ansys瞬態(tài)動力分析詳解PPT學(xué)習(xí)課件

1、第四章,瞬態(tài)動力分析,M4-1,M4-2,第四章：瞬態(tài)動力分析,第一節(jié)：瞬態(tài)動力分析的定義和目的 第二節(jié)：瞬態(tài)分析狀態(tài)的基本術(shù)語和概念 第三節(jié)：在ANSYS中如何進行瞬態(tài)分析 第四節(jié)：瞬態(tài)分析實例,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-3,瞬態(tài)分析第一節(jié)：定義和目的,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）作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的技術(shù)； 輸入數(shù)據(jù)： 作為時間函數(shù)的載荷 輸出數(shù)據(jù)： 隨時間變化的位移和其它的導(dǎo)出量，如：應(yīng)力和應(yīng)變。,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-4,瞬態(tài)分析定義和目的（接上頁）,瞬態(tài)動力分析可以應(yīng)用在

2、以下設(shè)計中： 承受各種沖擊載荷的結(jié)構(gòu)，如：汽車中的門和緩沖器、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(jié)構(gòu)，如：橋梁、地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(shè)備，如：移動電話、筆記本電腦和真空吸塵器等。,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-5,瞬態(tài)分析第二節(jié)：術(shù)語和概念,包括的主題如下： 運動方程 求解方法 積分時間步長,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-6,瞬態(tài)分析 術(shù)語和概念運動方程,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，載荷可為時間的任意函數(shù)； 按照求解

3、方法， ANSYS 允許在瞬態(tài)動力分析中包括各種類型的非線性- 大變形、接觸、塑性等等。,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-7,瞬態(tài)分析- 術(shù)語和概念求解方法,求解運動方程,直接積分法,模態(tài)疊加法,隱式積分,顯式積分,完整矩陣法,縮減矩陣法,完整矩陣法,縮減矩陣法,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-8,瞬態(tài)分析 術(shù)語和概念求解方法 （接上頁）,運動方程的兩種求解法： 模態(tài)疊加法（在第六章中討論） 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，需求解一組聯(lián)立的靜態(tài)平衡方程（F=ma）； ANSYS 采用Newm

4、ark 法這種隱式時間積分法； ANSYS/LS-DYNA 則采用顯式時間積分法； 有關(guān)顯式法和隱式法的討論請參見第一章。,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-9,瞬態(tài)分析- 術(shù)語和概念求解方法（接上頁）,求解時即可用縮減結(jié)構(gòu)矩陣，也可用完整結(jié)構(gòu)矩陣； 縮減矩陣： 用于快速求解； 根據(jù)主自由度寫出K， C， M等矩陣，主自由度是完全自由度的子集； 縮減的 K 是精確的，但縮減的 C 和 M 是近似的。此外，還有其它的一些缺陷，但不在此討論。 完整矩陣： 不進行縮減。 采用完整的K， C， 和 M矩陣； 在本手冊中的全部討論都是基于此種方法。,Dynamics

5、- Release 5.5 (001124),M4-10,瞬態(tài)分析- 術(shù)語和概念積分時間步長,積分時間步長（亦稱為ITS 或 Dt ）是時間積分法中的一個重要概念 ITS = 從一個時間點到另一個時間點的時間增量 Dt ； 積分時間步長決定求解的精確度，因而其數(shù)值應(yīng)仔細選取。 ITS 應(yīng)足夠小以獲取下列數(shù)據(jù)： 響應(yīng)頻率 載荷突變 接觸頻率（如果存在的話） 波傳播效應(yīng)（若存在）,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-11,瞬態(tài)分析 - 術(shù)語和概念積分時間步長（接上頁）,響應(yīng)頻率 不同類型載荷會在結(jié)構(gòu)中激發(fā)不同的頻率（響應(yīng)頻率）； ITS應(yīng)足夠小以獲取所關(guān)心的最高響

6、應(yīng)頻率 （最低響應(yīng)周期）； 每個循環(huán)中有20個時間點應(yīng)是足夠的，即： Dt = 1/20f 式中 ，f 是所關(guān)心的最高響應(yīng)頻率。,響應(yīng)周期,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-12,瞬態(tài)分析 - 術(shù)語和概念積分時間步長（接上頁）,載荷突變 ITS 應(yīng)足夠小以獲取載荷突變,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-13,瞬態(tài)分析 - 術(shù)語和概念積分時間步長（接上頁）,接觸頻率 當(dāng)兩個物體發(fā)生接觸，間隙或接觸表面通常用剛度（間隙剛度）來描述； ITS應(yīng)足夠小以獲取間隙“彈簧”頻率； 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

7、，比此更小的ITS 會造成能量損失，并且沖擊可能不是完全彈性的。,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-14,瞬態(tài)分析 - 術(shù)語和概念積分時間步長（接上頁）,波傳播 由沖擊引起。在細長結(jié)構(gòu)中更為顯著（如下落時以一端著地的細棒） 需要很小的ITS ，并且在沿波傳播的方向需要精細的網(wǎng)格劃分 顯式積分法（在ANSYS-LS/DYNA采用）可能對此更為適用,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-15,瞬態(tài)分析第三節(jié)：步驟,在此節(jié)中只討論完整矩陣 五個主要步驟： 建模 選擇分析類型和選項 規(guī)定邊界條件和初始條件 施加時間歷程載荷并求解 查看

8、結(jié)果,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-16,瞬態(tài)分析步驟建 模,模型 允許所有各種非線性 記住要輸入密度！ 其余參見第一章建模所要考慮的問題,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-17,瞬態(tài)分析步驟 建模命令(接上頁),/PREP7 ET,. MP,EX,. MP,DENS, ! 建立幾何模型 ! 劃分網(wǎng)格 .,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-18,瞬態(tài)分析步驟選擇分析類型和選項,建模 選擇分析類型和選項： 進入求解器并選擇瞬態(tài)分析 求解方法和其它選項- 將在下面討論 阻尼 將在下面討論

9、,典型命令: /SOLU ANTYPE，TRANS，NEW,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-19,瞬態(tài)分析步驟選擇分析類型和選項（接上頁）,求解方法 完整矩陣方法為缺省方法。允許下列非線性選項： 大變形 應(yīng)力硬化 Newton-Raphson 解法 集中質(zhì)量矩陣 主要用于細長梁和薄壁殼或波的傳播 公式求解器 由程序自行選擇,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-20,瞬態(tài)分析步驟選擇分析類型和選項命令（接上頁）,TRNOPT，F(xiàn)ULL NLGEOM， SSTIF， NROPT， LUMPM， EQSLV，.,Dynamics

10、 - Release 5.5 (001124),M4-21,瞬態(tài)分析步驟選擇分析類型和選項（接上頁）,阻尼 和b阻尼均可用； 在大多數(shù)情況下，忽略阻尼（粘性阻尼），僅規(guī)定b阻尼（由滯后造成的阻尼）： b = 2/w 式中 x 為阻尼比，w 為主要響應(yīng)頻率 （rad/sec）。,典型命令: ALPHAD， BETAD，,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-22,瞬態(tài)分析步驟規(guī)定邊界條件和初始條件,建模 選擇分析類型和選項 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個瞬態(tài)過程中一直為常數(shù)的條件，例如： 固定點（約束） 對稱條件 重力 初始條件將在下面

11、討論,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-23,瞬態(tài)分析步驟規(guī)定邊界條件和初始條件命令(接上頁),DK，! 或 D或 DSYM DL， DA， ACEL， OMEGA，.,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-24,瞬態(tài)分析步驟規(guī)定邊界條件和初始條件（接上頁）,初始條件 時間t = 0時的條件：u0， v0， a0 它們的缺省值為， u0 = v0 = a0 = 0 可能要求非零初始條件的實例： 飛機著陸 (v00) 高爾夫球棒擊球 (v00) 物體跌落試驗 (a00),Dynamics - Release 5.5 (00112

12、4),M4-25,瞬態(tài)分析步驟規(guī)定邊界條件和初始條件（接上頁）,施加初始條件的兩種方法： 以靜載荷步開始 當(dāng)只需在模型的一部分上施加初始條件時，例如，用強加的位移將懸臂梁的自由端從平衡位置“撥”開時，這種方法是有用的； 用于需要施加非零初始加速度時。 使用IC 命令 Solution Apply Initial Conditn Define + 當(dāng)需在整個物體上施加非零初始位移或速度時IC 命令法是有用的。,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-26,瞬態(tài)分析步驟規(guī)定邊界條件和初始條件（接上頁）,實例 - 物體從靜止?fàn)顟B(tài)下落 這種情況 a0=g （重力加速度）v

13、0=0 采用靜載荷步法 載荷步1： 關(guān)閉瞬態(tài)效應(yīng)。用TIMINT，OFF 命令或 Solution Time/Frequenc Time Integration. 采用小的時間間隔，例， 0.001； 采用2 個子步， 分步加載（如果采用線性載荷或一個子步， v0 就將是非零的）； 保持物體靜止，例如，固定物體的全部自由度； 施加等于 g 的加速度； 求解。,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-27,瞬態(tài)分析步驟規(guī)定邊界條件和初始條件命令（接上頁）,! 載荷步 1 TIMINT，OFF! 關(guān)閉瞬態(tài)效應(yīng) TIME，0.001! 小的時間間隔 NSEL， ! 選擇

14、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 NSEL，ALL ACEL， ! 加速度值 NSUBST，2! 兩個子步 KBC，1 ! 階梯載荷 SOLVE,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-28,瞬態(tài)分析步驟規(guī)定邊界條件和初始條件（接上頁）,載荷步 2： 打開瞬態(tài)效應(yīng)； 釋放物體，例如， 刪除物體上的 DOF 自由度約束； 規(guī)定終止時間，連續(xù)進行瞬態(tài)分析。,Acel,t,Load step 1,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-29,瞬態(tài)分析步驟規(guī)定邊界條件和初始條件命令（接上頁）,! 載荷

15、步 2 TIMINT，ON ! 打開瞬態(tài)效應(yīng)開關(guān) TIME， ! 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 DDELE，ALL，ALL ! 并刪除所有約束 NSEL，ALL SOLVE .,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-30,瞬態(tài)分析步驟規(guī)定邊界條件和初始條件（接上頁）,實例 將懸臂梁的自由端從平衡位置“撥”開“ 這種情況時，在梁的自由端 u00 ， v0=0； 用靜載荷步法； 載荷步 1： 關(guān)閉瞬態(tài)效應(yīng)。用 TIMINT，OFF 命令或 Solution Time/Frequenc Time Integration. 采用小的時

16、間間隔，例如， 0.001； 2個子步， 分步加載（如果采用線性載荷或用一個子步，v0 就將是非零的）； 在梁的自由端施加所要求的非零位移； 求解。,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-31,瞬態(tài)分析步驟規(guī)定邊界條件和初始條件命令（接上頁）,! 載荷步 1 TIMINT，OFF! 關(guān)閉瞬態(tài)效應(yīng) TIME，0.001! 小的時間間隔 D， ! 在指定節(jié)點定義強制位移 NSUBST，2! 兩個子步 KBC，1 ! 階梯載荷步 SOLVE,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-32,瞬態(tài)分析步驟規(guī)定邊界條件和初始條件（接上頁）,載荷步

17、2： 打開瞬態(tài)效應(yīng)； 刪除強加位移； 指定終止時間，連續(xù)進行瞬態(tài)分析。,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-33,瞬態(tài)分析步驟規(guī)定邊界條件和初始條件命令（接上頁）,! 載荷步 2 TIMINT，ON ! 打開瞬態(tài)效應(yīng)開關(guān) TIME， ! 指定載荷步實際的終點時刻 DDELE， ! 刪除所有強制位移 . SOLVE .,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-34,瞬態(tài)分析步驟規(guī)定邊界條件和初始條件（接上頁）,實例 - 高爾夫球棒端頭的初速度 假定只對高爾夫球棒端頭建模，并且整個端頭運動，這時有初始條件v00。 同時又假定 u0 =

18、 a0 = 0； 在這種情況下使用IC 命令法是方便的 選擇球棒上的全部節(jié)點； 用 IC 命令施加初始速度或； 選擇 Solution Apply Initial Conditn Define + 選用全部節(jié)點 選擇方向并輸入速度值 激活全部節(jié)點； 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。,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-35,瞬態(tài)分析步驟規(guī)定邊界條件和初始條件命令（接上頁）,NSEL， IC， NSEL，ALL TIME， SOLVE,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-36,瞬態(tài)分析步驟規(guī)定邊界條件和

19、初始條件（接上頁）,實例 承受沖擊載荷的固定平板 此種情況下 u0 = v0 = a0 = 0； 這些初始條件都是ANSYS中的缺省初始條件值，所以這里不必再規(guī)定它們！ 只施加邊界條件和沖擊載荷，然后求解。,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-37,瞬態(tài)分析步驟施加時間-歷程載荷并求解,建模 選擇分析類型和選項 規(guī)定邊界條件和初始條件 施加時間-歷程載荷和求解 時間- 歷程載荷是隨時間變化的載荷 這類載荷有兩種施加方法： 列表輸入法 多載荷步施加法,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-38,0.5,瞬態(tài)分析步驟施加時間-歷程載

20、荷并求解（接上頁）,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： 1.選擇 Solution Apply Force/Moment On Nodes，然后拾取所需節(jié)點,22.5,10,1.0,1.5,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-39,瞬態(tài)分析步驟施加時間-歷程載荷并求解命令（接上頁）,! 首先定義載荷-時間數(shù)組 *DIM，F(xiàn)ORCE，TABLE，5，1，TIME! 類型表數(shù)組 FORCE(1，0)=0，0.5，

21、1，1.01，1.5! 時間值 FORCE(0，1)=0，22.5，10，0，0! 載荷值 ! 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 F，ALL，F(xiàn)Z，%FORCE% ! 在所有選擇節(jié)點上定義表載荷 NSEL，ALL .,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-40,瞬態(tài)分析步驟施加時間-歷程載荷并求解（接上頁）,2.選擇力方向和 “新表New table”， 然后確定（OK）； 3.輸入表名和行數(shù)（時間點的數(shù)量），然后確定（OK）； 4.填入時間和載荷值，然后File Apply/Quit；,Dynamics - Release 5.5

22、 (001124),M4-41,瞬態(tài)分析步驟施加時間-歷程載荷并求解（接上頁）,5.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，這已包含在載荷曲線中 6.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: TIME，! 終點時間 DELTIM，0.002，0.001，0.1! 起始,最小和最大 ITS AUTOTS，ON OUTRES， SOLVE,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-42,瞬態(tài)分析步驟施加時間-歷程載荷并求解（接上頁）,多載荷步法 允許

23、在單個的載荷步中施加載荷時間曲線中的一段載荷； 不必用數(shù)組參數(shù)，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 (LSWRITE)。,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-43,瞬態(tài)分析步驟施加時間-歷程載荷并求解（接上頁）,實例，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；,22.5,10,0.5,1.0,1.5,2.定義載荷步 1： 在要求的節(jié)點上施加22.5單位的力； 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； 激活自

24、動時間步功能*，規(guī)定輸出控制 *， 或者進行求解，或?qū)⒋溯d荷步寫入載荷步文件中。 *將在后面討論,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-44,瞬態(tài)分析步驟施加時間-歷程載荷并求解命令（接上頁）,! Load step 1 F， ! 在指定的節(jié)點上定義力22.5 TIME，0.5 ! 終點時間 DELTIM， ! 積分時間步長 KBC，0 ! 斜坡載荷 AUTOTS，ON OUTRES， SOLVE ! 或LSWRITE,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-45,瞬態(tài)分析步驟施加時間-歷程載荷并求解（接上頁）,3.定義載荷步2：

25、改變力值為10.0； 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條件； 求解或?qū)⒋溯d荷步寫入載荷步文件中。 4.定義載荷步3： 刪除力或?qū)⑵渲翟O(shè)置為零； 規(guī)定終止時間 (1.5) 并分步加載； 求解或?qū)⒋溯d荷步寫入載荷步文件中。,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-46,瞬態(tài)分析步驟施加時間-歷程載荷并求解命令（接上頁）,! 載荷步 2 F，! 在指定的節(jié)點上定義力10.0 TIME，1.0! 終點時間 SOLVE! 或 LSWRITE ! 載荷步 3 FDELE，! 刪除力 TIME，1.5! 終點時間 KBC，1! 階梯載荷 SOLVE!

26、 或LSWRITE,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-47,瞬態(tài)分析步驟施加時間-歷程載荷并求解（接上頁）,積分時間步長(ITS) ，自動時間步長和輸入控制為時間-歷程加載的重要組成部分； 上面已經(jīng)討論了如何計算ITS，為了規(guī)定 ITS，采用DELTIM 命令或在主菜單中選擇Solution Time/Frequenc Time - Time Step,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-48,瞬態(tài)分析步驟施加時間-歷程載荷并求解（接上頁）,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ITS大小 建議激活自動時間步

27、長功能，并規(guī)定ITS的最小和最大值 如果存在非線性，采用“程序選擇”選項 注意: 在ANSYS 5.5中，總體求解器控制開關(guān)SOLCONTROL的缺省狀態(tài)為開， 建議保留這一狀態(tài)，更為重要的是，不要在載荷步之間打開或關(guān)閉此開關(guān),Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-49,瞬態(tài)分析步驟施加時間-歷程載荷并求解（接上頁）,輸出控制 用于確定寫入結(jié)果文件的內(nèi)容 用OUTRES 命令或選擇在主菜單中Solution Output Ctrls DB/Results File. 典型的選擇是對每個子步將全部項目寫入結(jié)果文件中。這樣做的結(jié)果是： 可以畫出結(jié)果隨時間變化的平滑曲

28、線 可能造成結(jié)果文件過大,典型命令: OUTRES，ALL，ALL,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-50,瞬態(tài)分析步驟施加時間-歷程載荷并求解（接上頁）,求解 采用 SOLVE 命令（或者，如果已寫成了結(jié)果文件，則采用 LSSOLVE ） 在每個時間子步，ANSYS 按照載荷-時間曲線計算載荷值,典型命令: SOLVE! 或 LSSOLVE FINISH,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-51,瞬態(tài)分析結(jié)果察看結(jié)果,建模 選擇分析類型和選項 指定邊界和初始條件 施加時間-歷程載荷并求解 察看結(jié)果 由三步構(gòu)成： 繪制結(jié)構(gòu)中某些特殊點的結(jié)果-時間曲線 確定臨界時間點 察看在這些臨界時間點處整個結(jié)構(gòu)上的結(jié)果,采用 POST26，時間-歷程后處理器,采用 POST1，通用后處理器,Dynamics - Release 5.5 (001124),M4-52,瞬態(tài)分析結(jié)果察看結(jié)果- POST26,繪制結(jié)果-時間曲線： 首先定義 POST26 的變量 節(jié)點或單元數(shù)據(jù)列表 用一個 2的編號來