《有限元分析技術(shù)》課件-第九章 動力學(xué)分析

9.1概述 9.2動力學(xué)分析 9.3動力學(xué)分析的阻尼 9.4動力學(xué)分析的類型 9.5模態(tài)分析 9.6模態(tài)分析案例 9.7有預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析案例9.8諧響應(yīng)分析9.9底座架諧響應(yīng)分析案例 9.10瞬態(tài)動力學(xué)分析 9.11瞬態(tài)動力學(xué)分析案例 9.12結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析 9.12.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概述 9.12.2Workbench結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析簡介 9.12.3Workbench結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析 9.13優(yōu)化分析案例——響應(yīng)曲面優(yōu)化分析9.1概述動力學(xué)分析是用來確定慣性和阻尼起重要作用時結(jié)構(gòu)的動力學(xué)行為的技術(shù)，典型的動力學(xué)行為有結(jié)構(gòu)的振動特性，如結(jié)構(gòu)的振動和自振頻率、載荷隨時間變化的效應(yīng)或交變載荷激勵效應(yīng)等。動力學(xué)分析可以模擬的物理現(xiàn)象包括：振動沖擊、交變載荷、地震載荷、隨機載荷等。9.2動?力?學(xué)?分?析在結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析中，著重研究力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型。建模方法很多，一般可分為正問題建模方法和反問題建模方法。正問題建模方法所建立的模型稱為分析模型。在正問題建模方法中，對所研究的結(jié)構(gòu)有足夠的了解，這種系統(tǒng)稱為白箱系統(tǒng)。我們可以把一個實際系統(tǒng)分為若干個元素或元件，對每個元素或元件直接應(yīng)用力學(xué)原理建立方程，再考慮幾何約束條件綜合建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。如果所取的元素是一個無限小的單元，則建立的是連續(xù)模型；如果是有限的單元或元件，則建立的是離散模型。這是傳統(tǒng)的建模方法，也稱為理論建模方法。反問題建模方法適用于對系統(tǒng)了解或不完全了解的情況，它必須對系統(tǒng)進行動力學(xué)實驗，利用系統(tǒng)的輸入和輸出數(shù)據(jù)，然后根據(jù)一定的準(zhǔn)則建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，這種方法稱為實驗建模方法，所建立的模型稱為統(tǒng)計模型。在動力平衡方程中，為了方便起見，一般將慣性力一項隔離出來，單獨列出，因此通常表達式為式中，M為質(zhì)量矩陣，通常是一個不隨時間改變的常量；I和P是與位移和速度有關(guān)的向量，而與時間的高階導(dǎo)數(shù)無關(guān)；是有限元分割體的加速度向量。

(9-1)因此系統(tǒng)是一個關(guān)于時間二階導(dǎo)數(shù)的平衡系統(tǒng)，而阻尼和耗能的影響將在I和P中體現(xiàn)?？梢远x：如果其中的剛度矩陣K和阻尼矩陣C為常數(shù)，那么系統(tǒng)的求解將是一個線性問題；否則將需要求解非線性系統(tǒng)?？梢?，線性動力問題的前提是假設(shè)I與節(jié)點位移和速度線性相關(guān)。將式(9-2)代入式(9-1)中，則有式中，是有限元分割體的速度向量。上述平衡方程是動力學(xué)中最一般的通用表達式，它適合于描述任何力學(xué)系統(tǒng)的特征，并且包含了所有可能的非線性影響。求解上述動力問題需要對運動方程在時域內(nèi)積分，空間有限元的離散化可以把空間和時間上的偏微分基本控制方程組在某一時間上轉(zhuǎn)化為一組耦合的、非線性的、普通微分方程組。(9-2)(9-3)線性動力問題是建立在結(jié)構(gòu)內(nèi)各點的運動和變形足夠小的假設(shè)基礎(chǔ)之上的，能夠滿足線性疊加原理，且系統(tǒng)的各階頻率都是常數(shù)。因此結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的響應(yīng)可以由每個特征向量的線性疊加而得到，通常所說的模態(tài)疊加法由此而來。在靜力分析中，結(jié)構(gòu)響應(yīng)與施加在結(jié)構(gòu)上的載荷和邊界條件有關(guān)，使用有限元方法可以求解得到應(yīng)力、應(yīng)變和位移在空間上的分布規(guī)律；在動力分析中，結(jié)構(gòu)響應(yīng)不但與載荷和邊界條件有關(guān)，還和結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)有關(guān)，在時域的任何一點上都可以使用有限元方法求解空間上的應(yīng)力、應(yīng)變和位移，然后可以使用一些數(shù)值積分技術(shù)來求解得到時域中各個點上的響應(yīng)。某特定系統(tǒng)動力分析方法的選擇在很大程度上依賴于是否需要詳細(xì)考慮非線性的影響。如果系統(tǒng)是線性的，或者系統(tǒng)能夠被合理地線性化，則最好選用模態(tài)分析的方法。因為程序?qū)€性問題分析的效率較高，而且同時在頻域和時域范圍內(nèi)求解將更有利于洞察系統(tǒng)的動力特性。對于多自由度系統(tǒng)，如果考慮黏性阻尼，則其受迫振動的微分方程為解此運動方程一般有兩類方法：一類是直接積分法，就是按時間歷程對上述微分方程直接進行數(shù)值積分，即數(shù)值解法；另一類解法就是模態(tài)（振型）疊加法。若已解出系統(tǒng)的各階固有頻率ω1，ω2，…，ωn和各階主振型(模態(tài))1，2，…，n，并有

i={a1i，a2i，…，ani}T則由主振型的正交性可知，主振型是線性無關(guān)的。設(shè)有常數(shù)ξ1，ξ2，…，ξn，使式(9-6)兩端左乘

有

(9-4)(9-5)=?0

(9-6)=?0

(9-7)注意到主振型關(guān)于質(zhì)量陣的正交性：，代入式(9-7)，可推出，這就證明了線性無關(guān)。于是，由線性代數(shù)理論知向量構(gòu)成了n維空間的一組向量基，因此對于n個自由度系統(tǒng)的任何振動形式(相當(dāng)于任何一個n維矢量)，都可以表示為n個正交的主振型的線性組合，即、式中，

為振型阻尼參數(shù)。式(9-8)寫成矩陣的形式為式(9-9)就是展開定理。用模態(tài)(振型)疊加法求系統(tǒng)響應(yīng)就是建立在展開定理的基礎(chǔ)上。在實際問題的應(yīng)用中，應(yīng)注意的是系統(tǒng)自由度太多，而高階模態(tài)的影響通常又很小，所以應(yīng)用時在滿足工程精度的前提下，只取低階模態(tài)(N?<<?n)作為向量基，而將高階模態(tài)截斷。(9-8)(9-9)根據(jù)展開定理，對方程(9-4)實行坐標(biāo)變換，再對方程的兩邊乘以模態(tài)矩陣的轉(zhuǎn)置

，得若系統(tǒng)為比例阻尼，f?(t)為系統(tǒng)隨時間t衰減的阻尼方程，則可利用正交條件使上述方程變?yōu)橐幌盗邢嗷オ毩⒌姆匠探M：式中，

、

和

都是對角矩陣，它們的對角線元素分別如下：(9-10)(9-11)(9-12)其廣義力為這樣方程組(9-11)可寫為這是n個相互獨立的單自由度系統(tǒng)的運動方程，每一個方程都可以按自由度系統(tǒng)的振動理論去求解。如果

為任意激振力，則對于零初始條件的系統(tǒng)可以借助于杜哈梅積分公式求出響應(yīng)，即式中，

為單位脈沖響應(yīng)函數(shù)。如果

為簡諧激勵，即(9-13)(9-14)(9-15)(9-16)則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為將式(9-17)代入式(9-14)，可解得或(9-17)(9-18)(9-19)式中，

。在主坐標(biāo)?

解出之后，應(yīng)返回到原廣義坐標(biāo)

上，利用式(9-9)和式(9-19)得式(9-20)表示了多自由度系統(tǒng)在簡諧激振力f作用下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。從中可以看出激振響應(yīng)除了與激振力f有關(guān)外，還與系統(tǒng)各階主模態(tài)及表征系統(tǒng)動態(tài)特性的各個參數(shù)有關(guān)。通過以上的內(nèi)容可以看出，在以模態(tài)理論為基礎(chǔ)的各種分析過程中，必須首先進行模態(tài)分析，提取結(jié)構(gòu)的自然頻率。自由振動方程在數(shù)學(xué)上講就是固有值方程。特征值方程的解不僅給出了特征值，即結(jié)構(gòu)的自振頻率和特征矢量——振型或模態(tài)，而且還能使結(jié)構(gòu)在動力載荷作用下的運動方程解耦，即所謂的振型分解法或叫振型疊加法。(9-20)特征值或特征頻率的提取是建立在一個無阻尼自由振動系統(tǒng)上的，即振動方程中沒有阻尼項的影響：特征值和結(jié)構(gòu)振動模態(tài)描述了結(jié)構(gòu)在自由振動下的振動特點和頻率特征。通過使用振型分解法解得振型和頻率，能夠很容易地求得任何線性結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。在結(jié)構(gòu)動態(tài)分析中，響應(yīng)通常與低階響應(yīng)有關(guān)。在實際問題中，只需要考慮前面幾個振型就能獲得相當(dāng)精度的解。對于只有幾個自由度的力學(xué)模型，只需要考慮一個或兩個自由度就能求得動力響應(yīng)的近似解；而對于具有幾百個甚至上千個自由度的高度復(fù)雜有限元模型，就需要考慮數(shù)十個甚至上百個振型對響應(yīng)的影響。9.3動力學(xué)分析的阻尼結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析的阻尼是振動能量耗散的機制，可以使振動最終停止下來，阻尼大小取決于材料、運動速度和振動頻率。阻尼參數(shù)在運動方程式(9-1)中由阻尼矩陣[C]描述，阻尼力與運動速度成比例。動力學(xué)中常用的阻尼形式有阻尼比、α阻尼和β阻尼，其中α阻尼和β阻尼統(tǒng)稱為瑞利阻尼(Rayleigh阻尼)。(1)阻尼比ε：阻尼系數(shù)與臨界阻尼系數(shù)之比。臨界阻尼定義為出現(xiàn)振蕩與非振蕩行為之間的臨界點的阻尼值，此時阻尼比ε?=?1.0，對于單自由度系統(tǒng)彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，質(zhì)量為m，頻率為ω，則臨界阻尼C?=?2mω。(2)瑞利阻尼(Rayleigh阻尼)：包括α阻尼和β阻尼。如果質(zhì)量矩陣為[M]，剛度矩陣為[K]，則瑞利阻尼矩陣為[C]?=?α[M]?+β[K]，所以α阻尼和β阻尼分別被稱為質(zhì)量阻尼和剛度阻尼。阻尼比與瑞利阻尼之間的關(guān)系為從此公式可以看出，質(zhì)量阻尼過濾低頻部分(頻率越低，阻尼越大)，而剛度阻尼則過濾高頻部分(頻率越高，阻尼越大)。運用關(guān)系式

，指定兩個頻率ωi和ωj對應(yīng)的阻尼比εi和εj，則可以計算出α阻尼和β阻尼為阻尼值量級：以α阻尼為例，α?=?0.5為很小的阻尼，α?=?2.5為顯著的阻尼，α?=?5～10為非常顯著的阻尼，α?>?10為很大的阻尼，不同阻尼情況下結(jié)構(gòu)的變形可能會有較明顯的差異。9.4動力學(xué)分析的類型ANSYS程序可以分析大型三維柔體運動。結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析用來求解隨時間變化的載荷對結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動力分析要考慮隨時間變化的力載荷以及它對阻尼和慣性的影響。結(jié)構(gòu)動力分析研究結(jié)構(gòu)在動荷載作用的響應(yīng)，以確定結(jié)構(gòu)的承載能力和動力特性等。ANSYS動力分析的類型主要有以下幾種：1.模態(tài)分析用模態(tài)分析可以確定設(shè)計中的結(jié)構(gòu)或機器部件的振動特性，也可以作為其他更詳細(xì)的動力學(xué)分析的起點，例如瞬態(tài)動力學(xué)分析、諧響應(yīng)分析、譜分析。用模態(tài)分析可以確定一個結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型。固有頻率和振型是承受動態(tài)荷載結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要參數(shù)。如果要進行譜分析或模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析或瞬態(tài)動力學(xué)分析，固有頻率和振型也是必要的。ANSYS的模態(tài)分析是線性分析，其對任何非線性特性即使定義了也將忽略。模態(tài)分析可進行有預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析、大變形靜力分析后有預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析、循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析、有預(yù)應(yīng)力的循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析、無阻尼和有阻尼結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析。模態(tài)分析中模態(tài)的提取方法有七種，即分塊蘭索斯法、子空間迭代法、縮減法、PowerDynamics法、非對稱法、阻尼法、QR阻尼法，缺省時采用分塊蘭索斯法。2.諧響應(yīng)分析任何持續(xù)的周期荷載將在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生持續(xù)的周期響應(yīng)。諧響應(yīng)分析使設(shè)計人員能預(yù)測結(jié)構(gòu)的持續(xù)動力特性，從而能夠驗證其設(shè)計能否成功地克服共振、疲勞及其他受迫振動引起的有害效果。諧響應(yīng)分析是用于確定線性結(jié)構(gòu)在承受隨時間按正弦規(guī)律變化的荷載時的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的一種技術(shù)。分析的目的是計算出結(jié)構(gòu)在幾種頻率下的響應(yīng)并得到一些響應(yīng)值對頻率的曲線。從這些曲線上可以找到“峰值”響應(yīng)，并進一步觀察頻率對應(yīng)的應(yīng)力。這種分析技術(shù)只計算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)受迫振動。發(fā)生在激勵開始時的瞬態(tài)振動不在諧響應(yīng)分析中考慮。諧響應(yīng)分析是一種線性分析。任何非線性特性，如塑性和接觸單元，即使被定義了也將被忽略，但在分析中可以包含非對稱系統(tǒng)矩陣，如分析流體-結(jié)構(gòu)相互作用問題。諧響應(yīng)分析同樣也可以分析有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，如小提琴的弦。諧響應(yīng)分析可以采用完全法、縮減法和模態(tài)疊加法三種方法。3.瞬態(tài)動力學(xué)分析瞬態(tài)動力學(xué)分析是用于確定承受任意的隨時間變化的荷載的結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)的一種方法?？梢杂盟矐B(tài)動力學(xué)分析確定結(jié)構(gòu)在靜荷載、瞬態(tài)荷載和簡諧荷載的隨意組合下隨時間變化的位移、應(yīng)變、應(yīng)力及力。荷載和時間的相關(guān)性使得慣性力和阻尼力作用比較重要，如果慣性力和阻尼力不重要，就可以用靜力學(xué)分析代替瞬態(tài)動力學(xué)分析。瞬態(tài)動力學(xué)分析可采用三種方法：完全法、縮減法和模態(tài)疊加法。完全法采用完整的系統(tǒng)矩陣計算瞬態(tài)響應(yīng)，在三種方法中功能最強，可包括各類非線性特性。縮減法通過采用主自由度和縮減矩陣而壓縮問題規(guī)模，在主自由度的位移計算出來后，再將解擴展到原有的完整自由度集上。主自由度通常是節(jié)點個數(shù)的2倍。模態(tài)疊加法通過由模態(tài)分析得到的振型乘上因子并求和來計算結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。4.譜分析譜分析是一種將模態(tài)分析的結(jié)構(gòu)與一個已知的譜聯(lián)系起來計算模型的位移和應(yīng)力的分析技術(shù)。它主要應(yīng)用于時間歷程分析，以便確定結(jié)構(gòu)對隨機荷載或隨時間變化的荷載(如地震、風(fēng)載、海洋波浪、噴氣發(fā)動機推力、火箭發(fā)動機振動等)的動力響應(yīng)情況。所謂譜，就是譜值與頻率的關(guān)系圖，它反映出時間歷程荷載的強度和頻率。譜分析有三種形式：響應(yīng)譜分析方法、動力設(shè)計分析方法、功率譜密度方法。只有線性行為在譜分析中才是有效的，任何非線性單元均作為線性處理。如果含有接觸單元，則其剛度始終是初始剛度；必須定義材料彈性模量和密度，材料的任何非線性將被忽略，但允許材料特性是線性、各向同性或各向異性以及隨溫度變化或不隨溫度變化。9.5模態(tài)分析1.模態(tài)分析簡介模態(tài)分析是計算結(jié)構(gòu)振動特性的數(shù)值技術(shù)，結(jié)構(gòu)振動特性包括固有頻率和振型。模態(tài)分析是最基本的動力學(xué)分析，也是其他動力學(xué)分析的基礎(chǔ)，如諧響應(yīng)分析、隨機振動分析等都需要在模態(tài)分析的基礎(chǔ)上進行。模態(tài)分析是最簡單的動力學(xué)分析，但有非常廣泛的實用價值。模態(tài)分析可以幫助設(shè)計人員確定結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，從而使結(jié)構(gòu)設(shè)計避免共振，并指導(dǎo)工程師預(yù)測出不同載荷作用下結(jié)構(gòu)的振動形式。此外，模態(tài)分析還有助于估算其他動力學(xué)分析參數(shù)。例如，瞬態(tài)動力學(xué)分析中為了保證動力響應(yīng)的計算精度，通常要求在結(jié)構(gòu)的一個自振周期有不少于25個計算點，模態(tài)分析可以確定結(jié)構(gòu)的自振周期，從而幫助分析人員確定合理的瞬態(tài)分析時間步長。2.模態(tài)分析基礎(chǔ)模態(tài)分析實際上就是進行特征值和特征向量的求解，也稱為模態(tài)提取。模態(tài)分析中材料的彈性模量、泊松比及材料密度是必須定義的。無阻尼模態(tài)分析是經(jīng)典的特征值問題，動力學(xué)問題的運動方程為結(jié)構(gòu)的自由振動為簡諧振動，即位移為正弦函數(shù)：代入式(9-23)得式(9-24)為經(jīng)典的特征值問題，此方程的特征值為

，其開方ωi就是自振圓頻率，自振頻率為特征值ωi對應(yīng)的特征向量{x}i為自振頻率

對應(yīng)的振型。3.預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度的變化，這方面的典型例子是琴弦，我們都有這樣的經(jīng)驗，張緊的琴弦比松弛的琴弦聲音要尖銳，這是因為張緊的琴弦剛度更大，從而導(dǎo)致自振頻率更高的緣故。渦輪葉片在轉(zhuǎn)速很高的情況下，由于離心力產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力的作用，其自振頻率有增大的趨勢，如果轉(zhuǎn)速高到這種變化已經(jīng)不能被忽略的程度，則需要考慮預(yù)應(yīng)力對剛度的影響。預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析用于分析含預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型。雖然預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析和常規(guī)模態(tài)分析類似，但是需要考慮載荷產(chǎn)生的應(yīng)力對結(jié)構(gòu)剛度的影響。9.6模態(tài)分析案例本節(jié)主要介紹ANSYSWorkbench17.0的模態(tài)分析模塊，分析方桿的自振頻率特性，從而熟練掌握ANSYSWorkbench模態(tài)分析的方法及過程。1.啟動Workbench并建立分析項目(1)在Windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→ANSYS17.0→Workbench17.0命令，啟動ANSYSWorkbench17.0，進入主界面。(2)雙擊主界面Toolbox中的AnalysisSystems→Modal選項，即可在ProjectSchematic創(chuàng)建分析項目A，如圖9-1示。圖9-1創(chuàng)建分析項目A圖9-2導(dǎo)入幾何體2.導(dǎo)入創(chuàng)建幾何體(1)在A3欄的Geometry上點擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇ImportGeometry→Browse命令，如圖9-2所示，此時會彈出“打開”對話框。(2)在彈出的“打開”對話框中選擇文件路徑，導(dǎo)入model.stp幾何體文件，如圖9-3所示，此時A3欄Geometry后的變

為

，表示實體模型已經(jīng)存在。圖9-3“打開”對話框(3)雙擊項目A中的A3欄Geometry，此時會進入到DesignModeler界面，在Unit菜單下設(shè)置單位為mm，此時設(shè)計樹中Import1前顯示

?，表示需要生成，圖形窗口中沒有圖形顯示，如圖9-4所示。圖9-4生成前的DesignModeler界面(4)單擊

按鈕，即可顯示生成的幾何體，如圖9-5所示，此時可在幾何體上進行其他的操作，本例無需進行操作。(5)單擊DesignModeler界面右上角的

按鈕，退出DesignModeler，返回到Workbench主界面。圖9-5生成后的DesignModeler界面3.添加材料庫(1)雙擊項目A中的A2欄EngineeringData項，進入如圖9-6所示的材料參數(shù)設(shè)置界面，在該界面下即可進行材料參數(shù)設(shè)置。圖9-6材料參數(shù)設(shè)置界面(2)在界面的空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇EngineeringDataSources，此時的界面會變?yōu)槿鐖D9-7所示的界面。原界面窗口中的OutlineofSchematicB2:EngineeringData消失，替換為EngineeringDataSources及OutlineofFavorites。圖9-7材料參數(shù)設(shè)置界面(4)同步驟(2)，在界面的空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇EngineeringDataSources，返回到初始界面中。(5)根據(jù)實際工程材料的特性，在PropertiesofOutlineRow3:StainlessSteel表中可以修改材料的特性，如圖9-9所示，本案例采用的是默認(rèn)值。(6)單擊工具欄中的Project按鈕，返回到Workbench主界面，材料庫添加完畢。圖9-9材料參數(shù)修改窗口4.添加模型材料屬性(1)雙擊主界面項目管理區(qū)項目A中的A4欄Model項，進入如圖9-10所示的Mechanical界面，在該界面下即可進行網(wǎng)格的劃分、分析設(shè)置、結(jié)果觀察等操作。圖9-10Mechanical界面(2)選擇Mechanical界面左側(cè)Outline中Geometry選項下的1，此時即可在Detailsof“1”中給模型添加材料，如圖9-11所示。(3)單擊參數(shù)列表中Material下Assignment黃色區(qū)域后的，此時會出現(xiàn)剛剛設(shè)置的材料StructuralSteel，選擇即可將其添加到模型中去，此時分析樹Geometry前的??變?yōu)椋鐖D9-12所示，表示材料已經(jīng)添加成功。圖9-11添加材料

圖9-12添加材料后的分析樹5.劃分網(wǎng)格(1)選擇Mechanical界面左側(cè)Outline中的Mesh選項，此時可在Detailsof“Mesh”中修改網(wǎng)格參數(shù)。本案例中在Sizing中ElementSize中設(shè)置為0.1m，其余采用默認(rèn)設(shè)置。(2)在Outline中的Mesh選項單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇GenerateMesh命令，此時會彈出如圖9-13所示的進度顯示條，表示網(wǎng)格正在劃分，當(dāng)網(wǎng)格劃分完成后，進度條自動消失，最終的網(wǎng)格效果如圖9-14所示。圖9-13生成網(wǎng)格圖9-14網(wǎng)格效果6.施加載荷與約束(1)選擇Mechanical界面左側(cè)Outline中的StaticStructural(A5)選項，此時會出現(xiàn)圖9-15所示的Environment工具欄。(2)選擇Environment工具欄中的Supports→FixedSupport命令，此時在分析樹中會出現(xiàn)FixedSupport選項，如圖9-16所示。圖9-15Environment工具欄圖9-16添加固定約束(3)選中FixedSupport，選擇需要施加固定約束的面，單擊Detailsof“FixedSupport”中Geometry選項下的

按鈕，即可在選中面上施加固定約束，如圖9-17所示。圖9-17施加固定約束(4)在Outline中的StaticStructural(A5)選項單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Solve(F5)命令，此時會彈出進度顯示條，表示正在求解，當(dāng)求解完成后進度條自動消失，如圖9-18所示。圖9-18求解7.結(jié)果后處理(1)選擇Mechanical界面左側(cè)Outline中的Solution(A6)選項，此時會出現(xiàn)如圖9-19所示的Solution工具欄。(2)選擇Solution工具欄中的Deformation→Total命令，如圖9-20所示，此時在分析樹中會出現(xiàn)TotalDeformation選項。圖9-19Solution工具欄圖9-20添加總變形選項(3)在Outline中的Solution(A6)選項單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇

EquivalentAllResults命令，如圖9-21所示，此時會彈出進度顯示條，表示正在求解，當(dāng)求解完成后進度條自動消失。圖9-21快捷菜單(4)選擇Outline中Solution(A6)下的TotalDeformation(總變形)，此時會出現(xiàn)如圖9-22所示的方桿一階模態(tài)總變形分析云圖。圖9-22方桿一階模態(tài)總變形分析云圖(5)圖9-23所示為方桿二階變形云圖。圖9-23方桿二階變形云圖(6)圖9-24所示為方桿三階變形云圖。圖9-24方桿三階變形云圖(7)圖9-25所示為方桿四階變形云圖。圖9-25方桿四階變形云圖(8)圖9-26所示為方桿五階變形云圖。圖9-26方桿五階變形云圖(9)圖9-27所示為方桿六階變形云圖。圖9-27方桿六階變形云圖(10)圖9-28所示為方桿前六階模態(tài)頻率，Workbench模態(tài)計算時的默認(rèn)模態(tài)數(shù)量為6。圖9-28方桿前六階模態(tài)頻率(11)選擇Outline中Modal(A5)下的AnalysisSetting，在圖9-29所示的Detailof“AnalysisSetting”下的Options中有MaxModestoFind選項，在此選項中可以修改模態(tài)數(shù)量。

圖9-29修改模態(tài)數(shù)量選項保存與退出(1)單擊Mechanical界面右上角

按鈕，退出Mechanical返回到Workbench主界面，此時主界面中的項目管理區(qū)中顯示的分析項目均已完成。(2)在Workbench主界面中單擊常用工具欄中的

按鈕，保存包含有分析結(jié)果的文件。(3)單擊右上角的

按鈕，退出Workbench主界面，完成項目分析。9.7有預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析案例本節(jié)主要介紹ANSYSWorkbench17.0的模態(tài)分析模塊，計算方桿在有預(yù)應(yīng)力下的模態(tài)。以方桿模型為例，通過ANSYSWorkbench17.0的模態(tài)分析模塊分別計算同一零件在有預(yù)應(yīng)力工況下的固有頻率，從而熟練掌握ANSYSWorkbench17.0有預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析的方法及過程。1.啟動Workbench并建立分析項目(1)在Windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→ANSYS17.0→Workbench17.0命令，啟動ANSYSWorkbench17.0，進入主界面。(2)雙擊主界面Toolbox中的CustomSystems→Pre-StressModa選項，即可在ProjectSchematic同時創(chuàng)建分析項目A及項目B，如圖9-30示。2.導(dǎo)入創(chuàng)建幾何體(1)在A3欄的Geometry上點擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇ImportGeometry→Browse命令，如圖9-31所示，此時會彈出“打開”對話框。(2)在彈出的“打開”對話框中選擇文件路徑，導(dǎo)入model.stp幾何體文件，如圖9-32所示，此時A3欄Geometry后的變

為?

，表示實體模型已經(jīng)存在。(3)雙擊項目A中的A3欄Geometry，此時會進入DesignModeler界面，在Unit菜單下設(shè)置單位為mm，此時設(shè)計樹中Import1前顯示

?，表示需要生成，圖形窗口中沒有圖形顯示，如圖9-33所示。(4)單擊

(生成)按鈕，即可顯示生成的幾何體，如圖9-34所示，此時可在幾何體上進行其他的操作，本案例無需進行操作。(5)單擊DesignModeler界面右上角的

(關(guān)閉)按鈕，退出DesignModeler，返回到Workbench主界面。3.添加材料庫(1)雙擊項目A中的A2欄EngineeringData項，進入如圖9-35所示的材料參數(shù)設(shè)置界面，在該界面下即可進行材料參數(shù)設(shè)置。(2)在界面的空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇EngineeringDataSources(工程數(shù)據(jù)源)，此時的界面會變?yōu)槿鐖D9-36所示的界面。原界面窗口中的OutlineofSchematicB2:EngineeringData消失，替換為EngineeringDataSources及OutlineofFavorites。(3)在EngineeringDataSources表中選擇A3欄GeneralMaterials，然后單擊OutlineofFavorites表中A12欄StainlessSteel(不銹鋼)后B12欄的

(添加)，此時在C12欄中會顯示

(使用中的)標(biāo)識，如圖9-37所示，表示材料添加成功。(4)同步驟(2)，在界面的空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇EngineeringDataSources(工程數(shù)據(jù)源)，返回到初始界面中。(5)根據(jù)實際工程材料的特性，在PropertiesofOutlineRow3:StainlessSteel表中可以修改材料的特性，如圖9-38所示，本案例采用的是默認(rèn)值。(6)單擊工具欄中的Project按鈕，返回到Workbench主界面，材料庫添加完畢。4.添加模型材料屬性(1)雙擊主界面項目管理區(qū)項目A中的A4欄Model項，進入如圖9-39所示的Mechanical界面，在該界面下即可進行網(wǎng)格的劃分、分析設(shè)置、結(jié)果觀察等操作。(2)選擇Mechanical界面左側(cè)Outline(分析樹)中Geometry選項下的1，此時即可在Detailsof“1”(參數(shù)列表)中給模型添加材料，如圖9-40所示。(3)單擊參數(shù)列表中Material下Assignment黃色區(qū)域后的，此時會出現(xiàn)剛剛設(shè)置的材料StructuralSteel，選擇即可將其添加到模型中去，此時分析樹Geometry前的變?yōu)?，如圖9-41所示，表示材料已經(jīng)添加成功。5.劃分網(wǎng)格(1)選擇Mechanical界面左側(cè)Outline(分析樹)中的Mesh選項，此時可在Detailsof“Mesh”(參數(shù)列表)中修改網(wǎng)格參數(shù)。本案例中在Sizing的ElementSize中設(shè)置為0.1m，其余采用默認(rèn)設(shè)置。(2)在Outline(分析樹)中的Mesh選項單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇

GenerateMesh命令，此時會彈出如圖9-42所示的進度顯示條，表示網(wǎng)格正在劃分，當(dāng)網(wǎng)格劃分完成后，進度條自動消失，最終的網(wǎng)格效果如圖9-43所示。6.施加載荷與約束(1)選擇Mechanical界面左側(cè)Outline(分析樹)中的StaticStructural(A5)選項，此時會出現(xiàn)Environment工具欄。(2)選擇Environment工具欄中的Supports(約束)→FixedSupport(固定約束)命令，此時在分析樹中會出現(xiàn)FixedSupport選項，如圖9-44所示。(3)選中FixedSupport，選擇需要施加固定約束的面，單擊Detailsof“FixedSupport”中Geometry選項下的

按鈕，即可在選中面上施加固定約束，如圖9-45所示。(4)選擇Environment工具欄中的Load(載荷)→Force(力載荷)命令，此時在分析樹中會出現(xiàn)Force選項，如圖9-46所示。(5)選中Force，選擇需要施加固定約束的面，單擊Detailsof“Force”中Geometry選項下的按鈕，即可在選中面上施加固定約束，如圖9-47所示，在Magnitude欄中輸入1.e+007N，其余設(shè)置默認(rèn)即可。(6)在Outline(分析樹)中的StaticStructural(A5)選項單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇

Solve命令，此時會彈出進度顯示條，表示正在求解，當(dāng)求解完成后進度條自動消失，如圖9-48所示。7.模態(tài)分析在Outline(分析樹)中的Modal(B5)選項單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇

Solve命令，此時會彈出進度顯示條，表示正在求解，當(dāng)求解完成后進度條自動消失，如圖9-49所示。8.結(jié)果后處理(1)選擇Solution(B6)工具欄中的Deformation(變形)→Total命令，如圖9-50所示，此時在分析樹中會出現(xiàn)TotalDeformation(總變形)選項。(2)在Outline(分析樹)中的Solution(B6)選項單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇

EquivalentAllResults命令，如圖9-51所示，此時會彈出進度顯示條，表示正在求解，當(dāng)求解完成后進度條自動消失。(3)選擇Outline(分析樹)中Solution(A6)下的TotalDeformation(總變形)，此時會出現(xiàn)如圖9-52所示的方桿一階模態(tài)總變形分析云圖。(4)圖9-53所示為二階模態(tài)預(yù)應(yīng)力振型分析云圖。

(5)圖9-54所示為三階模態(tài)預(yù)應(yīng)力振型分析云圖。(6)圖9-55所示為四階模態(tài)預(yù)應(yīng)力振型分析云圖。(7)圖9-56所示為五階模態(tài)預(yù)應(yīng)力振型分析云圖。(8)圖9-57所示為六階模態(tài)預(yù)應(yīng)力振型分析云圖。(9)圖9-58所示為方桿前六階模態(tài)頻率，Workbench模態(tài)計算時的默認(rèn)模態(tài)數(shù)量為6。9.保存與退出(1)單擊Mechanical界面右上角的

(關(guān)閉)按鈕，退出Mechanical返回到Workbench主界面，此時主界面中的項目管理區(qū)中顯示的分析項目均已完成。(2)在Workbench主界面中單擊常用工具欄中的

(保存)按鈕，保存包含有分析結(jié)果的文件。(3)單擊右上角的

(關(guān)閉)按鈕，退出Workbench主界面，完成項目分析。9.8諧?響?應(yīng)?分?析1.諧響應(yīng)分析簡介諧響應(yīng)也稱為頻率響應(yīng)分析或者掃描分析，用于確定結(jié)構(gòu)在已知頻率和幅值的正弦載荷的作用下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。如圖9-59所示，諧響應(yīng)分析是一種時域分析，用于計算結(jié)構(gòu)響應(yīng)的時間歷程，但局限于載荷是簡諧變化的情況，只計算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)受迫振動，而不考慮激勵開始時的瞬態(tài)振動。諧響應(yīng)分析可以進行掃頻分析，分析結(jié)構(gòu)在不同頻率和幅值的簡諧載荷作用下的響應(yīng)，從而探測共振，指導(dǎo)設(shè)計人員避免結(jié)構(gòu)發(fā)生共振，確保一個給定的結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)受住不同頻率的各種簡諧載荷。諧響應(yīng)分析的應(yīng)用非常廣泛，例如旋轉(zhuǎn)機械的偏心轉(zhuǎn)動力將產(chǎn)生簡諧載荷，因此旋轉(zhuǎn)設(shè)備的支座、固定裝置和部件等經(jīng)常需要應(yīng)用諧響應(yīng)分析來分析它們在各種不同頻率和幅值的偏心簡諧載荷作用下的剛強度。另外，流體的漩渦運動也會產(chǎn)生簡諧載荷，諧響應(yīng)分析也經(jīng)常被用于分析受渦流影響的結(jié)構(gòu)，如渦輪葉片、飛機機翼、橋、塔等。2.諧響應(yīng)分析的載荷諧響應(yīng)分析的載荷是隨時間正弦變化的簡諧載荷，這種類型的載荷可以用頻率和幅值來描述。諧響應(yīng)分析可以同時計算一系列不同頻率和幅值的載荷引起的結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，這就是所謂的頻率掃描(掃頻)分析。簡諧載荷可以是加速度或者力，載荷可以作用于指定節(jié)點或者基礎(chǔ)(所有約束節(jié)點)，而且同時作用的多個激勵載荷可以有不同的頻率以及相位。簡諧載荷有兩種描述方法，一種方法是采用頻率、幅值、相位角來描述，另一種描述方法是通過頻率、實部和虛部來描述。諧響應(yīng)分析的計算結(jié)果包括結(jié)構(gòu)任意點的位移或應(yīng)力的實部、虛部、幅值以及等值圖，實部和虛部反映了結(jié)構(gòu)響應(yīng)的相位角，如果定義了非零的阻尼，則響應(yīng)會與輸入載荷之間有相位差。3.諧響應(yīng)分析的目的諧響應(yīng)分析用于確定線性結(jié)構(gòu)在承受隨時間按正弦(簡諧)規(guī)律變化的載荷時的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，分析過程中只計算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)受迫振動，不考慮激振開始時的瞬態(tài)振動。諧響應(yīng)分析的目的在于計算出結(jié)構(gòu)在幾種頻率下的響應(yīng)值(通常是位移)對頻率的曲線，從而使設(shè)計人員能預(yù)測結(jié)構(gòu)的持續(xù)性動力特性，驗證設(shè)計是否能克服共振、疲勞以及其他受迫振動引起的有害效果。9.9底座架諧響應(yīng)分析案例有一底座架模型，計算底座架模型在受到頻率為10?Hz、載荷為10N作用力時的響應(yīng)。1.啟動Workbench并建立分析項目(1)在Windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→ANSYS17.0→Workbench17.0命令，啟動ANSYSWorkbench17.0，進入主界面。(2)雙擊主界面Toolbox(工具箱)中的ComponentSystems→Geometry命令，此時會在工程管理窗口中出現(xiàn)項目A(Geometry)，如圖9-60所示，雙擊A2(Geometry)，在彈出的快捷菜單中選擇ImportGeometry→Browse命令。(3)在彈出的“打開”對話框中選擇文件路徑，導(dǎo)入dizuojia.SLDPRT幾何體文件，此時A2欄Geometry后的變

為?

，表示實體模型已經(jīng)存在。(4)雙擊項目A中的A2欄Geometry，此時會進入到DesignModeler界面，在Unit菜單下設(shè)置單位為mm，此時設(shè)計樹中Import1前顯示?

，表示需要生成，圖形窗口中沒有圖形顯示，如圖9-61所示。(5)單擊

(生成)按鈕，即可顯示生成的幾何體，如圖9-62所示，此時導(dǎo)入的幾何文件將被加載。(6)單擊DesignModeler界面右上角的?

(關(guān)閉)按鈕，退出DesignModeler，返回到Workbench主界面。2.創(chuàng)建模態(tài)分析項目(1)如圖9-63所示，將Toolbox中的Modal命令直接拖曳到項目A(幾何)的A2中。(2)如圖9-64所示，此時項目A的幾何數(shù)據(jù)共享在項目B中。3.添加材料庫(1)雙擊項目B中的A2欄EngineeringData項，進入如圖9-65所示的材料參數(shù)設(shè)置界面，在該界面下即可進行材料參數(shù)設(shè)置。(2)在界面的空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇EngineeringDataSources(工程數(shù)據(jù)源)，此時的界面會變?yōu)槿鐖D9-66所示的界面。原界面窗口中的OutlineofSchematicB2:EngineeringData消失，替換為EngineeringDataSources及OutlineofFavorites。(3)在EngineeringDataSources表中選擇A3欄GeneralMaterials，然后單擊OutlineofFavorites表中A4欄AluminumAlloy材料后B4欄的

(添加)，此時在C4欄中會顯示

(使用中的)標(biāo)識，如圖9-67所示，表示材料添加成功。(4)同步驟(2)，在界面的空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇EngineeringDataSources(工程數(shù)據(jù)源)，返回到初始界面中。(5)單擊工具欄中的Project按鈕，返回到Workbench主界面，材料庫添加完畢。4.添加模型材料屬性(1)雙擊主界面項目管理區(qū)項目B中的B4欄Model項，進入如圖9-68所示的Mechanical界面，在該界面下即可進行網(wǎng)格的劃分、分析設(shè)置、結(jié)果觀察等操作。(2)選擇Mechanical界面左側(cè)Outline(分析樹)中Geometry選項下的part1，此時即可在Detailsof“part11”(參數(shù)列表)中給模型添加材料，如圖9-69所示。(3)單擊參數(shù)列表中Material下Assignment黃色區(qū)域后的

，此時會出現(xiàn)剛剛設(shè)置的材料AluminumAlloy，選擇即可將其添加到模型中去，此時分析樹Geometry前的

變

為，如圖9-70所示，表示材料已經(jīng)添加成功。5.劃分網(wǎng)格(1)選擇Mechanical界面左側(cè)Outline(分析樹)中的Mesh選項，此時可在Detailsof“Mesh”(參數(shù)列表)中修改網(wǎng)格參數(shù)。本案例中在Sizing中的RelevantCenter中選擇其Fine，其余采用默認(rèn)設(shè)置。(2)在Outline(分析樹)中的Mesh選項單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇

GenerateMesh命令，此時會彈出如圖9-71所示的進度顯示條，表示網(wǎng)格正在劃分，當(dāng)網(wǎng)格劃分完成后，進度條自動消失，最終的網(wǎng)格效果如圖9-72所示。6.施加載荷與約束(1)選擇Mechanical界面左側(cè)Outline(分析樹)中的Modal(B5)選項，此時會出現(xiàn)圖9-73所示的Environment工具欄。(2)選擇Environment工具欄中的Supports(約束)→FixedSupport(固定約束)命令，此時在分析樹中會出現(xiàn)FixedSupport選項，如圖9-74所示。(3)選中FixedSupport，選中底座零件的六個孔，單擊Detailsof“FixedSupport”中Geometry選項下的

按鈕，即可在選中面上施加固定約束，如圖9-75所示。7.模態(tài)求解在Outline(分析樹)中的Modal(55)選項單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇

Solve命令進行模態(tài)分析，此時默認(rèn)的階數(shù)為6階，如圖9-76所示。8.結(jié)果后處理(1)選擇Solution(B6)工具欄中的Deformation(變形)→Total命令，如圖9-77所示，此時在分析樹中會出現(xiàn)TotalDeformation(總變形)選項。(2)在Outline(分析樹)中的Solution(B6)選項單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇EquivalentAllResults命令，如圖9-78所示。(3)計算完成后，單擊TotalDeformation(總變形)命令，如圖9-79所示，此時在圖形操作區(qū)顯示位移響應(yīng)云圖，在下面的Detailof“TotalDeformation”面板中的Mode欄的數(shù)值為1，表示第一階模態(tài)位移響應(yīng)。(4)前六階的固有頻率如圖9-80所示。(5)單擊??

按鈕關(guān)閉Mechanical界面。9.創(chuàng)建諧響應(yīng)分析項目(1)如圖9-81所示，將Toolbox(工具箱)中的HarmonicResponse(諧響應(yīng)分析)命令直接拖曳到項目B(模態(tài)分析)的B6Solution中。(2)如圖9-82所示，此時項目B的所有前處理數(shù)據(jù)已經(jīng)全部導(dǎo)入到項目C中，此時如果雙擊項目C中的C5Setup命令即可直接進入Mechanical界面。10.施加載荷和約束(1)雙擊主界面項目管理區(qū)項目C中的C5欄Setup項，進入如圖9-83所示Mechanical界面，在該界面下即可進行網(wǎng)格的劃分、分析設(shè)置、結(jié)果觀察等操作。(2)在Outline(分析樹)中的Modal(B5)選項單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇

Solve命令進行模態(tài)分析，如圖9-84所示。(3)在Outline(分析樹)中的HarmonicResponse(C5)→AnalysisSetting選項單擊，在下面出現(xiàn)的Detailof“AnalysisSetting”選項的Option中，在RangeMaximum中輸入500Hz，如圖9-85所示。(4)選擇Mechanical界面左側(cè)Outline(分析樹)中的HarmonicResponse(C5)選項，如圖9-86所示，選擇Environment工具欄中的Load(載荷)→Force(力)命令，此時在分析樹中會出現(xiàn)Force選項。(5)如圖9-87所示，選中Force，單擊Detailof“Force”面板中的Scope→Geometry命令，然后在Workbench分析區(qū)中選擇結(jié)構(gòu)體的上頂面，在Magnitude欄中輸入-10N，在PhaseAngle欄中輸入30°，完成力矩的設(shè)置。11.諧響應(yīng)計算如圖9-88所示，右擊HarmonicResponse(C5)命令，在彈出的快捷菜單中選擇(F5)命令。12.結(jié)果后處理(1)選擇Solution(C6)工具欄中的Deformation(變形)→Total命令，如圖9-89所示，此時在分析樹中會出現(xiàn)TotalDeformation(總變形)選項。(2)圖9-90所示為頻率為500Hz、相角為0°時的位移響應(yīng)云圖。(3)如圖9-91所示，選擇圓面后再在Solution工具欄中選擇FrequencyResponse→Deformation命令，此時在分析樹中會出現(xiàn)TotalDeformation(總變形)選項。(4)在Outline(分析樹)中的Solution(C6)選項單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇

EvaluateAllResults命令，如圖9-92所示。(5)選擇Outline(分析樹)中Solution(C6)下的FrequencyResponse，此時會出現(xiàn)圖9-93所示的節(jié)點隨頻率變化曲線。(6)圖9-94所示為各階響應(yīng)頻率及相角。13.保存與退出(1)單擊Mechanical界面右上角的關(guān)閉按鈕，退出Mechanical返回到Workbench主界面，此時主界面中的項目管理區(qū)中顯示的分析項目均已完成。(2)在Workbench主界面中單擊常用工具欄中的保存按鈕，保存為HarmonicResponse文件名。(3)單擊右上角的關(guān)閉按鈕，退出Workbench主界面，完成項目分析。9.10瞬態(tài)動力學(xué)分析1.瞬態(tài)動力學(xué)分析簡介瞬態(tài)動力學(xué)分析即時域分析，是一種用來分析結(jié)構(gòu)在隨時間任意變化的載荷作用下，動力響應(yīng)過程的技術(shù)。其輸入數(shù)據(jù)是作為時間函數(shù)的載荷，而輸出數(shù)據(jù)是隨時間變化的位移或其他輸出量，如應(yīng)力應(yīng)變等。瞬態(tài)動力學(xué)分析的應(yīng)用十分廣泛。對于承受各種沖擊載荷的結(jié)構(gòu)，承受各種隨時間變化的載荷的結(jié)構(gòu)，以及承受撞擊和顛簸的家庭和設(shè)備，都可以用瞬態(tài)動力學(xué)分析對它們在動力響應(yīng)過程中的剛度、強度進行計算模擬。瞬態(tài)動力學(xué)分析包括線性瞬態(tài)動力學(xué)分析和非線性瞬態(tài)動力學(xué)分析兩種分析類型。所謂線性瞬態(tài)動力學(xué)分析，是指模型中不包括任何非線性行為。適用于線性材料、小位移、小應(yīng)變、剛度不變結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)動力學(xué)分析，其算法有兩種：直接法和模態(tài)疊加法。非線性瞬態(tài)動力學(xué)分析的應(yīng)用更加廣泛，可以考慮各種非線性行為，如材料非線性、大變形、大位移、接觸、碰撞等。本節(jié)主要介紹線性瞬態(tài)動力學(xué)分析。2.瞬態(tài)動力學(xué)分析基本公式瞬態(tài)動力學(xué)分析是確定隨時間變化載荷作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的技術(shù)。它的輸入數(shù)據(jù)是作為時間函數(shù)的載荷，可以是靜載荷、瞬態(tài)載荷和簡諧載荷的隨意組合作用。輸出數(shù)據(jù)是隨時間變化的位移及其他導(dǎo)出量，如應(yīng)力、應(yīng)變、力等。所以在瞬態(tài)動力分析中，密度或質(zhì)點質(zhì)量、彈性模量及泊松比、阻尼等因素均應(yīng)考慮；在ANSYS分析過程中，密度或質(zhì)量、彈性模量是必須輸入的，忽略阻尼時可以選擇忽略選項。瞬態(tài)動力學(xué)分析可以應(yīng)用于承受各種沖擊載荷的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于承受各種隨時間變化載荷的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于承受撞擊和顛簸的辦公設(shè)備。同時ANSYS在瞬態(tài)動力學(xué)分析中可以使用線性和非線性單元。材料性質(zhì)可以是線性或非線性、各向同性或正交各向異性、溫度恒定的或溫度相關(guān)的。ANSYS在進行瞬態(tài)動力學(xué)分析中可以采用三種方法，即Full法、Reduced法和ModeSuperposition法。ANSYS提供了各種分析類型和分析選項，使用不同的方法，ANSYS軟件會自動配置相應(yīng)選擇項目。在瞬態(tài)分析中，時間總是計算的跟蹤參數(shù)，在整個時間歷程中，同樣載荷也是時間的函數(shù)，依據(jù)載荷變化方式，可以將整個時間歷程劃分成多個載荷步，每個載荷步代表載荷發(fā)生一次突變或一次漸變階段。在每個載荷步時間內(nèi)，載荷增量又可以劃分多個子步，在子步載荷增量的條件下程序進行迭代計算，經(jīng)過多個子步的求解實現(xiàn)一個載荷步的求解，進而獲得多個載荷步的求解，從而實現(xiàn)整個載荷時間歷程的求解。利用ANSYS進行瞬態(tài)動力學(xué)分析時，可以在實體模型或有限元模型上施加下列載荷：約束、集中力、力矩、面載荷、體載荷、慣性力。在ANSYS中，進行多載荷步加載的基本方法有三種：①連續(xù)多載荷步加載法；②定義載荷步文件批加載法；③定義表載荷加載法