M4-6
瞬态分析 - 术语和概念
求解方法
求解运动方程
直接积分法
模态叠加法
隐式积分
显式积分
完整矩阵法
缩减矩阵法
完整矩阵法
缩减矩阵法
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瞬态分析 – 术语和概念
求解方法 (接上页)
运动方程的两种求解法: 模态叠加法(在第六章中讨论) 直接积分法: – 运动方程可以直接对时间按步积分.在每个时间点, 需求解一组联立的静态平衡方程(F=ma); Newmark – ANSYS 采用Newmark 法这种隐式时间积分法; – ANSYS/LS-DYNA 则采用显式时间积分法; – 有关显式法和隐式法的讨论请参见第一章.
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瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件(接上页)
实例 - 高尔夫球棒端头的初速度 假定只对高尔夫球棒端头建模,并且整个端头运动 ,这时有初始条件v0≠0. 同时又假定 u0 = a0 = 0; 在这种情况下使用IC 命令法是方便的 1 选择球棒上的全部节点; 2 用 IC 命令施加初始速度或; – 选择 Solution > Apply > Initial Condit'n > Define + – 选用全部节点 – 选择方向并输入速度值 3 激活全部节点; 4 规定终止时间,施加其它载荷条件(如果存在 的话),然后求解.
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瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件(接上页)
施加初始条件的两种方法: 以静载荷步开始 – 当只需在模型的一部分上施加初始条件时,例如,用强加的位移 将悬臂梁的自由端从平衡位置 拨"开时,这种方法是有用的; " – 用于需要施加非零初始加速度时. 使用IC 命令 – Solution > Apply > Initial Condit'n > Define + – 当需在整个物体上施加非零初始位移或速度时 命令法是有用 IC 的.
第四章
瞬态动力分析
第四章:瞬态动力分析
第一节:瞬态动力分析的定义和目的 第二节:瞬态分析状态的基本术语和概念 第三节:在ANSYS中如何进行瞬态分析 第四节:瞬态分析实例
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瞬态分析
第一节:定义和目的
什么是瞬态动力分析 ? 它是确定随时间变化载荷(例如爆炸)作用下结 构响应的技术; 输入数据: – 作为时间函数的载荷 输出数据: – 随时间变化的位移和其它的导出量,如:应 力和应变.
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瞬态分析步骤
建
模
模型 允许所有各种非线性 记住要输入密度! 其余参见第一章建模所要考虑的问题
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瞬态分析步骤
建模命令(接上页)
/PREP7 ET,... MP,EX,... MP,DENS,… MP,DENS,… ! 建立几何模型 … ! 划分网格 ...
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瞬态分析步骤
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瞬态分析
定义和目的(接上页)
瞬态动力分析可以应用在以下设计中: 承受各种冲击载荷的结构,如:汽车中的门和缓 冲器,建筑框架以及悬挂系统等; 承受各种随时间变化载荷的结构,如:桥梁,地 面移动装置以及其它机器部件; 承受撞击和颠簸的家庭和办公设备,如:移动电 话,笔记本电脑和真空吸尘器等.
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瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件(接上页)
载荷步 2: – 打开瞬态效应; – 释放物体,例如, 删除物体上的 DOF 自由度约束; – 规定终止时间,连续进行瞬态分析.
Acel
0.0005 Load step 1
0.001
t
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瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件命令(接上页)
DK,… DL … DL,… DA,… ! 或 D或 DSYM
ACEL,… OMEGA,...
M4-23
瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件(接上页)
初始条件 时间t = 0时的条件:u0, v0, a0 它们的缺省值为, u0 = v0 = a0 = 0 可能要求非零初始条件的实例: – 飞机着陆 (v0≠0) – 高尔夫球棒击球 (v0≠0) – 物体跌落试验 (a0≠0)
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瞬态分析 - 术语和概念
积分时间步长
积分时间步长(亦称为ITS 或 t )是时间积分法中的一个重要概 念 – ITS = 从一个时间点到另一个时间点的时间增量t ; – 积分时间步长决定求解的精确度,因而其数值应仔细选取. ITS 应足够小以获取下列数据: – 响应频率 – 载荷突变 – 接触频率(如果存在的话) – 波传播效应(若存在)
选择分析类型和选项
3 建模 选择分析类型和选项: 进入求解器并选择瞬态分析 求解方法和其它选项 - 将在下面讨论 阻尼 – 将在下面讨论
典型命令: /SOLU ANTYPE ,TRANS ,NEW
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瞬态分析步骤
选择分析类型和选项(接上页)
求解方法 完整矩阵方法为缺省方法.允许下列非 线性选项: – 大变形 – 应力硬化 – Newton-Raphson 解法 Newton-Raphson 集中质量矩阵 主要用于细长梁和薄壁壳或波的传播 公式求解器 由程序自行选择
M4-11
瞬态分析 - 术语和概念
积分时间步长(接上页)
载荷突变 ITS 应足够小以获取载荷 突变
Load
t
Load
t
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瞬态分析 - 术语和概念
积分时间步长(接上页)
接触频率 当两个物体发生接触,间隙或接触表面 通常用刚度(间隙刚度)来描述; " " ITS ITS应足够小以获取间隙"弹簧"频率; 建议每个循环三十个点,这才足以获取 在两物体间的动量传递,比此更小的 ITS 会造成能量损失,并且冲击可能不 是完全弹性的.
! 载荷步 2 TIMINT,ON ! 打开瞬态效应开关 TIME … TIME,… ! 指定载荷步实际的终点时刻 NSEL,… !选择所有小物体的所有节点 DDELE,ALL,ALL ! 并删除所有约束 NSEL,ALL SOLVE ...
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瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件(接上页)
实例 – 将悬臂梁的自由端从平衡位置"拨"开" 这种情况时,在梁的自由端 u0≠0 , v0=0; 用静载荷步法; 载荷步 1: – 关闭瞬态效应.用 TIMINT,OFF 命令或 Solution > Time/Frequenc > Time Integration... – 采用小的时间间隔,例如, 0.001; – 2个子步, 分步加载(如果采用线性载荷或用一个子步, 0 就将 v 是非零的); – 在梁的自由端施加所要求的非零位移; – 求解.
1 ITS = 30 f c 1 fc = 2π
k m
f c = contact frequency k = gap stiffness m = effective mass
M4-13
瞬态分析 - 术语和概念
积分时间步长(接上页)
波传播 由冲击引起.在细长结构中更 为显著(如下落时以一端着地 的细棒) 需要很小的ITS ,并且在沿波 传播的方向需要精细的网格划 分 显式积分法(在ANSYSLS/DYNA采用)可能对此更为 适用
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瞬态分析
第二节:术语和概念
包括的主题如下: 运动方程 求解方法 积分时间步长
M4-5
瞬态分析 – 术语和概念
运动方程
用于瞬态动力分析的运动方程和通用运动方程相同;
[M ]{u} + [C ]{u} + [K ]{u} = {F (t )}
这是瞬态分析的最一般形式,载荷可为时间的任意函数; 按照求解方法, ANSYS 允许在瞬态动力分析中包括各种类 型的非线性- 大变形,接触,塑性等等.
M4-19
瞬态分析步骤
选择分析类型和选项命令(接上页)
TRNOPT,FULL NLGEOM,… SSTIF … SSTIF,… NROPT,… LUMPM,… EQSLV,...
M4-20
瞬态分析步骤
选择分析类型和选项(接上页)
阻尼 β α和β阻尼均可用; 在大多数情况下,忽略α阻尼(粘性 β 阻尼),仅规定β阻尼(由滞后造成的 阻尼): β = 2ξ/ω ω 式中 ξ 为阻尼比,ω 为主要响应频率 (rad/sec). rad/sec 典型命令: ALPHAD,… BETAD ,…
M4-21
瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件
3 建模 3 选择分析类型和选项 规定边界条件和初始条件 在这种情况下边界条件为载荷或在整个 瞬态过程中一直为常数的条件,例如: – 固定点(约束) – 对称条件 – 重力 初始条件将在下面讨论
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瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件命令 (接上页)
M4-25
瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件(接上页)
实例 - 物体从静止状态下落 这种情况 a0=g (重力加速度)v0=0 采用静载荷步法 1 载荷步1: – 关闭瞬态效应.用TIMINT,OFF 命令或 Solution > Time/Frequenc > Time Integration... – 采用小的时间间隔,例, 0.001; 2 – 采用2 个子步, 分步加载(如果采用线性载荷或一个子步, v0 就将是非零的); – 保持物体静止,例如,固定物体的全部自由度; – 施加等于 g 的加速度; – 求解.
M4-34
瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件命令(接上页)
NSEL,… IC … IC,… NSEL,ALL TIME,… … SOLVE
M4-35
瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件(接上页)