瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1瞬態(tài)動(dòng)力瞬態(tài)動(dòng)力(dngl)第一頁，共52頁。 tFuKuCuM 第2頁/共52頁第二頁，共52頁。求解運(yùn)動(dòng)方程求解運(yùn)動(dòng)方程直接積分法直接積分法模態(tài)疊加法模態(tài)疊加法隱式積分隱式積分顯式積分顯式積分完整矩陣法完整矩陣法縮減矩陣法縮減矩陣法完整矩陣法完整矩陣法縮減矩陣法縮減矩陣法第3頁/共52頁第三頁，共52頁。案選擇) n有多種不同的積分方案，如中心差分法，平均加速度法, Houbolt, WilsonQ, Newmark 等.第4頁/共52頁第四頁，共52頁。時(shí)間積分方案(fng n) 兩種積分方案(fng n) Newmark 和 HHT. 缺省為 Newmark不同的a 和d 造成

2、積分方案(fng n)的變化 (隱式 / 顯式 / 平均加速度 ).Newmark 是隱式積分方案(fng n).ANSYS/LS-DYNA 利用顯式積分方案(fng n). 第5頁/共52頁第五頁，共52頁。時(shí)間(shjin)積分方案 - HHT 方法 : Newmark 方法是求解方法是求解 t n+1時(shí)刻時(shí)刻(shk)的的運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方程HHT 方法方法 求解中間時(shí)間點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)求解中間時(shí)間點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程然后外推到方程然后外推到 t n+1.(Note: 缺省缺省HHT方法方法 a am = 0 )第6頁/共52頁第六頁，共52頁。指定指定(zhdng) GAMMA 或或ALPHAF/ALPH

3、AM第7頁/共52頁第七頁，共52頁。時(shí)間積分方案 為了穩(wěn)定性與精度要求(yoqi),下列關(guān)系需滿足. (HHT 方法退化成 Newmark 當(dāng)af與am 0時(shí)）HHT法可以通過簡單指定法可以通過簡單指定(zhdng)GAMMA值或指定值或指定(zhdng)ALPHAF與與 ALPHAM可以得到其他的可以得到其他的方法方法Hilber, Hughes and Taylor(HHT)Wood, Bossack and ZienkiewiczChung and Hulbert第8頁/共52頁第八頁，共52頁。第9頁/共52頁第九頁，共52頁。常值.n完全法瞬態(tài)分析， ANSYS 可以自動(dòng)調(diào)整時(shí)間步

4、大小在用戶指定的范圍內(nèi)第10頁/共52頁第十頁，共52頁。第11頁/共52頁第十一頁，共52頁。n每個(gè)循環(huán)中有20個(gè)時(shí)刻點(diǎn)應(yīng)是足夠的，即：nDt = 1/20fn式中 ，f 是所關(guān)心的最高響應(yīng)頻率。響應(yīng)(xingyng)周期第12頁/共52頁第十二頁，共52頁。LoadtLoadt第13頁/共52頁第十三頁，共52頁。小的ITS 會(huì)造成能量損失，并且沖擊(chngj)可能不是完全彈性的。有效質(zhì)量間隙剛度接觸頻率mkfmkffITSccc21301第14頁/共52頁第十四頁，共52頁。n顯式積分法（在ANSYS-LS/DYNA采用）可能對(duì)此更為(n wi)適用質(zhì)量密度楊氏模量彈性波速波長方向的長

5、度單元尺寸EEcLLxcxITS 20/3第15頁/共52頁第十五頁，共52頁。非線性響應(yīng)全瞬態(tài)分析可包括任何非線性類型.更小的 ITS 通常有助于平衡迭代收斂.塑性、蠕變及摩擦等非線性本質(zhì)上是非保守的，需要精確地遵循載荷加載歷程.小的 ITS 通常有助于精確跟蹤載荷歷程.小的ITS可跟蹤接觸(jich)狀態(tài)的變化.第16頁/共52頁第十六頁，共52頁。如何選擇 ITS?推薦打開(d ki)自動(dòng)時(shí)間步長選項(xiàng) (AUTOTS), 并設(shè)置初始時(shí)間步長Dtinitial和最小時(shí)間步長Dtmin 、最大時(shí)間步長Dtmax. ANSYS 會(huì)利用自動(dòng)時(shí)間步長功能來自動(dòng)決定最佳時(shí)間步長Dt.例如: 如果AU

6、TOTS 是打開(d ki)的， 并且Dtinitial= 1 sec, Dtmin= 0.01 sec, and Dtmax= 10 sec; 那 ANSYS 起始采用 ITS= 1 sec ，并依據(jù)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)允許其在0.01 和 10 之間變動(dòng).第17頁/共52頁第十七頁，共52頁。AUTOTS對(duì)于全瞬態(tài)分析缺省是打開的. 對(duì)于縮減法和模態(tài)疊加法，是不可用的.AUTOTS 會(huì)減小ITS (直到 Dtmin) 在下列情況:在響應(yīng)頻率處，小于20個(gè)點(diǎn)求解發(fā)散求解需要大量的平衡迭代（收斂(shulin)很慢） 塑性應(yīng)變?cè)谝粋€(gè)時(shí)間步內(nèi)累積超過15%蠕變率超過0.1如果接觸狀態(tài)要發(fā)生變化 ( 決大多

7、數(shù)接觸單元可由 KEYOPT(7) 控制)第18頁/共52頁第十八頁，共52頁。n所有的非線性因素可允許注意要求密度！第19頁/共52頁第十九頁，共52頁。第20頁/共52頁第二十頁，共52頁。自動(dòng)自動(dòng)(zdng)時(shí)間步長時(shí)間步長 (discussed next)指定載荷步結(jié)束時(shí)間指定載荷步結(jié)束時(shí)間指定初始、最大、最小時(shí)間步長指定初始、最大、最小時(shí)間步長 t.輸出控制輸出控制 controls (discussed next)第21頁/共52頁第二十一頁，共52頁。自動(dòng)時(shí)間步長在瞬態(tài)分析過程(guchng)中，可自動(dòng)計(jì)算正確的時(shí)間步長.推薦激活該選項(xiàng)同時(shí)指定最大與最小積分步長.如果有非線性因素

8、，選擇 “Program Chosen”選項(xiàng)注意: 在ANSYS 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)第22頁/共52頁第二十二頁，共52頁。輸出(shch)控制用來控制寫到結(jié)果文件的內(nèi)容.使用命令 OUTRES 或選擇 Solution Soln Control. Basic 通常的選項(xiàng)用來將每個(gè)子步的結(jié)果寫到結(jié)果文件中去.可光滑繪制結(jié)果與時(shí)間的關(guān)系曲線.可能造成結(jié)果文件龐大.第23頁/共52頁第二十三頁，共52頁。瞬態(tài)效應(yīng)瞬態(tài)效應(yīng)(xioyng) on/off用來設(shè)置初始條件用來設(shè)置初始條件階躍或漸進(jìn)載

9、荷階躍或漸進(jìn)載荷指定阻尼指定阻尼 使用缺省積分參數(shù)值使用缺省積分參數(shù)值 第24頁/共52頁第二十四頁，共52頁。典型典型(dinxng)命令命令:ALPHAD，BETAD，第25頁/共52頁第二十五頁，共52頁。第26頁/共52頁第二十六頁，共52頁。(v00)n物體跌落試驗(yàn)(a00)第27頁/共52頁第二十七頁，共52頁。nSolution Apply Initial Conditn Define +n當(dāng)需在整個(gè)物體上施加非零初始位移(wiy)或速度時(shí)IC 命令法是有用的。第28頁/共52頁第二十八頁，共52頁。n GUI：MainMenuSolution-Loads-ApplyInitia

10、l Conditn Define 第29頁/共52頁第二十九頁，共52頁。第30頁/共52頁第三十頁，共52頁。displacement = 1.0TIME,.4 ! Initial velocity = 1.0/0.4 = 2.5LSWRITE ! Write load data to load step file (Jobname.S01)DDELE,ALL,UY ! Remove imposed displacementsTIMINT,ON ! Time integration effects on.第31頁/共52頁第三十一頁，共52頁。第32頁/共52頁第三十二頁，共52頁。LSWR

11、ITE ! Write load data toload step file (Jobname.S01)! Transient solutionTIME,. ! Realistic time intervalDDELE,. ! Remove displacement constraints (if appropriate)KBC,0 ! Ramped loads (if appropriate)! Continue with normal transient solution procedures.第33頁/共52頁第三十三頁，共52頁。LoadtLoadtLoadt第34頁/共52頁第三十四

12、頁，共52頁。函數(shù)工具(gngj)允許施加復(fù)雜的邊界條件. 可通過函數(shù)編輯器Solution Define Loads Apply Functions Define/Edit建議: 如果邊界條件可直接用表格輸入，不推薦采用函數(shù)法.第35頁/共52頁第三十五頁，共52頁。0.5Forcet22.5101.0 1.5第36頁/共52頁第三十六頁，共52頁。第37頁/共52頁第三十七頁，共52頁。典型命令典型命令(mng lng):TIME，! 終點(diǎn)時(shí)間終點(diǎn)時(shí)間DELTIM，0.002，0.001，0.1! 起始起始,最小和最大最小和最大 ITSAUTOTS，ONOUTRES，SOLVE第38頁/共

13、52頁第三十八頁，共52頁。多載荷步法允許將載荷時(shí)間歷程采用多個(gè)載荷步.不需要(xyo)數(shù)組參數(shù). 只需簡單地施加每段載荷并求解或?qū)懗奢d荷步文件 (LSWRITE).第39頁/共52頁第三十九頁，共52頁。例如,要施加如圖力時(shí)間曲線 :1.需要三個(gè)載荷步: 一個(gè)(y )是上升漸進(jìn)載荷, 一個(gè)(y )是下降漸進(jìn)載荷,另一個(gè)(y )是階躍載荷.Forcet22.5100.5 1.0 1.52.定義載荷(zi h)步 1:在期望的節(jié)點(diǎn)施加力值22.5 單位.指定結(jié)束時(shí)間 (0.5), 積分時(shí)間步長和漸進(jìn)載荷(zi h).激活自動(dòng)時(shí)間步長，指定輸出控制，或求解或?qū)懗奢d荷(zi h)步 文件.第40頁/

14、共52頁第四十頁，共52頁。3.定義載荷步定義載荷步 2:改變力值為改變力值為 10.0.指定結(jié)束時(shí)間指定結(jié)束時(shí)間 (1.0). 不需指定積分時(shí)間步長或漸進(jìn)載荷不需指定積分時(shí)間步長或漸進(jìn)載荷.求解或?qū)懭胼d荷步文件求解或?qū)懭胼d荷步文件(wnjin).4.定義載荷步定義載荷步 3:刪除載荷或設(shè)置其值為刪除載荷或設(shè)置其值為指定結(jié)束時(shí)間指定結(jié)束時(shí)間 (1.5) 和階躍載荷和階躍載荷.求解或?qū)懭胼d荷步文件求解或?qū)懭胼d荷步文件(wnjin)第41頁/共52頁第四十一頁，共52頁。求解利用SOLVE命令 (或 LSSOLVE 如果是寫載荷步文件).在每個(gè)時(shí)間步，ANSYS基于(jy)載荷時(shí)間曲線計(jì)算載荷值.

15、第42頁/共52頁第四十二頁，共52頁。nLSWRITE ! Write load data to load step filenTIME,. ! Time at the end of 2nd transient load step nLoads . ! Load values at above timenKBC,. ! Stepped or ramped loadsnLSWRITE ! Write load data to load step filenTIME,. ! Time at the end of 3rd transient load step nLoads . ! Load values at above timenKBC,. ! Stepped or ramped loadsnLSWRITE ! Write load data to load step filen第43頁/共52頁第四十三頁，共52頁。采用采用 POST26，時(shí)間，時(shí)間(shjin)-歷程后處理歷程后處理器器采用采用 POST1，通用通用后處理器后處理器第44頁/共52頁第四十四頁，共52