動力分析的定義和目的 第二節(jié)：瞬態(tài)

21、分析狀態(tài)的基本術語和概念第二節(jié)：瞬態(tài)分析狀態(tài)的基本術語和概念 第三節(jié)：在第三節(jié)：在ANSYS中如何進行瞬態(tài)分析中如何進行瞬態(tài)分析 第四節(jié)：瞬態(tài)分析實例第四節(jié)：瞬態(tài)分析實例 2021/3/13M3-39 什么是瞬態(tài)動力分析什么是瞬態(tài)動力分析? 它是確定隨時間變化載荷（例如爆炸）作用下它是確定隨時間變化載荷（例如爆炸）作用下 結構響應的技術結構響應的技術; 輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù): 作為時間函數(shù)的載荷作為時間函數(shù)的載荷 輸出數(shù)據(jù)：輸出數(shù)據(jù)： 隨時間變化的位移和其它的導出量隨時間變化的位移和其它的導出量,如：應力如：應力 和應變。和應變。 2021/3/13M3-40 瞬態(tài)動力分析可以應用在以下設計中瞬態(tài)

22、動力分析可以應用在以下設計中: 承受各種沖擊載荷的結構承受各種沖擊載荷的結構,如：汽車中的門和緩沖如：汽車中的門和緩沖 器、建筑框架以及懸掛系統(tǒng)等器、建筑框架以及懸掛系統(tǒng)等; 承受各種隨時間變化載荷的結構，如：橋梁、地承受各種隨時間變化載荷的結構，如：橋梁、地 面移動裝置以及其它機器部件；面移動裝置以及其它機器部件； 承受撞擊和顛簸的家庭和辦公設備，如：移動電承受撞擊和顛簸的家庭和辦公設備，如：移動電 話、筆記本電腦和真空吸塵器等。話、筆記本電腦和真空吸塵器等。 2021/3/13M3-41 包括的主題如下包括的主題如下: 運動方程運動方程 求解方法求解方法 積分時間步長積分時間步長 2021

23、/3/13M3-42 用于瞬態(tài)動力分析的運動方程和通用運動方程相同用于瞬態(tài)動力分析的運動方程和通用運動方程相同; 這是瞬態(tài)分析的最一般形式這是瞬態(tài)分析的最一般形式,載荷可為時間的任意函數(shù)；載荷可為時間的任意函數(shù)； 按照求解方法，按照求解方法， ANSYS 允許在瞬態(tài)動力分析中包括各種類允許在瞬態(tài)動力分析中包括各種類 型的非線性型的非線性- 大變形、接觸、塑性等等。大變形、接觸、塑性等等。 tFuKuCuM 2021/3/13M3-43 求解運動方程求解運動方程 直接積分法直接積分法模態(tài)疊加法模態(tài)疊加法 隱式積分隱式積分顯式積分顯式積分 完整矩陣法完整矩陣法縮減矩陣法縮減矩陣法完整矩陣法完整矩陣

24、法縮減矩陣法縮減矩陣法 2021/3/13M3-44 運動方程的兩種求解法運動方程的兩種求解法: 模態(tài)疊加法（在第六章中討論）模態(tài)疊加法（在第六章中討論） 直接積分法：直接積分法： 運動方程可以直接對時間按步積分。在每個時間點運動方程可以直接對時間按步積分。在每個時間點, 需求解一組聯(lián)立的靜態(tài)平衡方程（需求解一組聯(lián)立的靜態(tài)平衡方程（F=ma）; ANSYS 采用采用Newmark 法這種隱式時間積分法；法這種隱式時間積分法； ANSYS/LS-DYNA 則采用顯式時間積分法；則采用顯式時間積分法； 有關顯式法和隱式法的討論請參見第一章。有關顯式法和隱式法的討論請參見第一章。 2021/3/13

25、M3-45 求解時即可用縮減結構矩陣求解時即可用縮減結構矩陣,也可用完整結構矩陣也可用完整結構矩陣; 縮減矩陣縮減矩陣: 用于快速求解；用于快速求解； 根據(jù)主自由度寫出根據(jù)主自由度寫出K， C， M等矩陣，主自由度是完全自由等矩陣，主自由度是完全自由 度的子集；度的子集； 縮減的縮減的 K 是精確的，但縮減的是精確的，但縮減的 C 和和 M 是近似的。此外，還是近似的。此外，還 有其它的一些缺陷，但不在此討論。有其它的一些缺陷，但不在此討論。 完整矩陣：完整矩陣： 不進行縮減。不進行縮減。 采用完整的采用完整的K， C， 和和 M矩陣；矩陣； 在本手冊中的全部討論都是基于此種方法。在本手冊中的

26、全部討論都是基于此種方法。 2021/3/13M3-46 積分時間步長（亦稱為積分時間步長（亦稱為ITS 或或 t ）是時間積分法中的一個重要概）是時間積分法中的一個重要概 念念 ITS = 從一個時間點到另一個時間點的時間增量從一個時間點到另一個時間點的時間增量 t ; 積分時間步長決定求解的精確度積分時間步長決定求解的精確度,因而其數(shù)值應仔細選取。因而其數(shù)值應仔細選取。 ITS 應足夠小以獲取下列數(shù)據(jù)應足夠小以獲取下列數(shù)據(jù): 響應頻率響應頻率 載荷突變載荷突變 接觸頻率（如果存在的話）接觸頻率（如果存在的話） 波傳播效應（若存在）波傳播效應（若存在） 2021/3/13M3-47 響應頻率

27、響應頻率 不同類型載荷會在結構中激發(fā)不同不同類型載荷會在結構中激發(fā)不同 的頻率的頻率（響應頻率響應頻率）; ITS應足夠小以獲取所關心的最高應足夠小以獲取所關心的最高 響應頻率響應頻率 （最低響應周期最低響應周期）； 每個循環(huán)中有每個循環(huán)中有20個時間點應是足夠個時間點應是足夠 的的,即即: t = 1/20f 式中式中 ，f 是所關心的最高響應頻率是所關心的最高響應頻率 。 響應周期 2021/3/13M3-48 載荷突變載荷突變 ITS 應足夠小以獲取載荷應足夠小以獲取載荷 突變突變 Load t Load t 2021/3/13M3-49 接觸頻率接觸頻率 當兩個物體發(fā)生接觸當兩個物體發(fā)

28、生接觸,間隙或接觸表面通間隙或接觸表面通 常用剛度（間隙剛度）來描述常用剛度（間隙剛度）來描述; ITS應足夠小以獲取間隙應足夠小以獲取間隙“彈簧彈簧”頻率頻率 ； 建議每個循環(huán)三十個點，這才足以獲取建議每個循環(huán)三十個點，這才足以獲取 在兩物體間的動量傳遞，比此更小的在兩物體間的動量傳遞，比此更小的 ITS 會造成能量損失，并且沖擊可能不會造成能量損失，并且沖擊可能不 是完全彈性的。是完全彈性的。 mass effective stiffness gap frequencycontact 2 1 30 1 m k f m k f f ITS c c c 2021/3/13M3-50 波傳播波傳

29、播 由沖擊引起。在細長結構中更由沖擊引起。在細長結構中更 為顯著（如下落時以一端著地為顯著（如下落時以一端著地 的細棒）的細棒） 需要很小的需要很小的ITS ,并且在沿波傳并且在沿波傳 播的方向需要精細的網(wǎng)格劃分播的方向需要精細的網(wǎng)格劃分 顯式積分法（在顯式積分法（在ANSYS- LS/DYNA采用）可能對此更為采用）可能對此更為 適用適用 density mass modulus sYoung speed waveelastic direction wavealonglength 20/sizeelement 3 E E c L Lx c x ITS 2021/3/13M3-51 在此節(jié)中只

30、討論完整矩陣在此節(jié)中只討論完整矩陣 五個主要步驟五個主要步驟: 建模建模 選擇分析類型和選項選擇分析類型和選項 規(guī)定邊界條件和初始條件規(guī)定邊界條件和初始條件 施加時間歷程載荷并求解施加時間歷程載荷并求解 查看結果查看結果 2021/3/13M3-52 模型模型 允許所有各種非線性允許所有各種非線性 記住要輸入密度記住要輸入密度! 其余參見第一章建模所要考慮的問題其余參見第一章建模所要考慮的問題 2021/3/13M3-53 /PREP7 ET,. MP,EX,. MP,DENS, ! 建立幾何模型建立幾何模型 ! 劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格 . 2021/3/13M3-54 3 建模建模 選擇分析類型和

31、選項選擇分析類型和選項: 進入求解器并選擇瞬態(tài)分析進入求解器并選擇瞬態(tài)分析 求解方法和其它選項求解方法和其它選項- 將在下面討論將在下面討論 阻尼阻尼 將在下面討論將在下面討論 典型命令典型命令: /SOLU ANTYPE,TRANS，NEW 2021/3/13M3-55 求解方法求解方法 完整矩陣方法為缺省方法。允許下列非完整矩陣方法為缺省方法。允許下列非 線性選項線性選項: 大變形大變形 應力硬化應力硬化 Newton-Raphson 解法解法 集中質(zhì)量矩陣集中質(zhì)量矩陣 主要用于細長梁和薄壁殼或波的傳播主要用于細長梁和薄壁殼或波的傳播 公式求解器公式求解器 由程序自行選擇由程序自行選擇 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; ; 在大多數(shù)情況下在大多數(shù)情況下,忽略忽略阻尼（粘性阻阻尼（粘性阻 尼），僅規(guī)定尼），僅規(guī)定 阻尼（由滯后造成的阻阻尼（由滯后造成的阻 尼）尼）: : = 2 /w w 式中式中 為阻尼比，為阻尼比，w w 為主要響應頻率為主要響應頻率 （rad/sec）。）。 典型命令典型命令: ALPHAD, BETAD， 2021/3/13M3-58 3 建模建模 3 選擇分析類型和選項選擇分析類型和選項 規(guī)定

33、邊界條件和初始條件規(guī)定邊界條件和初始條件 在這種情況下邊界條件為載荷或在整在這種情況下邊界條件為載荷或在整 個瞬態(tài)過程中一直為常數(shù)的條件個瞬態(tài)過程中一直為常數(shù)的條件,例如例如: 固定點（約束）固定點（約束） 對稱條件對稱條件 重力重力 初始條件將在下面討論初始條件將在下面討論 2021/3/13M3-59 DK,! 或或 D或或 DSYM DL， DA， ACEL， OMEGA，. 2021/3/13M3-60 初始條件初始條件 時間時間t = 0時的條件時的條件:u0, v0， a0 它們的缺省值為它們的缺省值為， u0 = v0 = a0 = 0 可能要求非零初始條件的實例：可能要求非零初

34、始條件的實例： 飛機著陸飛機著陸 (v0 0) 高爾夫球棒擊球高爾夫球棒擊球 (v0 0) 物體跌落試驗物體跌落試驗 (a0 0) 2021/3/13M3-61 施加初始條件的兩種方法施加初始條件的兩種方法: 以靜載荷步開始以靜載荷步開始 當只需在模型的一部分上施加初始條件時當只需在模型的一部分上施加初始條件時,例如，用強加的位移例如，用強加的位移 將懸臂梁的自由端從平衡位置將懸臂梁的自由端從平衡位置“撥撥”開時，這種方法是有用的開時，這種方法是有用的; 用于需要施加非零初始加速度時。用于需要施加非零初始加速度時。 使用使用IC 命令命令 Solution Apply Initial Cond

35、itn Define + 當需在整個物體上施加非零初始位移或速度時當需在整個物體上施加非零初始位移或速度時IC 命令法是有用命令法是有用 的。的。 2021/3/13M3-62 實例實例 - 物體從靜止狀態(tài)下落物體從靜止狀態(tài)下落 這種情況這種情況 a0=g （重力加速度）重力加速度）v0=0 采用靜載荷步法采用靜載荷步法 載荷步載荷步1: 關閉瞬態(tài)效應。用關閉瞬態(tài)效應。用TIMINT,OFF 命令或命令或 Solution Time/Frequenc Time Integration. 采用小的時間間隔，例采用小的時間間隔，例， 0.001; 采用采用2 個子步個子步， 分步加載分步加載（如果

36、采用線性載荷或一個子步，如果采用線性載荷或一個子步， v0 就將是非零的）；就將是非零的）； 保持物體靜止，例如，固定物體的全部自由度；保持物體靜止，例如，固定物體的全部自由度； 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 ! 載荷步載荷步 1 TIMINT,OFF! 關閉瞬態(tài)效應關閉瞬態(tài)效應 TIME，0.001! 小的時間間隔小的時間間隔 NSEL， ! 選擇所有小物體的所有節(jié)點選擇所有小物體的所有節(jié)點 D，ALL，ALL，0! 并在所有方向上定義固定約束并在所有方向上定義固定約束 NSEL，ALL ACEL， ! 加速度值加速度值 NSUBST

37、，2! 兩個子步兩個子步 KBC，1 ! 階梯載荷階梯載荷 SOLVE 2021/3/13M3-64 載荷步載荷步 2: 打開瞬態(tài)效應打開瞬態(tài)效應; 釋放物體釋放物體,例如例如， 刪除物體上的刪除物體上的 DOF 自由度約束；自由度約束； 規(guī)定終止時間，連續(xù)進行瞬態(tài)分析。規(guī)定終止時間，連續(xù)進行瞬態(tài)分析。 Acel t 0.00050.001 Load step 1 2021/3/13M3-65 ! 載荷步載荷步 2 TIMINT,ON ! 打開瞬態(tài)效應開關打開瞬態(tài)效應開關 TIME， ! 指定載荷步實際的終點時刻指定載荷步實際的終點時刻 NSEL， !選擇所有小物體的所有節(jié)點選擇所有小物體的所

38、有節(jié)點 DDELE，ALL，ALL ! 并刪除所有約束并刪除所有約束 NSEL，ALL SOLVE . 2021/3/13M3-66 實例實例 將懸臂梁的自由端從平衡位置將懸臂梁的自由端從平衡位置“撥撥”開開“ 這種情況時這種情況時,在梁的自由端在梁的自由端 u0 0 ， v0=0; 用靜載荷步法；用靜載荷步法； 載荷步載荷步 1: 關閉瞬態(tài)效應。用關閉瞬態(tài)效應。用 TIMINT，OFF 命令或命令或 Solution Time/Frequenc Time Integration. 采用小的時間間隔，例如，采用小的時間間隔，例如， 0.001； 2個子步個子步， 分步加載（如果采用線性載荷或用

39、一個子步，分步加載（如果采用線性載荷或用一個子步，v0 就將就將 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 ! 載荷步載荷步 1 TIMINT,OFF! 關閉瞬態(tài)效應關閉瞬態(tài)效應 TIME，0.001! 小的時間間隔小的時間間隔 D， ! 在指定節(jié)點定義強制位移在指定節(jié)點定義強制位移 NSUBST，2! 兩個子步兩個子步 KBC，1 ! 階梯載荷步階梯載荷步 SOLVE 2021/3/13M3-68 載荷步載荷步2: 打開瞬態(tài)效應打開瞬態(tài)效應; 刪除強加位移；刪除強加位移； 指定終止時間指定終止時

40、間,連續(xù)進行瞬態(tài)分析。連續(xù)進行瞬態(tài)分析。 2021/3/13M3-69 ! 載荷步載荷步 2 TIMINT,ON ! 打開瞬態(tài)效應開關打開瞬態(tài)效應開關 TIME， ! 指定載荷步實際的終點時刻指定載荷步實際的終點時刻 DDELE， ! 刪除所有強制位移刪除所有強制位移 . SOLVE . 2021/3/13M3-70 實例實例 - 高爾夫球棒端頭的初速度高爾夫球棒端頭的初速度 假定只對高爾夫球棒端頭建模假定只對高爾夫球棒端頭建模,并且整個端頭運動，并且整個端頭運動， 這時有初始條件這時有初始條件v0 0。 同時又假定同時又假定 u0 = a0 = 0; 在這種情況下使用在這種情況下使用IC 命

41、令法是方便的命令法是方便的 1 選擇球棒上的全部節(jié)點；選擇球棒上的全部節(jié)點； 2 用用 IC 命令施加初始速度或；命令施加初始速度或； 選擇選擇 Solution Apply Initial Conditn Define + 選用全部節(jié)點選用全部節(jié)點 選擇方向并輸入速度值選擇方向并輸入速度值 3 激活全部節(jié)點；激活全部節(jié)點； 4 規(guī)定終止時間，施加其它載荷條件（如果存在規(guī)定終止時間，施加其它載荷條件（如果存在 的話），然后求解。的話），然后求解。 2021/3/13M3-71 NSEL, IC， NSEL，ALL TIME， SOLVE 2021/3/13M3-72 實例實例 承受沖擊載荷的固

42、定平板承受沖擊載荷的固定平板 此種情況下此種情況下 u0 = v0 = a0 = 0; 這些初始條件都是這些初始條件都是ANSYS中的缺省初始條件值中的缺省初始條件值,所以這里不必再規(guī)所以這里不必再規(guī) 定它們定它們! 只施加邊界條件和沖擊載荷，然后求解。只施加邊界條件和沖擊載荷，然后求解。 2021/3/13M3-73 3 建模建模 3 選擇分析類型和選項選擇分析類型和選項 3 規(guī)定邊界條件和初始條件規(guī)定邊界條件和初始條件 施加時間施加時間-歷程載荷和求解歷程載荷和求解 時間時間- 歷程載荷是隨時間變化的載荷歷程載荷是隨時間變化的載荷 這類載荷有兩種施加方法這類載荷有兩種施加方法: 列表輸入法

43、列表輸入法 多載荷步施加法多載荷步施加法 Load t Load t Load t 2021/3/13M3-74 0.5 Force t 列表輸入法列表輸入法 允許定義載荷隨時間變化的表（用數(shù)組參數(shù)）并采用此表作為允許定義載荷隨時間變化的表（用數(shù)組參數(shù)）并采用此表作為 載荷載荷; 尤其是在同時有幾種不同的載荷尤其是在同時有幾種不同的載荷,而每種載荷又都有它自己的時而每種載荷又都有它自己的時 間歷程時很方便；間歷程時很方便； 例如，要施加下圖所示的力隨時間變化曲線例如，要施加下圖所示的力隨時間變化曲線: 1. 選擇選擇 Solution Apply Force/Moment On Nodes，然

44、后拾然后拾 取所需節(jié)點取所需節(jié)點 22.5 10 1.01.5 2021/3/13M3-75 ! 首先定義載荷首先定義載荷-時間數(shù)組時間數(shù)組 *DIM,FORCE，TABLE，5，1，TIME! 類型表數(shù)組類型表數(shù)組 FORCE(1，0)=0，0.5，1，1.01，1.5! 時間值時間值 FORCE(0，1)=0，22.5，10，0，0! 載荷值載荷值 ! 然后將力數(shù)組定義到指定的節(jié)點上然后將力數(shù)組定義到指定的節(jié)點上 NSEL， ! 選擇指定的節(jié)點選擇指定的節(jié)點 F，ALL，F(xiàn)Z，%FORCE% ! 在所有選擇節(jié)點上定義表載荷在所有選擇節(jié)點上定義表載荷 NSEL，ALL . 2021/3/13

45、M3-76 2. 選擇力方向和選擇力方向和 “新表新表New table”, 然后確定（然后確定（OK）; 3. 輸入表名和行數(shù)（時間點的數(shù)輸入表名和行數(shù)（時間點的數(shù) 量），然后確定（量），然后確定（OK）；）； 4. 填入時間和載荷值，然后填入時間和載荷值，然后File Apply/Quit； 2021/3/13M3-77 5. 規(guī)定終止時間和積分時間步長規(guī)定終止時間和積分時間步長 Solution Time/Frequenc Time - Time Step 不必指定載荷的分步或線性條件不必指定載荷的分步或線性條件,這已包含在載荷曲線中這已包含在載荷曲線中 6. 激活自動時間步，規(guī)定輸出控

46、制，然后求解（稍后討論）。激活自動時間步，規(guī)定輸出控制，然后求解（稍后討論）。 典型命令典型命令: TIME,! 終點時間終點時間 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 多載荷步法多載荷步法 允許在單個的載荷步中施加載荷允許在單個的載荷步中施加載荷時間曲線中時間曲線中 的一段載荷的一段載荷; 不必用數(shù)組參數(shù)不必用數(shù)組參數(shù),只需施加每段載荷并且或者求只需施加每段載荷并且或者求 解該載荷步或者將其寫入一個載荷步文件中解該載荷步或者將其寫入一個載荷步文件中 (LSWRITE

47、)。 2021/3/13M3-79 實例實例,施加前面所述的力隨時間變化曲線施加前面所述的力隨時間變化曲線: 1. 對施加方法作出計劃，這種情況需用三個對施加方法作出計劃，這種情況需用三個 載荷步：一個為遞增線性載荷，一個為遞載荷步：一個為遞增線性載荷，一個為遞 減線性載荷，另一個為階梯式的除去載荷減線性載荷，另一個為階梯式的除去載荷; Force t 22.5 10 0.51.01.5 2. 定義載荷步定義載荷步 1: 在要求的節(jié)點上施加在要求的節(jié)點上施加22.5單位的力單位的力; 規(guī)定施加此力的終止時間規(guī)定施加此力的終止時間 (0.5),指出時間步長和線性載荷；指出時間步長和線性載荷； 激

48、活自動時間步功能激活自動時間步功能*，規(guī)定輸出控制規(guī)定輸出控制 *， 或者進行求解，或或者進行求解，或 將此載荷步寫入載荷步文件中。將此載荷步寫入載荷步文件中。 *將在后面討論將在后面討論 2021/3/13M3-80 ! Load step 1 F, ! 在指定的節(jié)點上定義力在指定的節(jié)點上定義力22.5 TIME，0.5 ! 終點時間終點時間 DELTIM， ! 積分時間步長積分時間步長 KBC，0 ! 斜坡載荷斜坡載荷 AUTOTS，ON OUTRES， SOLVE ! 或或LSWRITE 2021/3/13M3-81 3. 定義載荷步定義載荷步2: 改變力值為改變力值為10.0; 規(guī)定終

49、止時間規(guī)定終止時間 (1.0)。不必重新指定積分時間步長或線性載荷不必重新指定積分時間步長或線性載荷 條件；條件； 求解或?qū)⒋溯d荷步寫入載荷步文件中。求解或?qū)⒋溯d荷步寫入載荷步文件中。 4. 定義載荷步定義載荷步3： 刪除力或?qū)⑵渲翟O置為零；刪除力或?qū)⑵渲翟O置為零； 規(guī)定終止時間規(guī)定終止時間 (1.5) 并分步加載；并分步加載； 求解或?qū)⒋溯d荷步寫入載荷步文件中。求解或?qū)⒋溯d荷步寫入載荷步文件中。 2021/3/13M3-82 ! 載荷步載荷步 2 F,! 在指定的節(jié)點上定義力在指定的節(jié)點上定義力10.0 TIME，1.0 ! 終點時間終點時間 SOLVE! 或或 LSWRITE ! 載荷步載

50、荷步 3 FDELE，! 刪除力刪除力 TIME，1.5 ! 終點時間終點時間 KBC，1! 階梯載荷階梯載荷 SOLVE! 或或LSWRITE 2021/3/13M3-83 積分時間步長積分時間步長(ITS) ,自動時間步長和輸入控制為時間自動時間步長和輸入控制為時間-歷程加載的重要歷程加載的重要 組成部分組成部分; 上面已經(jīng)討論了如何計算上面已經(jīng)討論了如何計算ITS，為了規(guī)定為了規(guī)定 ITS，采用采用DELTIM 命令或在命令或在 主菜單中選擇主菜單中選擇Solution Time/Frequenc Time - Time Step 2021/3/13M3-84 自動時間步長自動時間步長 采用一種算法自動計算瞬態(tài)分析過程中合適的采用一種算法自動計算瞬態(tài)分析過程中合適的ITS大小大小 建議激活自動時間步長功能建議激活自動時間步長功能,并規(guī)定并規(guī)定ITS的最小和最大值的最小和最大值 如果存在非線性，采用如果存在非線性，采用“程序選擇程序選擇”選項選項 注意注意: 在在ANSYS 5.5中，總體求解器控制開關中，總體求解器控制開關SOLCONTROL的缺省的缺省 狀態(tài)為開，狀態(tài)為開， 建議保留這一狀態(tài)，更為重要