第14章瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析實(shí)例

第14章瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析實(shí)例工程結(jié)構(gòu)分析軟件第14章瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析實(shí)例瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析(亦稱時(shí)間－歷程分析)是用于確定承受任意的隨時(shí)間變化載荷的結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的一種方法。可以用瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析確定結(jié)構(gòu)在靜載荷，瞬態(tài)載荷，和簡諧載荷的隨意組合作用下隨時(shí)間變化的位移，應(yīng)變，應(yīng)力以及力。瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析中，載荷和時(shí)間的相關(guān)性使得慣性力和阻尼作用比較重要。如果慣性力和阻尼作用對于分析的問題不是很重要，就可以用靜力學(xué)分析代替瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析。§14.1問題描述§14.2建立模型§14.3定義邊界條件、加載并求解§14.4觀察分析結(jié)果§14.5命令流輸入第14章瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析實(shí)例§14.1問題描述本實(shí)例要用縮減法進(jìn)行瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析以確定對有限上升時(shí)間的恒定力的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。問題的實(shí)際結(jié)構(gòu)是一根鋼梁支撐著集中質(zhì)量并承受一個(gè)動(dòng)態(tài)載荷。鋼梁長為L，支撐著一個(gè)集中質(zhì)量M。這根梁承受著一個(gè)上升時(shí)間為tτ，最大值為F1的動(dòng)態(tài)載荷F(t)。梁的質(zhì)量可以忽略，確定產(chǎn)生最大位移響應(yīng)時(shí)的時(shí)間tmax及響應(yīng)ymax。同時(shí)要確定梁中的最大彎曲應(yīng)力σbend。求解過程中用不到梁的特性，其截面積可以算1個(gè)單位值。取加載結(jié)束時(shí)間為0.1秒，以使質(zhì)量體達(dá)到最大彎曲。在質(zhì)量體的側(cè)向設(shè)定一個(gè)主自由度。第一個(gè)載荷步用于靜力學(xué)求解。根據(jù)本實(shí)例的結(jié)構(gòu)關(guān)系和載荷分布可以在此模型中使用對稱性。在進(jìn)行后處理時(shí)，選定在最大響應(yīng)時(shí)間(0.092秒)處做擴(kuò)展計(jì)算?！?4.1問題描述已知數(shù)據(jù)如下：材料特性：楊氏模量EX＝2E5Mpa，質(zhì)量M＝0.0215t，質(zhì)量阻尼ALPHAD＝8,幾何尺寸：L＝450mm,I＝800.6mm4,h＝18mm載荷為：F1＝20N,tr＝0.075sec§14.2建立模型在ANSYS中，首先我們通過完成如下工作來建立本實(shí)例的有限元模型，需要完成的工作有：指定分析標(biāo)題，定義材料性能，定義單元類型，定義單元實(shí)常數(shù)，建立有限元模型等。由于本實(shí)例有限元模型比較簡單，無需先建立幾何模型再對其進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分。指定分析標(biāo)題并設(shè)置分析范疇定義單元類型定義單元實(shí)常數(shù)定義材料性能定義節(jié)點(diǎn)生成梁單元和質(zhì)量單元§14.2建立模型指定分析標(biāo)題并設(shè)置分析范疇本實(shí)例是鋼梁支撐集中質(zhì)量的模型進(jìn)行瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析來確定對有限上升時(shí)間的恒定力的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，仍然屬于結(jié)構(gòu)分析范疇。為了在后面進(jìn)行菜單方式操作時(shí)的方便，需要在開始分析時(shí)就指定本實(shí)例分析范疇為“Structural”。為了數(shù)據(jù)的存檔和以后分析的方便必須養(yǎng)成給分析的問題加標(biāo)題的習(xí)慣。本實(shí)例的標(biāo)題可以命名為：“TransientResponseToaConstantForceWithaFiniteRiseTime”，具體的操作過程如下：1．選取菜單路徑UtilityMenu|File|ChangeJobname，將彈出ChangeJobname(修改文件名)對話框。2．在Enternewjobname(輸入新文件名)文本框中輸入文字“CH14”，為本分析實(shí)例的數(shù)據(jù)庫文件名。單擊對話框中的OK按鈕，完成文件名的修改。3．選取菜單路徑UtilityMenu|File|ChangeTitle，將彈出ChangeTitle(修改標(biāo)題)對話框?！?4.2建立模型指定分析標(biāo)題并設(shè)置分析范疇4．在Enternewtitle(輸入新標(biāo)題)文本框中輸入文字“TransientResponseToaConstantForceWithaFiniteRiseTime”，為本分析實(shí)例的標(biāo)題名。單擊對話框中的OK按鈕，完成對標(biāo)題名的指定。5．選取菜單路徑UtilityMenu|Plot|Replot，指定的標(biāo)題“TransientResponseToaConstantForceWithaFiniteRiseTime”將顯示在圖形窗口的左下角，這樣可以非常方便地說明分析問題的內(nèi)容和性質(zhì)。6．選取菜單路徑MainMenu|Preference，將彈出PreferenceofGUIFiltering(菜單過濾參數(shù)選擇)對話框，單擊對話框中的Structural(結(jié)構(gòu))選項(xiàng)使之為ON，以將菜單設(shè)置為與結(jié)構(gòu)分析相關(guān)的選項(xiàng)。單擊OK按鈕，完成分析范疇的指定?！?4.2建立模型定義單元類型對于本實(shí)例分析的問題，我們可以利用二維梁單元和集中質(zhì)量單元來模擬其結(jié)構(gòu)形式和問題的性質(zhì)。這里將使用ANSYS提供的兩種單元類型：二維彈性梁單元BEAM3，結(jié)構(gòu)質(zhì)量單元MASS21。具體的定義過程如下：1．選取菜單路徑MainMenu|Preprocessor|ElementType|Add/Edit/Delete，將彈出ElementTypes(單元類型定義)對話框。單擊對話框中的Add按鈕，將彈出LibraryofElementTypes(單元類型庫)對話框。2．在LibraryofElementTypes對話框左邊的滾動(dòng)框中單擊“StructuralBeam”使其高亮度顯示，選擇結(jié)構(gòu)梁單元類型。在右邊的滾動(dòng)框中單擊“2Delastic3”使其高亮度顯示，選擇2維彈性梁單元。3．在對話框中單擊Apply按鈕，完成對二維彈性梁單元的定義。在單元類型定義對話框中，將會(huì)出現(xiàn)剛定義的單元類型?！?4.2建立模型定義單元類型4．接著繼續(xù)在LibraryofElementTypes(單元類型庫)對話框的左邊滾動(dòng)框中單擊“StructuralMass”，在右邊的滾動(dòng)框中單擊“3Dmass21”使其高亮度顯示，選定三維質(zhì)量單元類型。單擊對話框中的OK按鈕，完成單元定義并關(guān)閉LibraryofElementTypes(單元類型庫)對話框。5．在單元類型定義對話框的單元列表框種將顯示出剛定義的兩種單元類型：BEAM3和MASS21。單擊ElementTypes(單元類型定義)對話框中的Close按鈕，關(guān)閉對話框，完成單元類型的定義?！?4.2建立模型定義單元實(shí)常數(shù)因?yàn)樵诒緦?shí)例種使用的單元是二維彈性梁單元和結(jié)構(gòu)質(zhì)量單元，它們都需要定義相應(yīng)的單元實(shí)常數(shù)才能完成對單元特性的描述，具體的操作如下：1．選取菜單途徑MainMenu|Preprocessor|RealConstants，將彈出RealConstants(單元實(shí)常數(shù)定義)對話框。2．單擊對話框中的Add按鈕，將彈出ElementTypeforRealConstants(定義實(shí)常數(shù)的單元類型)對話框。3．在選擇單元類型列表框中，單擊“Type1BEAM3”使其高亮度顯示，選擇第一類單元BEAM3。然后單擊該對話框中的OK按鈕，將彈出RealConstantsforBEAM3(為BEAM3單元定義實(shí)常數(shù))對話框。4．在對話框中的Cross-sectionarea(截面積)文本框中輸入“1”，定義梁的截面為1個(gè)單位值，這是因?yàn)樵诒緦?shí)例的分析過程中梁的截面特性用不到。在Areamomentofinertia(截面慣性矩)文本框種輸入“800.6”，在Totalbeamheight(梁的高度)文本框輸入“18”，指定梁的截面慣性矩等于800.6mm4，梁的高度為18mm，如圖所示?！?4.2建立模型定義單元實(shí)常數(shù)5．對話框中的其余參數(shù)保持缺省值。單擊OK按鈕，關(guān)閉RealConstantsforBEAM3(單元BEAM3的實(shí)常數(shù)定義)對話框。完成對單元BEAM3實(shí)常數(shù)的定義。在實(shí)常數(shù)定義對話框中將會(huì)出現(xiàn)定義的實(shí)常數(shù)。6．重復(fù)步驟2的過程，在彈出的選擇ElementTypeforRealConstants(定義實(shí)常數(shù)的單元類型)對話框的列表框中單擊“Type2MASS21”，使其高亮度顯示。然后單擊OK按鈕，將彈出RealConstantSetNumber2,forMASS21(為MASS21單元定義實(shí)常數(shù)的)對話框，如圖所示。7．在對話框中的質(zhì)量(2-Dmass)文本框中輸入“0.0215”，定義集中結(jié)構(gòu)質(zhì)量為0.0215t。保持缺省的realConstantSetNo.(實(shí)常數(shù)序號(hào))為2，單擊OK按鈕，關(guān)閉RealConstantsSetNumber2，forMASS21(為MASS21單元定義實(shí)常數(shù))對話框。8．在RealConstants(實(shí)常數(shù)定義)對話框的列表框中將會(huì)出現(xiàn)定義實(shí)常數(shù)：Set1和Set2，單擊Close按鈕，關(guān)閉對話框?！?4.2建立模型定義材料性能本實(shí)例中一共用了一種材料，其性能參數(shù)在前面已經(jīng)給出。由于進(jìn)行的是鋼梁支撐集中質(zhì)量單元的瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析，分析中梁單元的質(zhì)量忽略，因此只需定義材料的彈性模量EX，而密度DENS就不必定義了。具體的操作如下：1．選取菜單路徑MainMenu|Preprocessor|MaterialProps|MaterialModels，將彈出DefineMaterialModelBehavior(材料模型定義)對話框。2．依次雙擊Structural，Linear，Elastic和Isotropic，將彈出1號(hào)材料的彈性模量EX和泊松比PRXY的定義對話框，如圖所示。3．在EX文本框中輸入2E5，定義材料的彈性模量為2E5Mpa，泊松比為缺省。單擊OK按鈕，關(guān)閉對話框。在DefineMaterialModelBehavior(材料模型定義)對話框的左邊列表框中將會(huì)列出定義的材料屬性。4．在DefineMaterialModelBehavior(材料模型定義)對話框中，選取路徑Material|Exit，完成對材料模型的定義。至此，完成了對建立吉他弦有限元模型需要的單元類型和實(shí)常數(shù)的定義。下面來進(jìn)行創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)工作?！?4.2建立模型定義節(jié)點(diǎn)1．選取菜單路徑MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Nodes|InActiveCS，將彈出CreateNodesinActiveCoordinateSystem(在激活坐標(biāo)系中創(chuàng)建節(jié)點(diǎn))對話框。2．在彈出的對話框中，Nodenumber(節(jié)點(diǎn)編號(hào))文本框中輸入1，在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)文本框中輸入X,Y,Z坐標(biāo)分別為0，0，0，如圖所示。3．單擊Apply按鈕，在激活坐標(biāo)系的原點(diǎn)創(chuàng)建第一個(gè)節(jié)點(diǎn)。由于單擊的是Apply按鈕，該對話框?qū)⒗^續(xù)顯示，然后在對話框中，Nodenumber(節(jié)點(diǎn)編號(hào))文本框中輸入3，在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)文本框中輸入X,Y,Z坐標(biāo)分別為450，0，0。4．單擊對話框中的按鈕，創(chuàng)建3號(hào)節(jié)點(diǎn)并關(guān)閉對話框。ANSYS圖形輸出窗口中將會(huì)顯示出剛創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)1、3，如圖所示?！?4.2建立模型定義節(jié)點(diǎn)5．創(chuàng)建中間節(jié)點(diǎn)。選取菜單路徑MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Node|FillbetweenNds，將彈出拾取對話框。在ANSYS的圖形輸出窗口中，在節(jié)點(diǎn)1和3上都單擊一次，拾取節(jié)點(diǎn)1和3，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)周圍將出現(xiàn)一個(gè)小方框。6．單擊拾取對話框中的OK按鈕，將彈出CreateNodesBetween2Nodes(在節(jié)點(diǎn)之間創(chuàng)建節(jié)點(diǎn))對話框，如圖所示。7．對話框中程序根據(jù)前面的操作進(jìn)行了缺省設(shè)置，可以看出缺省值就是我們需要定義的值，因此接受缺省的值，單擊對話框中的OK按鈕關(guān)閉對話框，完成中間節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建。節(jié)點(diǎn)1～3將出現(xiàn)在圖形窗口中。§14.2建立模型生成梁單元和質(zhì)量單元本實(shí)例中用到的單元類型有梁單元和質(zhì)量單元兩種，在ANSYS6.1中這兩種單元類型都可以利用節(jié)點(diǎn)直接創(chuàng)建。上面已創(chuàng)建了需要的3個(gè)節(jié)點(diǎn)，下面將利用它們來創(chuàng)建本實(shí)例的梁單元和質(zhì)量單元。具體的操作過程如下：1．選取菜單路徑MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Elements|ElemAttributes。將會(huì)彈出單元屬性對話框。2．在對話框中，單擊Elementtypenumber(單元類型序號(hào))下拉框中的“1BEAM3”，在實(shí)常數(shù)序號(hào)下拉框中Realconstantsetnumber(指定實(shí)常數(shù)序號(hào))為“1”，指定要?jiǎng)?chuàng)建單元的類型為梁單元，并設(shè)定其對應(yīng)的實(shí)常數(shù)。單擊對話框中的OK按鈕關(guān)閉對話框，完成對單元屬性的設(shè)置，如圖所示。3．選取菜單路徑MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Elements|AutoNumbered|ThruNodes，將會(huì)彈出節(jié)點(diǎn)拾取對話框。4．創(chuàng)建1號(hào)梁單元。在ANSYS圖形輸出窗口中，單擊節(jié)點(diǎn)1和2各一次，選中后在節(jié)點(diǎn)上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)小方框。然后在拾取對話框中單擊Apply按鈕。在圖形窗口中選中的節(jié)點(diǎn)間將出現(xiàn)一條線，為梁單元1?！?4.2建立模型生成梁單元和質(zhì)量單元5．創(chuàng)建2號(hào)梁單元。接著在節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)3上各單擊一次，然后在拾取對話框中單擊OK按鈕。在圖形窗口中選中的節(jié)點(diǎn)間將出現(xiàn)一條線，為梁單元2。6．進(jìn)行質(zhì)量單元屬性設(shè)置。重復(fù)第1步的操作，在彈出的ElementAttributes(單元屬性)對話框中指定Elementtypenumber(單元類型序號(hào))為“2MASS21”,對應(yīng)的Realconstantsetnumber(實(shí)常數(shù)的序號(hào))為“2”，單擊對話框中的OK按鈕，完成對將要?jiǎng)?chuàng)建的單元屬性的設(shè)置。7．選取菜單路徑MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Elements|AutoNumbered|ThruNodes，將會(huì)彈出節(jié)點(diǎn)拾取對話框。在圖形輸出窗口中單擊節(jié)點(diǎn)“2”，然后單擊節(jié)點(diǎn)拾取對話框中的OK按鈕。程序?qū)?huì)在節(jié)點(diǎn)2上創(chuàng)建一個(gè)集中質(zhì)量單元。8．選取菜單路徑UtilityMenu|PlotCtrls|Numbering，將彈出PlotNumberingControls(序號(hào)顯示控制)對話框。在對話框中打開節(jié)點(diǎn)序號(hào)(Nodenumbers:On)，在Elem/attribnumbering(單元序號(hào))下拉框中單擊“Elementnumbers”，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。使圖形窗口中的節(jié)點(diǎn)序號(hào)和單元序號(hào)都顯示，建立好的有限元模型如圖所示。§14.3定義邊界條件、加載并求解本實(shí)例目的是用縮減法對簡支梁－集中質(zhì)量系統(tǒng)進(jìn)行有限上升時(shí)間的恒定載荷作用下的瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析。需要指定瞬態(tài)縮減法的載荷步選項(xiàng)，且按照縮減法的要求必須定義主自由度。根據(jù)本實(shí)例的載荷情況需要定義三個(gè)載荷步，才能對其加載過程進(jìn)行模擬。對于這種問題通常ANSYS有兩種方法求解，一是加載一個(gè)載荷步求解一次，另外一種是每加載一個(gè)載荷步，將其寫成載荷步文件，等全部載荷步都加載完并寫成載荷步文件后，一次性進(jìn)行求解。本實(shí)例將采用的二種方法。指定分析類型及分析選項(xiàng)定義主自由度定義載荷步選項(xiàng)并求解§14.3定義邊界條件、加載并求解指定分析類型及分析選項(xiàng)本實(shí)例的分析類型是縮減法瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析，且要考慮阻尼作用的影響，故在進(jìn)行分析時(shí)阻尼作用不能被忽略。下面講解具體操作。1．選取菜單路徑MainMenu|AnalysisType|Solution|NewAnalysis，將會(huì)彈出NewAnalysis(新分析)對話框。2．在彈出的NewAnalysis對話框中，選擇Transient選項(xiàng)，然后單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。指定將進(jìn)行瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析。ANSYS將彈出瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析對話框，如圖所示。3．在對話框中，單擊單選按鈕“Reduced”，指定Solutionmethod(分析方法)為Reduced(縮減法)。單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。4．選取菜單路徑MainMenu|Solution|AnalysisType|AnalysisOptions，將彈出ReducedTransientAnalysis(縮減法瞬態(tài)分析)選項(xiàng)對話框，如圖所示。5．在對話框中的Dampingeffects(阻尼效果)下拉框中單擊“Include”選項(xiàng)，使瞬態(tài)動(dòng)力分析中包含阻尼效應(yīng)，其余選項(xiàng)保持缺省(即不包括預(yù)應(yīng)力效應(yīng))，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框?！?4.3定義邊界條件、加載并求解定義主自由度在進(jìn)行縮減法瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析時(shí)需要定義主自由度。所謂主自由度就是描述結(jié)構(gòu)動(dòng)力行為所必須的自由度。在縮減法瞬態(tài)動(dòng)力分析中施加力載荷和非零位移邊界條件的位置也需要定義主自由度。下面來定義本實(shí)例需要的主自由度。1．選取菜單途徑MainMenu|Solution|MasterDOFs|UserSelected|Define。將彈出DefineMasterDOFs(定義主自由度)對話框，如圖所示。2．在對話框中的1stdegreeoffreedom(第一個(gè)自由度)下拉框中，單擊“UY”將其選中。然后單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。完成對主自由度的定義。§14.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷步選項(xiàng)并求解本實(shí)例進(jìn)行的是縮減法瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析，根據(jù)描述的載荷情況知道共有三個(gè)載荷步。本實(shí)例中是采取先逐個(gè)定義載荷步，并將其載荷情況寫成載荷文件，然后一次性求解多個(gè)載荷步的方法來求解的。下面將講解每個(gè)載荷步的定義和輸出過程，最后對其進(jìn)行求解。設(shè)置載荷步選項(xiàng)施加第一個(gè)載荷步并將其輸出施加第二個(gè)載荷步并輸出施加第三個(gè)載荷步并輸出進(jìn)行求解§14.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷步選項(xiàng)并求解_設(shè)置載荷步選項(xiàng)在定義載荷步之前，首先對通用的載荷步選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置。在本實(shí)例中需要定義的通用載荷步選項(xiàng)有時(shí)間步大小和阻尼。下面講解具體的操作。1．選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|Time/Frequenc|Time-TimeStep，將彈出TimeandTimeStepOptions(時(shí)間和時(shí)間步選項(xiàng))對話框，如圖所示。2．在對話框中的Timestepsize(時(shí)間步大小)文本框中輸入“0.004”，指定求解的積分時(shí)間步長為0.004秒。單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。3．選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|Time/Frequenc|Damping，將彈出DampingSpecifications(阻尼定義)對話框。4．在阻尼定義對話框中的Massmatrixmultiplier(質(zhì)量矩陣系數(shù))文本框中輸入“8”，指定本實(shí)例結(jié)構(gòu)的質(zhì)量阻尼系數(shù)為8，如圖所示?！?4.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷步選項(xiàng)并求解_施加第一個(gè)載荷步并將其輸出在瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析中，第一個(gè)載荷步主要是定義結(jié)構(gòu)模型的初始條件。本實(shí)例中梁的支撐形式是簡支的，所以需要定義梁的兩個(gè)端點(diǎn)的位移約束，并指定集中質(zhì)量的初始作用力為0。然后將載荷步輸出成第一個(gè)載荷步文件，以便后面求解之用。下面講解具體的操作過程。1．選取菜單路徑MainMenu|Solution|DefineLoads|Apply|Structural|Displacement|OnNodes，將會(huì)彈出ApplyU,ROTonNodes拾取對話框。2．在ANSYS圖形輸出窗口中單擊節(jié)點(diǎn)1，并在拾取對話框中單擊Apply按鈕。將彈出ApplyU,ROTonNodes(在節(jié)點(diǎn)上施加位移約束)對話框。3．在對話框中的DOFStobeconstrained(被約束的自由度)列表框中的“UY”上單擊一次使其高亮度顯示。其他選項(xiàng)保持缺省(缺省情況下位移約束值為0)，單擊對話框中的Apply按鈕，關(guān)閉ApplyU,ROTonNodes(在節(jié)點(diǎn)上施加位移約束)對話框，完成對節(jié)點(diǎn)一的約束。拾取對話框?qū)⒃俅螐棾觥?．在圖形輸出窗口中單擊節(jié)點(diǎn)3，然后在拾取對話框中單擊OK按鈕，關(guān)閉對話框。將再次彈出ApplyU,ROTonNodes(在節(jié)點(diǎn)上施加位移約束)對話框?！?4.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷步選項(xiàng)并求解_施加第一個(gè)載荷步并將其輸出5．在對話框中的DOFStobeconstrained(被約束的自由度)列表框中，單擊X向位移“UX”一次使其高亮度顯示，同時(shí)“UY”應(yīng)當(dāng)保持為選中狀態(tài)。其他選項(xiàng)保持缺省(缺省情況下位移約束值為0)。單擊OK按鈕，關(guān)閉對話框。完成對梁的位移自由度約束的定義。6．施加力載荷。選取菜單路徑MainMenu|Solution|DefineLoads|Apply|Structural|Force/Moment|OnNodes，將會(huì)彈出ApplyF/MonNodes拾取對話框。7．在圖形輸出窗口中，單擊節(jié)點(diǎn)2。然后，單擊拾取對話框中的OK按鈕，將彈出ApplyF/MonNodes(在節(jié)點(diǎn)上施加力/力矩載荷)對話框，如圖所示。8．在對話框中的directionofforce/moment(力/力矩的方向)滾動(dòng)框中的“FY”上單擊一次，選定它。保持其余設(shè)置為缺省值，即初始力載荷為0。單擊對話框中的OK按鈕，關(guān)閉對話框，完成對集中質(zhì)量所受的初始載荷的定義。在圖形窗口中將會(huì)顯示定義的位移和力初始條件情況，如圖所示?！?4.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷步選項(xiàng)并求解_施加第一個(gè)載荷步并將其輸出9．選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|OutputCtrls|DB/ResultsFile，將彈出ControlsforDatabaseandResultsFileWriting(數(shù)據(jù)庫和結(jié)果文件寫入控制)對話框，如圖所示。10．單擊對話框中的單選按鈕“Everysubstep”，指定將所有子步的結(jié)果都寫入結(jié)果文件和數(shù)據(jù)庫文件，其他設(shè)置保持缺省值。單擊對話框中的OK按鈕，關(guān)閉對話框，完成輸出控制設(shè)置。11．載荷步輸出。選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|WriteLSFile，將彈出WriteLoadStepFile(載荷步輸出)對話框，如圖所示。12．在對話框中的Loadstepfilenumbern(載荷步文件序號(hào))文本框中輸入“1”，指定為第一個(gè)載荷步。單擊對話框中的OK按鈕關(guān)閉對話框。ANSYS程序?qū)⒃谌笔〉奈募窂较律奢d荷步文件CH14.s01。其中包括了第一載荷步中定義的所有位移和力邊界條件，以及所有求解和結(jié)果輸出選項(xiàng)設(shè)置，在后面進(jìn)行求解時(shí)程序?qū)⒏鶕?jù)輸出的載荷步文件中的設(shè)置進(jìn)行求解。§14.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷步選項(xiàng)并求解_施加第二個(gè)載荷步并輸出本實(shí)例中的第二個(gè)載荷步按照問題的描述應(yīng)該是作用于集中質(zhì)量上的力載荷從零到最大值的增加過程，在定義時(shí)按照要求的時(shí)間將載荷加上就行。然后將載荷步輸出成第二個(gè)載荷步文件，以便后面求解之用。下面講解具體的操作過程。1．選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|Time/Frequenc|Time-TimeStep，將彈出TimeandTimeStepOptions(時(shí)間和時(shí)間步選項(xiàng))對話框，如圖所示。2．在對話框中的Timeatendofloadstep(載荷步結(jié)束時(shí)間)文本框中輸入“0.075”，指定第二載荷步的結(jié)束時(shí)間為0.075秒，即集中質(zhì)量所受的力在0.075秒達(dá)到最大。其余設(shè)置保持缺省值不變。單擊對話框中的OK按鈕關(guān)閉對話框，完成時(shí)間步的設(shè)置。3．選取菜單路徑MainMenu|Solution|DefineLoads|Apply|Structural|Force/Moment|OnNodes，將會(huì)彈出ApplyF/MonNodes拾取對話框。4．在圖形輸出窗口中，單擊節(jié)點(diǎn)2。然后單擊拾取對話框中的OK按鈕，將彈出ApplyF/MonNodes(在節(jié)點(diǎn)上施加力/力矩載荷)對話框，如圖所示?！?4.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷步選項(xiàng)并求解_施加第二個(gè)載荷步并輸出5．在對話框中的Force/momentvalue(力/力矩值)文本框中輸入“20”，指定施加的作用力的大小為20N。保持其余值為缺省(即：directionofforce/moment(力/力矩的方向)滾動(dòng)框中為“FY”)。單擊對話框中的OK按鈕，關(guān)閉對話框，完成對集中質(zhì)量所受的初始載荷的定義。6．載荷步輸出。選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|WriteLSFile，將彈出載荷步輸出對話框。在對話框中的Loadstepfilenumbern(載荷步文件序號(hào))文本框中輸入“2”，指定為第二個(gè)載荷步。單擊對話框中的OK按鈕關(guān)閉對話框。ANSYS程序?qū)⒃谌笔〉奈募窂较律奢d荷步文件CH14.s02?！?4.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷步選項(xiàng)并求解_施加第三個(gè)載荷步并輸出本實(shí)例中的第三個(gè)載荷步按照問題的描述應(yīng)該是作用于集中質(zhì)量上的力載荷在最大值保持的情況。由于所加的載荷值和第二載荷步相同，所以只需重新定義載荷步時(shí)間就可以了，不必再重新施加載荷值(ANSYS會(huì)自動(dòng)保持上次施加的結(jié)果)。在定義時(shí)按照要求的時(shí)間將載荷加上就行。然后將載荷步輸出成第三個(gè)載荷步文件，以便后面求解之用。下面講解具體的操作過程。1．選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|Time/Frequenc|Time-TimeStep，將彈出TimeandTimeStepOptions(時(shí)間和時(shí)間步選項(xiàng))對話框。2．在對話框中的Timeatendofloadstep(載荷步結(jié)束時(shí)間)文本框中輸入“1”，指定第三載荷步的結(jié)束時(shí)間為1秒，即集中質(zhì)量所受的力保持在最大值20N。單擊對話框中的OK按鈕關(guān)閉對話框，完成時(shí)間步的設(shè)置。3．載荷步輸出。選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|WriteLSFile，將彈出載荷步輸出對話框。在對話框中的Loadstepfilenumbern(載荷步文件序號(hào))文本框中輸入“3”，指定為第三個(gè)載荷步。單擊對話框中的OK按鈕關(guān)閉對話框。ANSYS程序?qū)⒃谌笔〉奈募窂较律奢d荷步文件CH14.s03。§14.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷步選項(xiàng)并求解_進(jìn)行求解上面已經(jīng)完成了本實(shí)例需要的邊界條件和載荷的定義，以及分析選項(xiàng)、載荷步和結(jié)果輸出選項(xiàng)的設(shè)置，并將定義的三個(gè)載荷步分別寫出成載荷步文件。這里就可以一次性對定義的三個(gè)載荷步進(jìn)行求解，完成梁－集中質(zhì)量結(jié)構(gòu)在有限上升的恒定載荷作用下的瞬態(tài)動(dòng)力分析。具體操作過程如下。1．選擇菜單路徑MainMenu|Solution|FromLSFiles，將彈出SolveLoadStepFiles(求解載荷步文件)對話框，如圖所示。2．在對話框中的StartingLSfilenumber(開始載荷步文件序號(hào))文本框中輸入“1”，在EndingLSfilenumber(結(jié)束載荷步文件序號(hào))文本框中輸入“3”，指定求解的是載荷步文件1～3。單擊對話框中的OK按鈕關(guān)閉對話框，ANSYS將對指定的載荷步文件進(jìn)行求解。3．根據(jù)求解問題所劃分單元和節(jié)點(diǎn)的多少，ANSYS將會(huì)花一定的時(shí)間對問題進(jìn)行求解。在求解中間會(huì)出現(xiàn)警告信息，不用理會(huì)，并不影響求解的進(jìn)行。當(dāng)求解完時(shí)，ANSYS將彈出Solutionisdone!(求解完成提示)對話框，單擊Close按鈕，完成梁－集中質(zhì)量系統(tǒng)的瞬態(tài)動(dòng)力分析。4．選取菜單MainMenu|Finish，完成模態(tài)分析求解過程，關(guān)閉Solution菜單。5．單擊ANSYS工具條上的SAVE_DB按鈕，對已完成的操作進(jìn)行存盤?！?4.4觀察分析結(jié)果上面完成了縮減法瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析，下面將進(jìn)行結(jié)果的觀察分析。對于縮減法瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的結(jié)果在沒有進(jìn)行擴(kuò)展之前，只能用時(shí)間－歷程后處理器(POST26)對沒有擴(kuò)展的結(jié)果進(jìn)行觀察。如果對某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的所有自由度處的完整的位移、應(yīng)力和力感興趣的話，必須對這個(gè)時(shí)刻的結(jié)果進(jìn)行擴(kuò)展處理。擴(kuò)展處理之后就可以利用通用后處理器(POST1)對某一時(shí)刻整個(gè)模型上所有節(jié)點(diǎn)的結(jié)果進(jìn)行觀察。利用POST26觀察縮減法結(jié)果擴(kuò)展處理利用POST1觀察結(jié)果§14.4觀察分析結(jié)果利用POST26觀察縮減法結(jié)果首先，通過時(shí)間－歷程后處理器(POST26)對縮減法瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果進(jìn)行觀察分析，查看集中質(zhì)量所在的節(jié)點(diǎn)2位移隨時(shí)間變化的規(guī)律，并確定其響應(yīng)達(dá)最大值時(shí)對應(yīng)的時(shí)間，以便在后面對該時(shí)間點(diǎn)的結(jié)果進(jìn)行擴(kuò)展。1．選取菜單路徑MainMenu|TimeHistPostpro，將彈出TimeHistoryVariable對話框。2．單擊對話框中的按鈕，關(guān)閉對話框。這樣時(shí)間－歷程后處理器中的變量瀏覽器也將不再打開，如果讀者需要的話可通過路徑MainMenu|TimeHistPostpro|VariableViewer將其打開。3．選擇菜單路徑MainMenu|TimeHistPostpro|Settings|File，將彈出FileSetting(文件設(shè)置)對話框，如圖所示。4．在對話框中單擊Broese按鈕，將彈出指定結(jié)果文件的對話框，在對話框中的文件列表中選擇文件CH14.rdsp，單擊打開按鈕關(guān)閉對話框。在FileSetting(文件設(shè)置)對話框中的Filecontainingdata(包含數(shù)據(jù)的文件)文本框中將出現(xiàn)“CH14.rdsp”。然后單擊對話框中的OK按鈕關(guān)閉對話框?！?4.4觀察分析結(jié)果利用POST26觀察縮減法結(jié)果5．選擇菜單路徑MainMenu|TimeHistPostpro|DefineVariables，將彈出DefinedTime-HistoryVariables(定義時(shí)間－歷程變量)對話框，如圖所示。6．單擊對話框中的Add按鈕，將彈出AddTime-HistoryVariables(添加時(shí)間歷程變量)對話框，如圖所示。7．單擊對話框中的NodalDOFresults(節(jié)點(diǎn)位移結(jié)果)單選按鈕，指定變量類型為節(jié)點(diǎn)位移結(jié)果，然后單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。ANSYS6.1將彈出DefineNodalData(定義節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù))拾取對話框，在圖形輸出窗口中單擊節(jié)點(diǎn)2，然后單擊拾取對話框中的OK按鈕。將彈出DefineNodalData(定義節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù))對話框，如圖所示。8．在對話框中的User-specifiedlabel(用戶指定標(biāo)簽)文本框中輸入“NOSL”,單擊CompDataitem(數(shù)據(jù)項(xiàng)目選項(xiàng))右邊列表框中的“TranslationUY”，指定為沿Y方向的位移為變量。單擊OK按鈕關(guān)閉對話框，在定義時(shí)間歷程變量對話框中將會(huì)出現(xiàn)定義的變量。單擊Close按鈕關(guān)閉該對話框，完成變量的定義?！?4.4觀察分析結(jié)果利用POST26觀察縮減法結(jié)果9．選擇菜單路徑MainMenu|TimeHistPostpro|GraphVariables。將彈出GraphTime-HistoryVariables(繪制時(shí)間－歷程變量曲線)對話框，如圖所示。10．在對話框中1stvariabletograph(要繪制曲線的第一個(gè)變量)文本框中輸入“2”，指定剛定義的節(jié)點(diǎn)2的Y方向的位移為繪圖對象，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。在ANSYS圖形輸出窗口中將會(huì)繪制出相應(yīng)的位移－時(shí)間曲線，如圖所示。從顯示的曲線可以看出節(jié)點(diǎn)2在0.092秒時(shí)達(dá)到最大響應(yīng)值。然后，由于所施加的載荷保持恒定，節(jié)點(diǎn)2將在某一平衡位置附近振動(dòng)。但由于有阻尼的作用振動(dòng)幅值將越來越小，最后將穩(wěn)定在這個(gè)平衡位置上。后面將對0.092秒時(shí)刻的結(jié)果進(jìn)行擴(kuò)展處理，來觀察最大響應(yīng)時(shí)刻的所有節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的響應(yīng)情況。§14.4觀察分析結(jié)果利用POST26觀察縮減法結(jié)果11．選取菜單路徑MainMenu|TimeHistPostpro|ListVariables，將會(huì)彈出ListTime-HistoryVariables(對時(shí)間歷程變量列表)對話框，如圖所示。12．在對話框中的1stvariabletolist(要列表的第一個(gè)變量)文本框中輸入“2”，指定變量2為列表對象，單擊對話框中的OK按鈕關(guān)閉對話框。將會(huì)彈出變量2的PRVARCommand(信息列表)窗口，如圖所示。13．檢查狀態(tài)窗口中的信息，然后選擇窗口中的菜單路徑UtilityMenu|File|Close，關(guān)閉狀態(tài)窗口。§14.4觀察分析結(jié)果擴(kuò)展處理對于縮減法瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果，如果想要觀察某時(shí)刻所有節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)情況，必須對該時(shí)刻的結(jié)果進(jìn)行擴(kuò)展處理。下面將進(jìn)行擴(kuò)展處理的具體操作。1．選取菜單路徑MainMenu|Solution|AnalysisType|ExpansionPass，將會(huì)彈出ExpansionPass(擴(kuò)展處理)對話框，如圖所示。2．單擊對話框中的Expansionpass(擴(kuò)展處理)單選框，使其變?yōu)椤癘n”，指定進(jìn)行擴(kuò)展處理。然后單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。3．選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|ExpansionPass|SingleExpand|ByTime/FreqStep，將彈出ExpandSingleSolutionbyTime/Frequency(根據(jù)時(shí)間擴(kuò)展單個(gè)解)對話框，如圖所示。4．在對話框中的Time-point/Frequency(時(shí)間點(diǎn))文本框中輸入“0.092”，因?yàn)閺那懊娴慕Y(jié)果知道在0.092秒時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)達(dá)最大。因此將對該時(shí)刻的結(jié)果進(jìn)行擴(kuò)展處理，來觀察該時(shí)刻時(shí)所有節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)情況。其余設(shè)置保持缺省，即求解單元結(jié)果。單擊OK按鈕關(guān)閉對話框?！?4.4觀察分析結(jié)果擴(kuò)展處理5．選取菜單路徑MainMenu|Solution|Solve|CurrentLS，將彈出/STATUSCommand(求解命令狀態(tài))輸出窗口和SolveCurrentLoadStep(求解當(dāng)前載荷步)對話框(圖略)。6．仔細(xì)檢查求解命令狀態(tài)輸出窗口中列出的命令情況，看指定的分析類型、載荷步選項(xiàng)，結(jié)果輸出選項(xiàng)等是否跟要求的一致。如果符合分析要求，進(jìn)行下一步操作。如果有不符合要求的地方，則放棄本次分析，回到相應(yīng)菜單對其進(jìn)行修改。選取菜單路徑UtilityMenu|File|Close關(guān)閉窗口。7．單擊SolveCurrentLoadStep(求解當(dāng)前載荷步)對話框中的OK按鈕，進(jìn)行擴(kuò)展處理求解。8．根據(jù)求解問題所劃分單元和節(jié)點(diǎn)的多少，ANSYS將會(huì)花一定的時(shí)間對問題進(jìn)行求解。當(dāng)求解完時(shí)，ANSYS將彈出求解完成提示“Solutionisdone”對話框，單擊Close按鈕，結(jié)束分析?！?4.4觀察分析結(jié)果利用POST1觀察結(jié)果在完成了對0.092秒時(shí)的結(jié)果擴(kuò)展處理之后，就可以利用通用后處理器(POST1)觀察求解整個(gè)系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)在該時(shí)刻的響應(yīng)情況了。對于梁單元中的應(yīng)力必須通過定義變量表來觀察和列表結(jié)果，所以必須定義數(shù)據(jù)表。下面進(jìn)行通用后處理操作的詳細(xì)講解。1．選取菜單路徑MainMenu|GeneralPostproc|ReadResults|FirstSet，選定求解的第一個(gè)子步結(jié)果。然后選取菜單路徑MainMenu|GeneralPostproc|PlotResults|DeformedShope，將彈出PlotDeformedShape(繪制變形圖)對話框。2．單擊對話框中的繪圖項(xiàng)目中的Def+undeformed(變形和未變形)單選按鈕，然后單擊OK按鈕關(guān)閉對話框，ANSYS將在圖形輸出窗口中繪制出，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在0.092秒時(shí)的總的變形圖，如圖所示。從圖中可以看出系統(tǒng)的最大響應(yīng)點(diǎn)在集中質(zhì)量點(diǎn)處，其最大值為DMX＝0.297107mm?！?4.4觀察分析結(jié)果利用POST1觀察結(jié)果3．查看定義BEAM3的單元表所用的項(xiàng)目名稱以及對應(yīng)的序列號(hào)。對于每一種單元類型ANSYS都提供了表示其特征的項(xiàng)目以及相對應(yīng)的序列號(hào)，所以在定義單元表之前需要查看需要定義的單元類型中要定義表的項(xiàng)目的名稱以及其對應(yīng)的序號(hào)。通過路徑UtilityMenu|HelpTopic打開ANSYS提供的幫助窗口，如圖所示。4．在幫助窗口中的目錄選項(xiàng)卡下選擇菜單路徑ANSYSDocumentation|ANSYSElementReference|ElementLibrary|BEAM3，在窗口的右邊將顯示出梁單元BEAM3的屬性。通過滾動(dòng)條移動(dòng)窗口中的內(nèi)容到如圖所示的地方，可以看出最大彎曲應(yīng)力對應(yīng)的項(xiàng)目名為“NMISC”，相應(yīng)的序號(hào)為1、3。將幫助窗口最小化，重新進(jìn)入ANSYS主窗口。5．選擇菜單路徑MainMenu|GeneralPostproc|ElementTable|DefineTable，將彈出ElementTableData(定義單元表)對話框，如圖所示?！?4.4觀察分析結(jié)果利用POST1觀察結(jié)果6．單擊對話框中的Add按鈕添加定義的數(shù)據(jù)，將彈出DefineAdditionalElementTableItems(定義附加單元表)對話框，如圖所示。7．根據(jù)前面查得的單元BEAM3的屬性來進(jìn)行單元表的定義。在用戶指定標(biāo)簽(Userlabelfor