workbench瞬态动力分析PPT课件

1、第四章 瞬态动力分析,瞬态动力分析总论,定义： 确定结构在任意随时间变化载荷作用下系统瞬态响应特性的技术。 输入数据： 最一般形式是载荷为时间的任意函数； 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。,运动方程,基本运动方程 这是动力学最通常的方程形式，载荷可以是任意随时间变化的. 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.,求解方法,求解方法,两种求解运动学方程方法: 模态叠加法 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（time = 0, Dt , 2Dt, 3Dt,.) ，需求解一组联立的静态平衡方程（F

2、=ma）； 需假定位移、速度和加速度是如何随时间而变化的， (积分方案选择) 有多种不同的积分方案，如中心差分法，平均加速度法, Houbolt, WilsonQ, Newmark 等.,求解方法,时间积分方案 两种积分方案 Newmark 和 HHT. 缺省为 Newmark 不同的a 和d 造成积分方案的变化 (隐式 / 显式 / 平均加速度 ). Newmark 是隐式积分方案. ANSYS/LS-DYNA 利用显式积分方案.,求解方法,时间积分方案 - HHT 方法 :,Newmark 方法是求解 t n+1时刻的运动方程,HHT 方法 求解中间时间点的运动方程然后外推到 t n+1.

3、 (Note: 缺省HHT方法 am = 0 ),求解方法,时间积分方案 - 时间积分参数, , a, d, af, am, 通过求解控制选项输入 TRNOPT, FULL , , NMK|HHT ! 缺省 Newmark TINTP,GAMMA,ALPHA,DELTA,THETA , , ALPHAF,ALPHAM,指定 GAMMA 或ALPHAF/ALPHAM,0 af Basic 通常的选项用来将每个子步的结果写到结果文件中去. 可光滑绘制结果与时间的关系曲线. 可能造成结果文件庞大.,分析选项,瞬态效应 on/off 用来设置初始条件 阶跃或渐进载荷 指定阻尼 使用缺省积分参数值,分析

4、选项,阻尼 和b阻尼均可用； 在大多数情况下，忽略阻尼（粘性阻尼），仅指定b阻尼（由滞后造成的阻尼）： b = 2/w 式中 x 为阻尼比，w 为主要响应频率 （rad/sec）。,典型命令: ALPHAD， BETAD，,分析选项,求解器选择 缺省ANSYS选择稀疏求解器 对于大自由度问题 (100000 dofs) 使用PCG法,初始条件,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 (v00) 高尔夫球棒击球 (v00) 物体跌落试验 (a00),施加初始条件的两种方法,以静载荷步开始 当

5、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 Conditn Define + 当需在整个物体上施加非零初始位移或速度时IC 命令法是有用的。,零初始位移和零初始速度,是缺省的初始条件，即如果u0 = v0 = 0 ，则不需要指定任何条件。 在第一个载荷步中可以加上对应于载荷时间关系曲线的第一个拐角处的载荷。 非零初始位移及/或非零初始速度可以用IC命令设置这些初始条件。 命令：IC GUI：MainMenuSolution-Loads

6、-ApplyInitial Conditn Define,零初始位移和非零初始速度,非零速度是通过对结构中需指定速度的部分加上小时间间隔上的小位移来实现的。比如如果 v0=0.25，可以通过在时间间隔0.004内加上0.001的位移来实现，命令流如下： . TIMINT,OFF ! Time integration effects off D,ALL,UY,.001 ! Small UY displ. (assuming Y-direction velocity) TIME,.004 ! Initial velocity = 0.001/0.004 = 0.25 LSWRITE ! Write

7、 load data to load step file (Jobname.S01) DDEL,ALL,UY ! Remove imposed displacements TIMINT,ON ! Time integration effects on .,非零初始位移和非零初始速度,和上面的情形相似，不过施加的位移是真实数值而非“小”数值。比如，若 u0 = 1.0且v0 = 2.5，则应当在时间间隔0.4内施加一个值为1.0的位移： . TIMINT,OFF ! Time integration effects off D,ALL,UY,1.0 ! Initial displacement

8、= 1.0 TIME,.4 ! Initial velocity = 1.0/0.4 = 2.5 LSWRITE ! Write load data to load step file (Jobname.S01) DDELE,ALL,UY ! Remove imposed displacements TIMINT,ON ! Time integration effects on .,非零初始位移和零初始速度,需要用两个子步NSUBST,2来实现，所加位移在两个子步间是阶跃变化的KBC,1。如果位移不是阶跃变化的（或只用一个子步），所加位移将随时间变化，从而产生非零初速度。下面的例子演示了如何施

9、加初始条件 u0 = 1.0， v0 = 0.0： . TIMINT,OFF ! Time integration effects off for static solution D,ALL,UY,1.0 ! Initial displacement = 1.0 TIME,.001 ! Small time interval NSUBST,2 ! Two substeps KBC,1 ! Stepped loads LSWRITE ! Write load data to load step file (Jobname.S01) ! Transient solution TIMINT,ON !

10、 Time-integration effects on for transient solution TIME,. ! Realistic time interval DDELE,ALL,UY ! Remove displacement constraints KBC,0 ! Ramped loads (if appropriate) ! Continue with normal transient solution procedures .,非零初始加速度,可以近似地通过在小的时间间隔内指定要加的加速度ACEL实现。例如，施加初始加速度为9.81的命令如下： . ACEL,9.81 ! I

11、nitial Y-direction acceleration TIME,.001 ! Small time interval NSUBST,2 ! Two substeps KBC,1 ! Stepped loads LSWRITE ! Write load data to load step file (Jobname.S01) ! Transient solution TIME,. ! Realistic time interval DDELE,. ! Remove displacement constraints (if appropriate) KBC,0 ! Ramped load

12、s (if appropriate) ! Continue with normal transient solution procedures .,施加时间-历程载荷方法,施加时间-历程载荷 时间- 历程载荷是随时间变化的载荷 这类载荷有两种施加方法： 函数工具 表输入法 多载荷步施加法,函数法,函数工具 允许施加复杂的边界条件. 可通过函数编辑器Solution Define Loads Apply Functions Define/Edit 建议: 如果边界条件可直接用表格输入，不推荐采用函数法.,表输入法,表输入法 允许定义载荷随时间变化的表（用数组参数）并采用此表作为载荷； 尤其是在同

13、时有几种不同的载荷，而每种载荷又都有它自己的时间历程时很方便； 例如，要施加下图所示的力随时间变化曲线： 1. 选择 Solution Apply Force/Moment On Nodes，然后拾取所需节点,表输入法,2. 选择力方向和 “新表New table”， 然后确定（OK）； 3. 输入表名和行数（时间点的数量），然后确定（OK）； 4. 填入时间和载荷值，然后File Apply/Quit；,表输入法,5. 规定终止时间和积分时间步长 Solution Time/Frequenc Time - Time Step 不必指定载荷的分步或线性条件，这已包含在载荷曲线中 6. 激活自动

14、时间步，规定输出控制，然后求解（稍后讨论）。,典型命令: TIME， ! 终点时间 DELTIM，0.002，0.001，0.1 ! 起始,最小和最大 ITS AUTOTS，ON OUTRES， SOLVE,多载荷步法,多载荷步法 允许将载荷时间历程采用多个载荷步. 不需要数组参数. 只需简单地施加每段载荷并求解或写成载荷步文件 (LSWRITE).,多载荷步法,例如,要施加如图力时间曲线 : 1. 需要三个载荷步: 一个是上升渐进载荷, 一个是下降渐进载荷,另一个是阶跃载荷.,2.定义载荷步 1: 在期望的节点施加力值22.5 单位. 指定结束时间 (0.5), 积分时间步长和渐进载荷. 激

15、活自动时间步长，指定输出控制，或求解或写成载荷步 文件.,多载荷步法,3.定义载荷步 2: 改变力值为 10.0. 指定结束时间 (1.0). 不需指定积分时间步长或渐进载荷. 求解或写入载荷步文件. 4. 定义载荷步 3: 删除载荷或设置其值为 指定结束时间 (1.5) 和阶跃载荷. 求解或写入载荷步文件,求解 利用SOLVE命令 (或 LSSOLVE 如果是写载荷步文件). 在每个时间步，ANSYS基于载荷时间曲线计算载荷值.,多载荷步法,多载荷步法,多载荷步过程文件： TIME,. ! Time at the end of 1st transient load step Loads .

16、! Load values at above time KBC,. ! Stepped or ramped loads LSWRITE ! Write load data to load step file TIME,. ! Time at the end of 2nd transient load step Loads . ! Load values at above time KBC,. ! Stepped or ramped loads LSWRITE ! Write load data to load step file TIME,. ! Time at the end of 3rd

17、transient load step Loads . ! Load values at above time KBC,. ! Stepped or ramped loads LSWRITE ! Write load data to load step file ,观察结果,由三步构成： 绘制结构中某些特殊点的结果-时间曲线 确定临界时间点 察看在这些临界时间点处整个结构上的结果,采用 POST26，时间-历程后处理器,采用 POST1，通用后处理器,POST26：绘制结果-时间曲线,绘制结果-时间曲线： 首先定义 POST26 的变量 节点或单元数据列表 用一个 2的编号来识别 变量 1 含有各时间点，并且是预见定义了的,POST26：绘制结果-时间曲线,定义变量 （接上页） 拾取那些变形最大的节点，然后选择自由度的方向 更新变量定义表,PO