ANSYS動力學(xué)分析

1、精品文檔第5章動力學(xué)分析結(jié)構(gòu)動力學(xué)研究的是結(jié)構(gòu)在隨時間變化載荷下的響應(yīng)問題，它與靜力分析的主要區(qū)別是動力分析需要考慮慣性力以及運動阻力的影響。動力分析主要包括以下5個部分：模態(tài)分析：用于計算結(jié)構(gòu)的固有頻率和模態(tài)。諧波分析（諧響應(yīng)分析）：用于確定結(jié)構(gòu)在隨時間正弦變化的載荷作用下的響應(yīng)。瞬態(tài)動力分析：用于計算結(jié)構(gòu)在隨時間任意變化的載荷作用下的響應(yīng)，并且可涉及上述提到的靜力分析中所有的非線性性質(zhì)。譜分析：是模態(tài)分析的應(yīng)用拓廣，用于計算由于響應(yīng)譜或psd輸入（隨機振動）引起的應(yīng)力和應(yīng)變。顯式動力分析：ansys/ls-dyna可用于計算高度非線性動力學(xué)和復(fù)雜的接觸問題。本章重點介紹前三種?！颈菊轮攸c】

2、區(qū)分各種動力學(xué)問題；各種動力學(xué)問題ansys分析步驟與特點。5.1動力學(xué)分析的過程與步驟模態(tài)分析與諧波分析兩者密切相關(guān)，求解簡諧力作用下的響應(yīng)時要用到結(jié)構(gòu)的模態(tài)和振型。瞬態(tài)動力分析可以通過施加載荷步模擬各種何載，進而求解結(jié)構(gòu)響應(yīng)。三者具體分析過程與步驟有明顯區(qū)別。5.1.1模態(tài)分析1.模態(tài)分析應(yīng)用用模態(tài)分析可以確定一個結(jié)構(gòu)的固有頻率利振型，固有頻率和振型是承受動態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要參數(shù)。如果要進行模態(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?？梢詫τ蓄A(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析，例如旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片。另一個有用的分析功能是循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，該功能允許通過僅對循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)的一部

3、分進行建模，而分析產(chǎn)生整個結(jié)構(gòu)的振型。ansys產(chǎn)品家族的模態(tài)分析是線性分析，任何非線性特性，如塑性和接觸(間隙)單元，即使定義也將被忽略?？蛇x的模態(tài)提取方法有6種，即blocklanczos(默認)、subspace、powerdynamics、reduced、unsymmetric、damped及qrdamped，后兩種方法允許結(jié)構(gòu)中包含阻尼。.精品文檔2.模態(tài)分析的步驟模態(tài)分析過程由4個主要步驟組成，即建模、加載和求解、擴展模態(tài)，以及查看結(jié)果和后處理。(1)建模。指定項目名和分析標題，然后用前處理器prep7定義單元類型、單元實常數(shù)、材料性質(zhì)及幾何模型。必須指定楊氏模量ex(或某種形式的

4、剛度)和密度dens(或某種形式的質(zhì)量)，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，以及恒定或與溫度有關(guān)的，非線性特性將被忽略。(2)加載及求解。在這個步驟中要定義分析類型和分析選項，施加載荷，指定加載階段選項，并進行固頻率的有限元求解。在得到初始解后，應(yīng)對模態(tài)進行擴展以供查看。ansys提供的用于模態(tài)分析的選項如下。newanalysisantype：選擇新的分析類型。analysistype：modalantype：指定分析類型為模態(tài)分析。modeextractionmethodmodopt：可選模態(tài)提取方法如下。blocklanczosmethod(默認)：分塊的蘭索斯法，它適

5、用于大型對稱特征值求解問題，比子空間法具有更快的收斂速度；subspacemethod：子空間法，適用于大型對稱特征值問題；powerdynamicsmethod：適用于非常大的模型(100000個自由度以上)及求解結(jié)構(gòu)的前幾階模態(tài)，以了解結(jié)構(gòu)如何響應(yīng)的情形。該方法采用集中質(zhì)量陣(lumpm，on)；reduced(householder)method：使用減縮的系統(tǒng)矩陣求解，速度快。但由于減縮質(zhì)量矩陣識近似矩陣，所以相應(yīng)精度較低；unsymmetricmethod：用于系統(tǒng)矩陣為非對稱矩陣的問題，例如流體結(jié)構(gòu)相同作用；dampedmethod：用于阻尼不可忽略的問題；qrdampedmeth

6、od：采用減縮的阻尼陣計算復(fù)雜阻尼問題，所以比dampedmethod方法有更快的計算速度和更好的計算效率。numberofmodestoextractmodopt：除reduced方法外的所有模態(tài)提取方法都必須設(shè)置該選項。numberofmodestoexpandmxpand：僅在采用reduced、unsymmetric和damped方法時要求設(shè)置該選項。但如果需要得到單元的求解結(jié)果，則不論采用何種模態(tài)提取方法需要得到單元的求解結(jié)果，則不論采用何種模態(tài)提取方法都需選擇calculateelemresults復(fù)選框。massmatrixformulationlumpml：使用該選項可以選定采

7、用默認的質(zhì)量矩陣形成方式(和單元類型有關(guān))或集中質(zhì)量陣近似方式，建議在大多數(shù)情況下應(yīng)采用默認形成方式。但對有些包含薄膜結(jié)構(gòu)的問題，如細長梁或非常薄的殼，采用集中質(zhì)量矩陣近似經(jīng)常產(chǎn)生較好的結(jié)果。另外，采用集中質(zhì)量陣求解時間短，需要內(nèi)存少。prestresseffectscalculationpstres：選用該選項可以計算有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的模態(tài)。默認的分析過程不包括預(yù)應(yīng)力，即結(jié)構(gòu)是處于無應(yīng)力狀態(tài)的。完成模態(tài)分析選項(modalanalysisoption)對話框中的選擇后，單擊按鈕。一個相應(yīng)于指定的模態(tài)提取方法的對話框?qū)鲰?。對話框中給出如下選擇域的組合。freqb，freqe：指定模態(tài)提取的頻率

8、范圍，大多數(shù)情況無需設(shè)置。prmode：要輸出的減縮模態(tài)數(shù)，只對reduced方法有效。nrmkey：關(guān)于振型歸一化的設(shè)置，可選擇相對于質(zhì)量矩陣m或單位矩陣i進行歸一化處理。.精品文檔rigid：設(shè)置提取對已知有剛體運動結(jié)構(gòu)進行子空間迭代分析時的零頻模態(tài)，只對subspace和powerdynamics法有效。subopt：指定多種子空間迭代選項，只對subspace和powerdynamics方法有效。cekey：指定處理約束方程的方法，只對blocklanczos方法有效。(3)定義自由度。使用reduced模態(tài)提取法時要求定義自由度：gui：mainmenusolutionmasterd

9、ofs-userselected-define。命令：m。(4)在模型上加載荷。在典型的模態(tài)分析中惟一有效的“載荷”是零位移約束，如果在某個dof處指定了一個非零位移約束，則以零位移約束替代該dof處的設(shè)置。可以施加除位移約束之外的其他載荷，但它們將被忽略。在未加約束的方向上，程序?qū)⒔馑銊傮w運動(零頻)及高頻(非零頻)自由體模態(tài)。載荷可以加在實體模型(點，線和面)上或加在有限元模型(點和單元)上。(5)指定載荷步選項。模態(tài)分析中可用的載荷步選項見表5-1。阻尼只在用damped模態(tài)提取法時有效，在其他模態(tài)提取法中將被忽略。如果包含阻尼，且采用damped模態(tài)提取法，則計算特征值時復(fù)數(shù)解。表5-

10、1模態(tài)分析中可用的載荷步選項選項alpha（質(zhì)量）阻尼beta（剛度）阻尼恒定阻尼比材料阻尼比單元阻尼比命令alphadbetaddmpratmp,damprgui路徑mainmenusolutionloadstepoptstime/frequencdampingmainmenusolutionloadstepoptstime/frequencdampingmainmenusolutionloadstepoptstime/frequencdampingmainmenusolutionotherchangematpropspolynomialmainmenusolutionloadstepopt

11、sotherrealconstantsadd/edit/deleteprintedoutputoutprmainmenusolutionloadstepoptsoutputctrlssoluprintout(6)開始求解計算。gui：mainmenusolution-solve-currentls。命令：solve。求解器的輸出內(nèi)容主要為寫到輸出文件及jobnarne.mode振型文件中的固有頻率，也可以包含減縮的振型和參與因子表，這取決于設(shè)置的分析選項的輸出控制。由于振型現(xiàn)在尚未寫到數(shù)據(jù)庫或結(jié)果文件中，因此還不能對結(jié)果進行后處理。如果采用subspace模態(tài)提取法，則輸出內(nèi)容中可能包括警告：

12、sturmnumber=nshouldbem。其中n和m為整數(shù)，表示某階模態(tài)被漏掉或第m階和第n階模態(tài)的頻率相同，而要求輸出的只有第m階模態(tài)。如果采用dmaped模態(tài)提取方法，求得的特征值和特征向量將是復(fù)數(shù)解。特征值的虛部代表固有頻率，實部為系統(tǒng)穩(wěn)定性的量度。(7)退出solution。gui：mainmenufinish。命令：finish。.精品文檔3.擴展模態(tài)從嚴格意義上來說，擴展意味著將減縮解擴展到完整的dof集上；而縮減解常用主dof表達。在模態(tài)分析中擴展指將振型寫入結(jié)果文件，即擴展模態(tài)適用于reduced模態(tài)提取方法得到的減縮振型和使用其他模態(tài)提取方法得到的完整振型。因此如果需要在

13、后處理器中查看振型，必須先將振型寫入結(jié)果文件。模態(tài)擴展要求振型jobname.mode、jobname.emat、jobname.esav及jobname.tri文件(如果采用reduced方法)必須存在且數(shù)據(jù)庫中必須包含和結(jié)算模態(tài)時所用模型相同的分析模型。擴展模態(tài)的操作步驟如下。(1)進入ansys求解器，可采用如下命令。gui：mainmenusolution。命令：/solu。在擴展處理前必須退出求解并重新進入(solu)。(2)激活擴展處理及相關(guān)選項（如表5-2所示）。表5-2擴展處理選項選項expansionpasson/offno.ofmodestoexpandfreq.range

14、forexpansionstresscalc.on/off命令expassmxpandmxpandmxpandgui路徑mainmenusolutionanalysistypeexpansionpassmainmenusolutionloadstepoptsexpansionpasssingleexpandexpandmodesmainmenusolutionloadstepoptsexpansionpasssingleexpandexpandmodesmainmenusolutionloadstepoptsexpansionpasssingleexpandexpandmodesexpansi

15、onpasson/offexpass：選擇on(打開)。numberofmodestoexpandmxpand，nmode：指定要擴展的模態(tài)數(shù)。記住，只有經(jīng)過擴展的模態(tài)可在后處理中查看。默認為不進行模態(tài)擴展。frequencyrangeforexpansionmxpand,，freqb，freqe：這是另一種控制要擴展模態(tài)數(shù)的方法。如果指定一個頻率范圍，那么只有該頻率范圍內(nèi)的模態(tài)會被擴展。stresscalculationsonoffmxpand,elcalc：是否計算應(yīng)力，默認為不計算。模態(tài)分析中的應(yīng)力并不代表結(jié)構(gòu)中的實際應(yīng)力，而只是給出一個各階模態(tài)之間相對應(yīng)力分布的概念。(3)指定載荷步選

16、項，模態(tài)擴展處理中惟一有效的選項是輸出控制。gui：mainmenusolutionloadstepoutputctrlsdb/resultsfile。命令：outres。(4)開始擴展處理，擴展處理的輸出包括已擴展的振型，而且還可以要求包含各階模態(tài)相對應(yīng)的應(yīng)力分布。gui：mainmenusolutioncurrentls。命令：solve。(5)如須擴展另外的模態(tài)(如不同頻率范圍的模態(tài))重復(fù)步驟(2)(4)，每次擴展處理的結(jié)果文件中保存為單步的載荷步。.精品文檔(6)退山solution，可以在后處理器中查看結(jié)果。gui：mainmenufinish。命令：finish。4.查看結(jié)果和后處

17、理模態(tài)分析的結(jié)果(即擴展模態(tài)處理的結(jié)果)寫入結(jié)構(gòu)分析jobname.rst文件中，其中包括固有頻率、己擴展的振型和相對應(yīng)力和力分布(如果要求輸出)可以在普通后處理器(/post1)中查看模態(tài)分析結(jié)果。查看結(jié)果數(shù)據(jù)包括讀入合適子步的結(jié)果數(shù)據(jù)。每階模態(tài)在結(jié)果文件中保存為一個單獨的子步。如擴展了6階模態(tài)，結(jié)果文件中將有6個子步組成的一個載荷步。gui：mainmenugeneralpostprocreadresultsbyloadstepsubstep。命令：set和sbstep。gui：mainmenugeneralpostprocplotresultsdeformedshape。命令：pldis

18、p。5.1.2諧響應(yīng)分析1.諧響應(yīng)分析應(yīng)用諧響應(yīng)分析是用于確定線性結(jié)構(gòu)在承受隨時間按正弦(簡諧)規(guī)律變化的載荷時的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的一種技術(shù)。分析的目的是計算結(jié)構(gòu)在幾種頻率下的響應(yīng)并得到一些響應(yīng)值(通常是位移)對頻率的曲線，從這些曲線上可找到“峰值”響應(yīng)并進一步查看峰值頻率對應(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。作為一種線性分析，該分析忽略任何即使已定義的非線性特性，如塑性和接觸(間隙)單元。但可以包含非對稱矩陣，如分析在流體-結(jié)構(gòu)相互作用問題。諧響應(yīng)分析也可用于分析有預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)，如小提琴的弦(假定簡諧應(yīng)力比預(yù)加的拉伸應(yīng)力小得多)。2.3種求

19、解方法諧響應(yīng)分析可以采用如下3種方法。(1)full方法(完全)。該方法采用完整的系統(tǒng)矩陣計算諧響應(yīng)(沒有矩陣減縮)，矩陣可以是對稱或非對稱的，其優(yōu)點如下。容易使用，因為不必關(guān)心如何選擇主自由度和振型。使用完整矩陣，因此不涉及質(zhì)量矩陣的近似。允許有非對稱矩陣，這種矩陣在聲學(xué)或軸承問題中很典型。用單一處理過程計算出所有的位移和應(yīng)力。允許施加各種類刑的載荷，如節(jié)點力、外加的(非零)約束利單元載荷(壓力和溫度)。允許采用實體模型上所加的載荷。該方法的缺點是預(yù)應(yīng)力選項不可用，并且采用frontal方程求解器時通常比其他方法運行時間長。但是采用jcg求解器或jccg求解器時，該方法的效率很高。(2)re

20、duced方法。該方法通常采用主自由度和減縮矩陣來壓縮問題的規(guī)模，計算主自由度處的位移后，解可以被擴展到初始的完整dof集上，其優(yōu)點如下。在采用frontal求解器時比full方法更快。.精品文檔可以考慮預(yù)應(yīng)力效果。該方法的缺點如下：初始解只計算出主自由度的位移。要得到完整的位移，應(yīng)力和力的解則需執(zhí)行被稱為擴展處理的進一步處理，擴展處理在某些分析應(yīng)用中是可選操作。不能施加單元載荷(壓力和溫度等)。所有載荷必須施加在則戶定義的自由度上，限制了采用實體模型上所加的載荷。(3)modesuperposition方法(模態(tài)疊加)。該方法通過對模態(tài)分析得到的振型(特征向量)乘上因子并求和計算出結(jié)構(gòu)的響應(yīng)

21、，其優(yōu)點如下：對于許多問題，比reduced或full方法更快。在模態(tài)分析中施加的載荷可以通過lvscale命令用于諧響應(yīng)分析中?？梢允菇獍唇Y(jié)構(gòu)的固有頻率聚集，可產(chǎn)生更平滑且更精確的響應(yīng)曲線圖?？梢园A(yù)應(yīng)力效果。允許考慮振型阻尼(阻尼系數(shù)為頻率的函數(shù))。該方法的缺點如下：不能施加非零位移。在模態(tài)分析中使用powerdynamics方法時，初始條件中不能有預(yù)加的載荷。諧響應(yīng)的3種方法有如下共同局限性。所有載荷必須隨時間按正弦規(guī)律變化。所有載荷必須有相同的頻率。不允許有非線性特性。不計算瞬態(tài)效應(yīng)。3.步驟使用full方法進行諧響應(yīng)分析的過程的主要步驟為建模、加載并求解，以及查看結(jié)果及后處理。4.

22、建模在該步驟中需指定文件名和分析標題，然后用prep7來定義單元類型、單元實常數(shù)、材料特性及幾何模型，需記住的要點如下：(1)只有線性行為是有效的，如果有非線性單元，則按線性單元處理。(2)必須指定楊氏模量ex(或某種形式的剛度)和密度dens(或某種形式的質(zhì)量)。材料特性可為線性、各向同性或各向異性，以及恒定的或和溫度相關(guān)的，忽略非線性材料特性。5.加載并求解在該步驟中定義分析類型和選項、加載、指定載荷步選項并開始有限元求解。需要注意的是，峰值響應(yīng)分析發(fā)生在力的頻率和結(jié)構(gòu)的固有頻率相等時。在得到諧響應(yīng)分析解之前，應(yīng)首先執(zhí)行模態(tài)分析，以確定結(jié)構(gòu)的固有頻率。(1)進入ansys求解器。gui：m

23、ainmenusolution。命令：/solu。(2)定義分析類型和分析選項，ansys提供的用于諧響應(yīng)分析的選項見表5-3。.選項精品文檔表5-3用于諧響應(yīng)分析的選項命令gui路徑newanalysisanalysistype:harmonicresponsesolutionmethodsolutionlistingformatmassmatrixformulationequationsolverantypeantypehropthroutlumpmeqslvmainmenusolutionanalysistypenewanalysismainmenusolutionanalysistyp

24、enewanalysisharmonicmainmenusolutionanalysistypeanalysisoptionsmainmenusolutionanalysistypeanalysisoptionsmainmenusolutionanalysistypeanalysisoptionsmainmenusolutionanalysistypeanalysisoptionsnewanalysisantype選擇新分析，在諧響應(yīng)分析中restart不可用。如果需要施加另外的簡諧載荷，可以另進行一次新分析。analysistype：harmomcresponseantype：選擇分析類型為

25、harmomcresponse(諧響應(yīng)分析)。solutionmethodhropt選擇full、reduced或modesuperposition求解方法之一。solutionlistingformathrout：確定在輸出文件中諧響應(yīng)分析的位移解如何列出，可選方式有realandimaginary(實部和虛部)(默認)和amplitudesandphaseangles(幅值和相位角)。massmatrixformulationlumpm：指定采用默認的質(zhì)量陣形成方式(取決于單元類型)或使用集中質(zhì)量陣近似。equationsolvereqslv：可選求解器有frontal(默認)，spars

26、edirect(sparse)、jacobiconjugategradient(jcg)，以及incompletecholeskyconjugategradient(iccg)。對大多數(shù)結(jié)構(gòu)模型，建議采用frontal或sparse求解器。(3)在模型上加載。根據(jù)定義，諧響應(yīng)分析假定所施加的所有載荷隨時間按簡諧(正弦)規(guī)律變化。指定一個完整的簡諧載荷需輸入3個數(shù)據(jù)，即amplitude(振幅)，phaseangle(相位角)和forcingfrequencyrange(強制頻率范圍)。(4)指定載荷步選項，諧響應(yīng)分析可用的選項見表5-4。表5-4諧響應(yīng)分析可用的選項選項命令普通選項(gener

27、aloptions)gui途徑numberofharmonicsolutionsteppeorrampedloadsnsubstkbcmainmenusolutionloadstepoptstime/frequencfreqandsubstepsmainmenusolutionloadstepoptstime/frequenctimetimesteporfreqandsubsteps動力學(xué)選項(dynamicsoptions)forcingfrequencyrangeharfrqmainmenusolutionloadstepoptstime/frequencfreqandsubsteps.d

28、ampingalphad,betad,d精品文檔mainmenusolutionloadstepoptstime/frequencdampingmprat輸出控制選項(outputcontroloptions)printedoutputoutprmainmenusolutionloadstepoptsoutputctrlssoluprintoutdatabaseandresultsfileoutputoutresmainmenusolutionloadstepoptsoutputctrlsdb/resultsfileextrapolationofresultseresxmainmenusolu

29、tionloadstepoptsoutputctrlsintegrationpt普通選項如下。numberofharmonicsolutionsnsubst：請求計算任何數(shù)目的諧響應(yīng)解，解(或子步)將均布于指定的頻率范圍內(nèi)harfqr。例如，如果在30hz40hz范圍內(nèi)要求出10個解，則計算在頻率31hz40hz處的響應(yīng)，而不計算其他頻率處。steppedorrampedloadskbc：載荷以stepped或ramped方式變化，默認為ramped，即載荷的幅值隨各子步逐漸增長。如果用命令kbc,1)設(shè)置了stepped載荷，則在頻率范圍內(nèi)的所有子步載荷將保持恒定的幅值。動力學(xué)選項如下。fo

30、rcingfrequencyrangeharfrq：在諧響應(yīng)分析中必須指定強制頻率范圍(以周單位時間為單位)，然后指定在此頻率范圍內(nèi)要計算處的解數(shù)。damping：必須指定某種形式的阻尼，如alpha(質(zhì)量)阻尼alphad、beta(剛度)阻尼betad或恒定阻尼比dmprat否則在共振處的響應(yīng)將無限大。(5)開始求解。gui：mainmenusolutionsolvecurrentls。命令：solve。(6)如果有另外的載荷和頻率范圍(即另外的載荷步)，重復(fù)步驟(3)(5)。如果要做時間歷程后處理(post26)，則一個載荷步和另一個載荷步的頻率范同間不能存在重疊。(7)退出soluti

31、on。gui：關(guān)閉solution菜單。命令：finish。6.查看結(jié)果和后處理諧響應(yīng)分析的結(jié)果保存在結(jié)構(gòu)分析jobname.rst文件中，如果結(jié)構(gòu)定義了阻尼，響應(yīng)將與載荷異步。所有結(jié)果將是復(fù)數(shù)形式的，并以實部和虛部存儲。通?？梢杂胮ost26和postl查看結(jié)果。一般的處理順序是用post26找到臨界強制頻率模型中關(guān)注點產(chǎn)生最大位移(或應(yīng)力)時的頻率，然后用postl在這些臨界強制頻率處處理整個模型。post26要用到結(jié)果項/頻率對應(yīng)關(guān)系表，即variables(變量)。每個變量都有一個參考號，1號變量被內(nèi)定為頻率。其中主要操作如下。.精品文檔(1)定義變量。gui：mainmenutime

32、histpostprodefinevariables。，命令：nsol用于定義基本數(shù)據(jù)(節(jié)點位移)esol用于定義派生數(shù)據(jù)(單元數(shù)據(jù)，如應(yīng)力)rforce用于定義反作用力數(shù)據(jù)。(2)繪制變量對頻率或其他變量的關(guān)系曲線，然后用plcplx指定用幅值/相位角方式或?qū)嵅?虛部方式表示解。gui：mainmenutimehistpostprographvariables。mainmenutimehistpostprosettingsgraph命令：plvar和plcplx。(3)列表變量值。如果只要求列出極值，可用extrem命令，然后用plcplx指定用幅值/相位角方式或?qū)嵅?虛部方式表示解。gui

33、：mainmenutimehistpostprolistvariableslistextremes。mainmenutimehistpostprolistextremesomainmenutimehistpostprosettingslist。命令：prvar、extrem和prcplx。通過查看整個模型中關(guān)鍵點處的時間歷程結(jié)果，可以得到用于進一步postl后處理的頻率值。使用postl時，使用set命令(gui：mainmenugeneralpostprocreadresults)讀入所需諧響應(yīng)分析的結(jié)果，但不能同時讀入實部或虛部。結(jié)果大小由實部和虛部的srss和(平方和取平方根)給出，在p

34、ost26中可得到模型中指定點處的真實結(jié)果，然后進行其他通用后處理。5.1.3瞬態(tài)動力學(xué)分析1.應(yīng)用瞬態(tài)動力學(xué)分析(亦稱時間歷程分析)是用于確定承受任意的隨時間變化載荷結(jié)構(gòu)的動力學(xué)響應(yīng)的一種方法，可用其分析確定結(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間變化的位移、應(yīng)變、應(yīng)力及力。載荷和時間的相關(guān)性使得慣性力和阻尼作用比較顯著，如果慣性力和阻尼作用不重要，即可用靜力學(xué)分析代替瞬態(tài)分析。2.預(yù)備工作瞬態(tài)動力學(xué)分析比靜力學(xué)分析更復(fù)雜，因為按工程時間計算，該分析通常要占用更多的計算機資源和更多的人力，可以做必要的預(yù)備丁作以節(jié)省大量資源。如果分析中包含非線性，可以通過進行靜力學(xué)分析嘗試了解非

35、線性特性如何影響結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，有時在動力學(xué)分析中不必包括非線性。通過模態(tài)分析計算結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，即可了解這些模態(tài)被激活時結(jié)構(gòu)如何響應(yīng)。固有頻率同樣也對計算正確的積分時間步長有用。瞬態(tài)動力學(xué)分析也可以采用full、reduced或modesuperposition方法。3.步驟使用full方法進行瞬態(tài)動力學(xué)分析的過程的主要步驟為建模、加載并求解，以及查看結(jié).精品文檔果及后處理。4.建模在該步驟中需指定文件名和分析標題，然后用prep7來定義單元類型、單元實常數(shù)、材料特性及幾何模型，需記住的要點如下。(1)只有線性行為是有效的，如果有非線性單元，則按線性單元處理。(2)必須指定楊氏模量ex(或

36、某種形式的剛度)和密度dens(或某種形式的質(zhì)量)。材料特性可為線性、各向同性或各向異性，以及恒定的或和溫度相關(guān)的，忽略非線性材料特性。5.加載并求解在該步驟中定義分析類型和選項、加載、指定載荷步選項并開始有限元求解。(1)進入ansys求解器。gui：mainmenusolution。命令：/solu。(2)定義分析類型和分析選項，用于瞬態(tài)動力學(xué)響應(yīng)分析的選項見表5-5。表5-5用于瞬態(tài)動力學(xué)響應(yīng)分析的選項選項newanalysis命令antypegui路徑mainmenusolutionanalysistypenewanalysisanalysistype:transientantyped

37、ynamicsmainmenusolutionanalysistypenewanalysistransientdynamicssolutionmethodlargedeformationeffectsmassmatrixformulationequationsolverstressstiffeningeffectnewton-raphsonoptionhroptnlgeomlumpmeqslvsstifnroptmainmenusolutionanalysistypeanalysisoptionsmainmenusolutionanalysistypeanalysisoptionsmainme

38、nusolutionanalysistypeanalysisoptionsmainmenusolutionanalysistypeanalysisoptionsmainmenusolutionanalysistypeanalysisoptionsmainmenusolutionanalysistypeanalysisoptionsnewanalysisantype：選擇新分析。已完成靜力學(xué)預(yù)應(yīng)力或full方法瞬態(tài)動力學(xué)分析并準備延伸時間歷程；選擇restart，重新啟動一次失敗的非線性分析。analysistypeantype：選擇分析類型為transientdynamics(瞬態(tài)動力學(xué)分析)

39、。solutionmethodhropt：選擇full、reduced或modesuperposition求解方法之。largedeformationeffectsnlgeom：考慮屬于幾何非線性的大變形(如彎曲的細長棒)或大應(yīng)變(如金屬成型問題)時，打開(on)選項。默認為小變形和小應(yīng)變。massmatrixformulationlumpm：建議在大多數(shù)應(yīng)用中采用默認質(zhì)量矩陣形成方式(和單元相關(guān))。但對有些包含薄膜結(jié)構(gòu)的問題，采用集中質(zhì)量矩陣近似經(jīng)常產(chǎn)生較好的結(jié)果并且求解時間短，需要內(nèi)存少。equationsolvereqslv：可選求解器有frontal(默認)、sparsedirect(

40、sparse)、jacobiconjugategradient(jcg)、jcgout-of-memory、incompletecholeskyconjugategradient(iccg)、preconditionedconjugategradient(pcg)和iterative(自動選擇，僅用于非線性靜力學(xué)分析/full方法瞬態(tài)動力學(xué)分析或穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)熱力學(xué)分析，建議采用)。對于大型模型，建議采用pcg求.精品文檔解器。stressstiffeningeffectsstif：應(yīng)力剛化屬于幾何非線性，在小變形分析中希望結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力顯著增加(或降低)結(jié)構(gòu)的剛度，如承受法向壓力的圓形薄膜，或者在

41、大變形分析中如果需要用此選項幫助收斂時選擇為on(默認為off)。newton-raphsonoptionnrort：指定在求解期間切線矩陣被刷新的頻度。僅在存在非線性時用，可選項包括program-chosen(默認)、full、modified及initialstiffness。(3)在模型上加載。按定義，瞬態(tài)動力學(xué)分析包含數(shù)值為時間函數(shù)的載荷，要指定這樣的載荷，需將載荷對時間的關(guān)系曲線劃分成合適的載荷步。在載荷/時間曲線上的每個“拐角”都應(yīng)作為一個載荷步，如圖5-1所示。a)b)圖5-1載荷/時間關(guān)系曲線的實例第1個載荷步通常被用來建立初始條件，然后指定后繼的瞬態(tài)載荷及加載步選項。對于每

42、一個載荷步，都要指定載荷值和時間值，以及其他載荷步選項，如載荷時按steped或ramped方式施加，以及是否使用自動時間步長等。最后將每一個載荷步寫入文件并一次性求解所有的載荷步。施加瞬態(tài)載荷的第1步是建立初始關(guān)系(即零時刻的情況)，瞬態(tài)動力學(xué)分析要求給定初始位移u0和初始速度v0兩種初始條件。如果沒有設(shè)置，u0和v0都被假定為0。初始加速度a0一般被假定為0，但可以通過在一個小的時間間隔內(nèi)施加合適的加速度載荷來指定非零的初始加速度。非零初始位移及/或非零初始速度的設(shè)置方法如下。gui：mainmenusolutiondefineloadsapplyinitialconditndefine。

43、命令：ic。除慣性載荷外，可以在實體模型(由關(guān)鍵點，線及面組成)或有限元模型(由節(jié)點和單元組成)上施加載荷。在分析過程中可以施加、刪除載荷或操作及列表載荷。普通選項如下：timetime：指定載荷步結(jié)束時間。steppedorrampedloadskbc：設(shè)置在載荷步kbc內(nèi)用ramped(直線上升，默認)方式或stepped(階躍)方式加載荷。integrationtimestepsubst或deltiml：積分時間步長是用于運動方程時間積分的時間增量值。可以直接用命令deltim或間接地用子步數(shù)nsubst指定。時間步長決定解的精度，其值越小，精度越高。.精品文檔automatictime

44、steppingautots：在瞬態(tài)分析中也為時間步長優(yōu)化，指程序按結(jié)構(gòu)的響應(yīng)增加或減縮積分步長。對于大多數(shù)問題，建議選擇此選項并指定上下限。動力學(xué)選項如下：timeintegrationeffectstimint：考慮慣性和阻尼影響時必須打開時間積分效果，否則進行靜力分析。默認為打開。該選項對以靜力分析開始的瞬態(tài)動力學(xué)分析很有用，即第1個載荷步求解時應(yīng)關(guān)閉時間積分效果。transientintegrationparameterstintp(瞬態(tài)積分參數(shù))：控制newmark時間積分法特性，默認為采用恒定平均加速度方案。damping：在人多數(shù)結(jié)構(gòu)中存在某種形式的阻尼且應(yīng)在分析中加以考慮，在瞬

45、態(tài)動力學(xué)分析中可指定a1pha(質(zhì)量)阻尼alphad、beta(剛度)阻尼betad和恒定阻尼比dmprat共3種形式的阻尼。非線性選項包括僅當存在非線性特性(塑性，接觸單元和蠕變等)時有用。輸出控制選項如下：printedoutputoutpr：指定輸出文件中包含的結(jié)果數(shù)據(jù)。databaseandresultsfileoutputoutres：控制jobname.rst文件中包含的數(shù)據(jù)。extrapolationofresultseresx：設(shè)置采用將結(jié)果復(fù)制到節(jié)點處方式，而默認的外插方式得到單元積分點結(jié)果。(4)保存當前載荷步設(shè)置到載荷步文件中。gui：mainmenusolutionl

46、oadstepoptswritelsfile。命令：lswrite。對載荷/時間關(guān)系曲線上的每個拐點重復(fù)步驟(3)(4)?？赡苄枰粋€額外的延伸到載荷曲線上最后一個時間外的載荷步，以考察在瞬態(tài)載荷施加后結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。(5)開始求解。gui：mainmenusolutionsolvecurrentls。命令：solve。(6)退出solution。gui：關(guān)閉solution菜單。命令：finish。6.查看結(jié)果和后處理瞬態(tài)動力學(xué)分析的結(jié)果被保存到結(jié)構(gòu)分析jobname.rst文件中，可以用post26和postl查看結(jié)果。post26要用到結(jié)果項頻率對應(yīng)關(guān)系表，即variables(變量)。每個

47、變量都有一個參考號，1號變量內(nèi)定為頻率。其中主要操作如下：(1)定義變量。gui：mainmenutimehistpostprodefinevariables。，命令：nsol用于定義基本數(shù)據(jù)(節(jié)點位移)esol用于定義派生數(shù)據(jù)(單元數(shù)據(jù)，如應(yīng)力)rforce用于定義反作用力數(shù)據(jù)，force(合力，或合力的靜力分量，阻尼分量和慣性力分量)及solu(時間步長，平衡迭代次數(shù)和響應(yīng)頻率等)。(2)繪制變量變化曲線或列出變量值，通過查看整個模型關(guān)鍵點處的時間歷程分析結(jié).精品文檔果，即可找到用于進一步的postl后處理的臨界時間點。gui：mainmenutimehistpostprographvar

48、iables。mainmenutimehistpostprolistvariables。mainmenutimehistpostprolistextremes。命令：plvar(繪制變量變化曲線)、plvar及extrem(變量值列表)。使用postl時主要操作如下：(1)從數(shù)據(jù)文件中讀入模型數(shù)據(jù)。gui：utilitymenufileresumefrom。命令：resume。(2)讀入需要的結(jié)果集，用set命令根據(jù)載荷步及子步序號或時間數(shù)值指定數(shù)據(jù)集。gui：mainmenugeneralpostprocreadresultsbytime/freq。命令：set。如果指定時刻沒有可用結(jié)果，得

49、到的結(jié)果將是和該時刻相距最近的兩個時間點對應(yīng)結(jié)果之間的線性插值。(3)顯示結(jié)構(gòu)的變形狀況，應(yīng)力及應(yīng)變等的等值線，或向量的向量圖iplvectl要得到數(shù)據(jù)的列表表格，使用prnsol、presol或prrsol等。displaydeformedshapegui：mainmenugeneralpostprocplotresultsdeformedshape。命令：pldisp。contourdisplaysgui：mainmenugeneralpostprocplotresultscontourplotnodalsoluorelementsolu。命令：plnsol或plesol，kund參數(shù)選擇是否將未變形的形狀疊加到顯示結(jié)果中。listreactionforcesandmomentsgui：mainmenugeneralpostproclistresults