第三章瞬態(tài)動力學分析報告報告材料

1、§ 3.1瞬態(tài)動力學分析的定義瞬態(tài)動力學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)的動力學響應(yīng)的一種方法?？梢杂盟矐B(tài)動力學分析確定結(jié)構(gòu)在穩(wěn)態(tài)載荷、 瞬態(tài)載荷和簡諧載荷的隨意組合作用下的隨時間變化的位移、應(yīng)變、應(yīng)力與力。 載荷和時間的相關(guān)性使得慣性力和阻尼作用比擬重要。 如果慣性力和阻尼作用不 重要，就可以用靜力學分析代替瞬態(tài)分析。瞬態(tài)動力學的根本運動方程是：其中:M=質(zhì)量矩陣C=阻尼矩陣K=剛度矩陣- =節(jié)點加速度向量1=節(jié)點速度向量u=節(jié)點位移向量在任意給定的時間+，這些方程可看作是一系列考慮了慣性力M - 丨和 阻尼力C "的靜力學平衡方程。ANSYS

2、?序使用Newmark時間積分方法在 離散的時間點上求解這些方程。兩個連續(xù)時間點間的時間增量稱為積分時間步長integrationtime step。§ 3.2學習瞬態(tài)動力學的預備工作瞬態(tài)動力學分析比靜力學分析更復雜，因為按“工程時間計算，瞬態(tài)動力 學分析通常要占用更多的計算機資源和更多的人力。 可以先做一些預備工作以理 解問題的物理意義，從而節(jié)省大量資源。例如，可以做以下預備工作：1. 首先分析一個較簡單模型。創(chuàng)建梁、質(zhì)量體和彈簧組成的模型，以最小的 代價深入的理解動力學認識，簡單模型更有利于全面了解所有的動力學響應(yīng)所需 要的。2. 如果分析包括非線性特性，建議首先利用靜力學分析掌

3、握非線性特性對結(jié) 構(gòu)響應(yīng)的影響規(guī)律。在某些場合，動力學分析中是沒必要包括非線性特性的。3. 掌握結(jié)構(gòu)動力學特性。通過做模態(tài)分析計算結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，了解 這些模態(tài)被激活時結(jié)構(gòu)的響應(yīng)狀態(tài)。 同時，固有頻率對計算正確的積分時間步長 十分有用。4. 對于非線性問題，考慮將模型的線性局部子結(jié)構(gòu)化以降低分析代價。<<高級技術(shù)分指南 >>中將講述子結(jié)構(gòu)。§ 3.3三種求解方法瞬態(tài)動力學分析可采用三種方法：完全Full法、縮減Reduced法與模 態(tài)疊加法。ANSYS/Professional產(chǎn)品中只允許用模態(tài)疊加法。在研究如何實現(xiàn) 這些方法之前，讓我們先探討一下各種方

4、法的優(yōu)點和缺點。§ 完全法完全法采用完整的系統(tǒng)矩陣計算瞬態(tài)響應(yīng)沒有矩陣縮減。它是三種方法 中功能最強的，允許包括各類非線性特性塑性、大變形、大應(yīng)變等。注一如果并不想包括任何非線性，應(yīng)當考慮使用另外兩種方法中的一種。這 是因為完全法是三種方法中開銷最大的一種。完全法的優(yōu)點是：容易使用，不必關(guān)心選擇主自由度或振型。允許各種類型的非線性特性。采用完整矩陣，不涉與質(zhì)量矩陣近似。在一次分析就能得到所有的位移和應(yīng)力。允許施加所有類型的載荷：節(jié)點力、外加的非零位移不建議采用 和單元載荷壓力和溫度，還允許通過 TABLE數(shù)組參數(shù)指定表邊界條件。允許在實體模型上施加的載荷。完全法的主要缺點是它比其它方

5、法開銷大。§ 模態(tài)疊加法模態(tài)疊加法通過對模態(tài)分析得到的振型特征值乘上因子并求和來計算結(jié) 構(gòu)的響應(yīng)。此法是ANSYS/Professional程序中唯一可用的瞬態(tài)動力學分析法。模態(tài)疊加法的優(yōu)點是：對于許多問題，它比縮減法或完全法更快開銷更小；只要模態(tài)分析不采用PowerDy namics方法，通過LVSCALE命令將模態(tài)分 析中施加的單元載荷引入到瞬態(tài)分析中；允許考慮模態(tài)阻尼阻尼比作為振型號的函數(shù)。模態(tài)疊加法的缺點是：整個瞬態(tài)分析過程中時間步長必須保持恒定，不允許采用自動時間步長；唯一允許的非線性是簡單的點點接觸間隙條件；不能施加強制位移非零位移。§ 縮減法縮減法通過采用主自

6、由度與縮減矩陣壓縮問題規(guī)模。在主自由度處的位移被 計算出來后，ANSY測將解擴展到原有的完整自由度集上。參見“模態(tài)分析 中的“矩陣縮減局部對縮減過程的詳細討論?？s減法的優(yōu)點是：比完全法快且開銷小?？s減法的缺點是：初始解只計算主自由度的位移，第二步進展擴展計算，得到完整空間上 的位移、應(yīng)力和力；不能施加單元載荷壓力，溫度等，但允許施加加速度。所有載荷必須加在用戶定義的主自由度上 限制在實體模型上施加載荷整個瞬態(tài)分析過程中時間步長必須保持恒定，不允許用自動時間步長。唯一允許的非線性是簡單的點一點接觸間隙條件。§ 3.4完全法瞬態(tài)動力學分析首先，講述完全法瞬態(tài)動力學分析過程，然后分別介紹模

7、態(tài)疊加法和縮減法 與完全法不一樣的計算步驟。完全法瞬態(tài)動力分析在ANSYS/Multiphsics、ANSYS/Mechauioal與 ANSYS/Structural 中可用由以下步驟組成：§ 建造模型在這一步中，首先要指定文件名和分析標題，然后用PREP7S義單元類型，單元實常數(shù)，材料性質(zhì)與幾何模型。這些工作在大多數(shù)分析中是相似的。vvANSYS 建模與網(wǎng)格指南 >>詳細地說明了如何進展這些工作。對于完全法瞬態(tài)動力學分析，注意下面兩點:-可以用線性和非線性單元;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。材料特性可以是線性的或非線性的、各

8、向同性的或各向異性的、恒定的 或和溫度有關(guān)的。劃分合理的網(wǎng)格密度:網(wǎng)格密度應(yīng)當密到足以確定感興趣的最高階振型；對應(yīng)力或應(yīng)變感興趣的區(qū)域比只考察位移的區(qū)域的網(wǎng)格密度要細一些；如果要包含非線性特性，網(wǎng)格密度應(yīng)當密到足以捕捉到非線性效應(yīng)。例 如，塑性分析要求在較大塑性變形梯度的區(qū)域有合理的積分點密度即要求較密的網(wǎng)格；如果對波傳播效果感興趣例如，一根棒的末端準確落地，網(wǎng)格密度 應(yīng)當密到足以解算出波動效應(yīng)。根本準如此是沿波的傳播方向每一波長至少有 20個單元。§ 342建立初始條件在執(zhí)行完全法瞬態(tài)動力學分析之前，用戶需要正確理解建立初始條件和正確 使用載荷步。瞬態(tài)動力學分析顧名思義包含時間函數(shù)

9、的載荷。為了定義這樣的載荷，用戶 需要將載荷一時間關(guān)系曲線劃分成適宜的載荷步。載荷一時間曲線上的每個“拐角"對應(yīng)一個載荷步，如圖3.1所示。時間關(guān)系曲線第一個載荷步通常被用來建立初始條件，然后為第二和后繼瞬態(tài)載荷步施加 載荷并設(shè)置載步選項。對于每個載荷步，都要指定載荷值和時間值，同時指定其 它的載荷步選項，如采用階梯加載還是斜坡加載方式施加載荷以與是否使用自動 時間步長等。然后，將每個載荷步寫入載荷步文件，最后一次性求解所有載荷步。施加瞬態(tài)載荷的第一步是建立初始條件即零時刻時的情況。瞬態(tài)動力學分析要求給定兩種初始條件因為要求解的方程是兩階的：初始位移-':和 初始速度&quo

10、t;。如果沒有進展特意設(shè)置，"和"都被假定為0。初始加速度宀一般假定為0,但可以通過在一個小的時間間隔內(nèi)施加適宜的加速度載荷 來指定非零的初始加速度。下面的段落描述了如何施加不同組合形式的初始條件。§ 342.1零初始位移和零初始速度這是缺省的初始條件，即如果，二門=0,如此不需要指定任何條件。在第一個載荷步中可以加上對應(yīng)于載荷/時間關(guān)系曲線的第一個拐角處的載荷。§可以用IC命令設(shè)置這些初始條件。命令：ICGUI: Main Menu>Solution>-Loads-Apply>lnitialCondit ' n>Defi

11、ne注意：不要定義矛盾的初始條件。例如，在某單一自由度處定義了初始速度， 如此在所有其它自由度處的初始速度將為0.0，潛在地會產(chǎn)生沖突的初始條件。在大多數(shù)情形下要在模型的每個未約束自由度處定義初始條件。如果這些條件 對各自由度是不同的，那么就可以較容易地明確指定初始條件，如下所述。關(guān)于TIMINT和IC命令的說明參見vvANSY命令參考手冊>>。§ 零初始位移和非零初始速度非零速度是通過對結(jié)構(gòu)中需指定速度的局部加上小時間間隔上的小位移來實現(xiàn)的。比如如果“=0.25，可以通過在時間間隔0.004內(nèi)加上0.001的位移來實現(xiàn)，命令流如下：TIMINT,OFF! Time in

12、 tegrationeffects offD,ALL,UY,.001! Small UY displ. (assuming Y-direction velocity)LSWRITE! Write load data to loadstep file (Jobname.S01)DDEL,ALL,UY! Remove imposed displacementsTIMINT,ON! Time in tegration effectson§ 342.4非零初始位移和非零初始速度和上面的情形相似，不過施加的位移是真實數(shù)值而非“小'數(shù)值。比如，假如,=2.5，如此應(yīng)當在時間間隔0.4內(nèi)施

13、加一個值為1.0的位移：TIMINT,OFF! Time in tegrationeffects offLSWRITE! Write load data to load step file(Jobname.S01)DDELE,ALL,UY! Remove imposed displacementsTIMINT,ON! Time in tegrationeffects on§ 非零初始位移和零初始速度需要用兩個子步NSUBST,2來實現(xiàn)，所加位移在兩個子步間是階躍變化的 KBC,1。如果位移不是階躍變化的或只用一個子步，所加位移將隨時間變化，從而產(chǎn)生非零初速度。下面的例子演示了如何施加

14、初始條件小 =1.0,1=0.0 :TIMINT,OFF! Time in tegration effects off for static soluti onTIME,.001! Small time in tervalNSUBST,2! Two substepsKBC,1! Stepped loadsLSWRITE! Write load data to load step file (Jobname.S01)!tra nsie ntsoluti onTIMINT,ON! Time-i ntegrati oneffects on for tran sie ntsoluti onTIME,.

15、! Realistic time in tervalDDELE,ALL,UY! Remove displacementconstraintsKBC,0! Ramped loads (if appropriate)Continue withno rmaltran sie nt soluti on procedures§ 342.6非零初始加速度可以近似地通過在小的時間間隔內(nèi)指定要加的加速度ACEL實現(xiàn)。例如，施加初始加速度為9.81的命令如下：ACEL,9.81!In itial Y-directionaccelerationTIME,.001!Small time in terval

16、NSUBST,2! Two substepsKBC,1! Stepped loads(Job name.SOI)LSWRITE! Write load data to load step file!tra nsie ntsoluti onTIME,.! Realistic timein tervalDDELE,.! Remove displacementconstraints(if appropriate)KBC,0! Ramped loads (if appropriate)Continue withno rmal tran sie ntsoluti onprocedures參見vvANSY

17、命令參考手冊 >>中關(guān)于命令 ACELTIME、NSUBSTKBCLSWRITE DDEL傣口 KBC的論述。§ 設(shè)置求解控制設(shè)置求解控制涉與定義分析類型、分析選項以與載荷步設(shè)置。執(zhí)行完全法瞬 態(tài)動力學分析，可以使用最新型的求解界面稱為求解控制對話框進展這些選 項的設(shè)置。求解控制對話框提供大多數(shù)結(jié)構(gòu)完全法瞬態(tài)動力分析所需要的缺省設(shè) 置，即用戶只需要設(shè)置少量的必要選項。完全法瞬態(tài)動力分析建議采用求解控制 對話框，本章將詳細進展介紹。如果完全瞬態(tài)動力分析需要初始條件，必須在分析的第一個載荷步進展，然 后反復利用求解控制對話框為后續(xù)荷步設(shè)置載載荷步選項即重復求解的3-6步。如果

18、不喜歡使用求解控制對話框Mai n Men u>Solutio n>-A nalysisType-Sol"n Control，仍然可以沿用標準 ANSY瞇解命令與其對應(yīng)的菜單路 徑Main Menu>Solution>Unabridged Menu>option。求解控制對話框一般 形式參見ANSYS艮本分析指南的針對確定的結(jié)構(gòu)分析類型選用特定的求解控制。§ 343.1使用求解控制對話框選擇菜單路徑 Ma in Me nu>Solutio n>-A nalysis Type-Sol"n Con trol ，就 彈出求解控制

19、對話框。下面將詳細講述求解控制對話框各頁片夾中的選項。 想要 知道設(shè)置各選項的細節(jié)，選擇感興趣的頁片夾，然后單擊 Help按鈕。本章還會 講述相關(guān)非線性結(jié)構(gòu)分析的一些細節(jié)問題。§ 343.2使用頁片夾求解控制對話框包含5各頁片夾，各頁片夾中分組設(shè)置控制選項，并將大多 數(shù)根本控制選項設(shè)置在第一個頁片夾中，其他頁片夾提供更高級的控制選項。通 過各頁片夾，輕松達到控制求解過程。打開求解控制對話框，根本頁片夾總是處于激活狀態(tài)，只包含 ANSYS析所 需要設(shè)置的最少選項。如果根本頁片夾已經(jīng)滿足控制要求，其他高級選項只有缺 省狀態(tài)不符合求解控制才需要進一步進展調(diào)整。一旦單擊任何頁片夾中的 0K按

20、 鈕，所有求解控制對話框中選項設(shè)置都定義到 ANSY數(shù)據(jù)庫中，同時關(guān)閉求解控 制對話框?？梢允怯酶卷撈瑠A設(shè)置下表中的選項。打開求解控制對話框，選擇 Basic 頁片夾，進展設(shè)置。根本頁片夾選項選項更多信息參見：指定分析類型ANTYPE , NLGEOM ANSYS根本分析指南中的定義分析類型和分 析設(shè)置ANSYS結(jié)構(gòu)分析指南中的非線性結(jié)構(gòu)分析ANSYS根本分析指南中的重啟動分析控制時間設(shè)置，包括：載荷步終點時間TIME ，自動時間步長AUTOTS 以與載荷步內(nèi)的子步數(shù)NSUBST 或 DELTIM ANSYS根本分析指南中 的跟蹤中的時間作用ANSYS根本分析指南中 的一般選項指定寫入數(shù)據(jù)庫

21、的求解結(jié)果數(shù)據(jù)OUTRES ANSYS根本分析指南中 的輸出控制在瞬態(tài)動力學中，這些選項的特殊考慮有:1）當設(shè)置ANTYPE和NLGEOM寸，如果執(zhí)行一個新分析希望忽略大位移效應(yīng)， 如大變形、大轉(zhuǎn)角和大應(yīng)變，就選擇小位移瞬態(tài)。如果希望考慮大變形如彎曲 的長細桿件或大應(yīng)變?nèi)缃饘俪尚?，就選擇大位移瞬態(tài)。如果希望重啟動一 個失敗的非線性分析，或者前面完成一個靜態(tài)預應(yīng)力分析或完全法瞬態(tài)動力分 析，而后希望繼續(xù)下面的時間歷程計算，就可以選擇重啟動當前分析。2）當設(shè)置AUTOT時，記住該載荷步選項瞬態(tài)動力學分析中也稱為時間步長優(yōu)化基于結(jié)構(gòu)的響應(yīng)增大或減小積分時間步長。對于多數(shù)問題，建議打開自動時間步長與積

22、分時間步長的上下限。通過DELTIM和NSUBST旨定積分步長上下限，有助于限制時間步長的波動 X圍；更多信息參見 Automatic Time Stepping。缺省值為不打開自動時間步長。3）NSUBS和DELTIM是載荷步選項，用于指定瞬態(tài)分析積分時間步長。積分 時間步長是運動方程時間積分中的時間增量。時間積分增量可以直接或間接指定即通過子步數(shù)目。時間步長的大小決定求解的精度：它的值越小，精度就越 高。使用時應(yīng)當考慮多種因素，以便計算出一個好的積分時間步長， 詳情參見積 分時間步長章節(jié)。4）當設(shè)置OUTRE時，記住下面須知事項:在完全法瞬態(tài)動力分析，缺省時只有最后子步時間點寫入結(jié)果文件

23、為了將所有子步寫入，需要設(shè)置所有子步的寫入頻率。同時，缺省時只有1000個結(jié)果序列能夠?qū)懭虢Y(jié)果文件。如果超過這個數(shù)目基于用戶的OUTRE定義， 程序?qū)⒄J為出錯終止。使用命令 /CONFIGURE可以增大限制數(shù)參見 ANSYS艮 本分析指南中的內(nèi)存和配置章節(jié)。§ 343.3使用瞬態(tài)頁片夾利用瞬態(tài)頁片夾設(shè)置其中的 瞬態(tài)動力選項。有關(guān)設(shè)置這些選項的具體信息, 打開求解控制對話框，選擇瞬態(tài)頁片夾，然后單擊Help按鈕。瞬態(tài)頁片夾選項選項更多信息參見：指定是否考慮時間積分效應(yīng)ANSYS結(jié)構(gòu)分析指南中“執(zhí)行非線性瞬TIMINT 態(tài)分析"ANSYS根本分析指南中“突變一漸變載指定采用漸變

24、加載還是突變加載方式荷”KBC ANSYS根本分析指南中“突變或漸變載 荷”指定質(zhì)量和剛度阻尼ALPHAD ,BETADANSYS結(jié)構(gòu)分析指南中“阻尼"定義積分參數(shù)TINTP ANSYS, Inc. TheoryRefere nee在完全法瞬態(tài)動力學中，這些選項的特殊考慮有：1) TIMINT是動力載荷步選項，用于指定是否打開時間積分效應(yīng) TIMINT 對于需要考慮慣性和阻尼效益的分析，必須打開時間積分效應(yīng)否如此當作靜力 進展求解，所以缺省值為打開時間積分效應(yīng)。 進展完靜力分析之后接著進展瞬 態(tài)分析時，該選項十分有用；也就是說，前面的載荷步必須關(guān)閉時間積分效應(yīng)。2) ALPHAD p

25、ha 或 mass, damping)和 BETAD (beta 或 stiffness ， damping)是動力載荷步選項，用于指定阻尼。大多數(shù)結(jié)構(gòu)中都存在某種形式的阻 尼，必須在分析中考慮進來。3) TINTP是動力載荷步選項，用于指定瞬態(tài)積分參數(shù)。瞬態(tài)積分參數(shù)控制 Newmark時間積分技術(shù)，缺省值為采用恒定的平均值加速度積分算法。§ 343.4使用求解選項頁片夾求解選項頁片夾選項用于完全法瞬態(tài)分析的具體設(shè)置完全與結(jié)構(gòu)分析指南靜 力分析中一致。詳情參見結(jié)構(gòu)分析中使用求解選項頁片夾。§ 使用非線性頁片夾非線性頁片夾選項用于完全法瞬態(tài)分析的具體設(shè)置完全與結(jié)構(gòu)分析指南靜力

26、 分析中一致。詳情參見結(jié)構(gòu)分析中使用非線性頁片夾。§ 使用高級非線性頁片夾除弧長法選項外，其他高級非線性頁片夾選項均可以用于完全法瞬態(tài)分析， 設(shè)置方法與靜力分析完全一致。詳情參見結(jié)構(gòu)分析中高級非線性頁片夾。§ 設(shè)置其他求解選項還有一些選項并不出現(xiàn)在求解控制對話框中，因為他們很少被使用，而且缺 省值很少需要進展調(diào)整。ANSY提供有相應(yīng)的菜單路徑用于設(shè)置它們。這里提到的許多項選擇項是非線性選項，詳情參見非線性結(jié)構(gòu)分析。§ 344.1應(yīng)力剛化效應(yīng)利用SSTIF命令可以讓包括18X家族單元在內(nèi)的一些單元包含應(yīng)力剛化效 應(yīng)。要確定單元是否具有應(yīng)力剛化效應(yīng)算法， 請參閱ANS

27、YS單元參考手冊中 單元說明。缺省時，如果NLGEOM幾何大變形設(shè)置為 ON如此應(yīng)力剛化效應(yīng)為打開。 在一些特殊條件下，應(yīng)當關(guān)閉應(yīng)力剛化效應(yīng)：應(yīng)力剛化僅僅用于非線性分析。如果執(zhí)行線性分析NLGEOM ,OFF,應(yīng)當關(guān)閉應(yīng)力剛化效應(yīng)；在分析之前，應(yīng)當預計機構(gòu)不會因為屈曲分岔，突然穿過破壞。一般情況下，包含應(yīng)力剛化效應(yīng)能夠加速非線性收斂特性。記住上述要點， 在某些特殊計算中出現(xiàn)收斂困難時，可以關(guān)閉應(yīng)力剛化效應(yīng)，例如局部失效。命令：SSTIFGUI: MainMenu>Solution>UnabridgedMenu>AnalysisOptions§ 3.4.4.2Newt

28、on-Raphson選項該選項只用于非線性分析，指定求解過程中切線矩陣修正的頻率，允許如下 取值： Program-chose n (default) Full Modified In itial stiffness Full with un symmetric matrix命令：NROPTGUI: Main Menu>Solution>UnabridgedMenu>Analysis Options§ 預應(yīng)力效應(yīng)在分析中可以包含預應(yīng)力效應(yīng)，需要上一次靜力或瞬態(tài)分析的單元文件，詳 情參見有預應(yīng)力的瞬態(tài)動力分析。命令：PSTRESGUI: MainMenu>Sol

29、ution>UnabridgedMenu>AnalysisOptions§ 344.4阻尼選項使用該載荷步選項定義阻尼。大多數(shù)結(jié)構(gòu)中都存在某種形式的阻尼，必須在 分析中考慮進來。除在求解控制對話框中設(shè)置ALPHAD和BETAD阻尼外，還可以瞬態(tài)完全法瞬態(tài)動力分析設(shè)置以下阻尼：材料相關(guān)beta阻尼MP ,DAMP單元阻尼(BIN7等)利用下面方法定義 MP阻尼：命令：MP ,DAMPGUI: Main Menu>Solution>Unabridged Menu>-Load Step Opts-Other>Change Mat Props>-Te

30、mp Dependent-Polynomial§ 質(zhì)量矩陣模式該分析選項用于指定集中質(zhì)量矩陣模式。對于大多數(shù)應(yīng)用，建議采用缺省模 式。但是，某些薄壁結(jié)構(gòu)如纖細梁或薄殼等，集中質(zhì)量近似模式能夠提供更好的結(jié)果。并且，集中質(zhì)量近似模式耗機時最短，內(nèi)存要求最少。使用方法如下：命令：LUMPMGUI: Main Menu>Solution>Unabridged Menu>Analysis Options§ 蠕變準如此該非線性載荷步選項對自動時間步長指定蠕變準如此：命令：CRPLIMGUI: Main Menu>Solution>Unabridged Me

31、nu>-Load StepOpts-N on li near>CreepCriteri on§ 打印輸出使用該載荷步選項以便讓所有結(jié)果數(shù)據(jù)寫進輸出文件(Job name.OUT)。命令：OUTPRGUI: Main Menu>Solution>UnabridgedMenu>-Load Step Opts-OutputCtrls>SoluPrin tout注意：屢次執(zhí)行OUTPR命令的適當使用是比擬嚴謹做法。詳情參見ANSYS根本分析指南中“輸出控制。§ 344.8結(jié)果外推使用該載荷步選項可以將單元積分點結(jié)果復制到節(jié)點，而不是將它們的結(jié)果

32、外推到節(jié)點缺省方式，用于檢查單元積分點上的結(jié)果。命令：ERESXGUI: Main Menu>Solution>UnabridgedMenu>-Load Step Opts-OutputCtrls>I ntegrati onPt§ 施加載荷下表總結(jié)了瞬態(tài)動力分析允許施加的載荷。除慣性載荷外，其他載荷可以施 加到實體模型關(guān)鍵點、線和面或有限元模型節(jié)點和單元上。 vvANSY根 本過程分析指南 >>的§ 施加載荷對各類載荷有詳細的介紹。在分析中，可 以施加、運算或刪除載荷。關(guān)于實體模型載荷一有限兀載荷之間關(guān)系的討論參見 vvANSY根本過程分

33、析指南 >>第二章載荷。還可以利用一維表TABLE類型數(shù)組 來施加隨時間變化的邊界條件， 詳情參見§ 2.3.4.2.1 使用TABLE類型數(shù)組參數(shù) 施加載荷。瞬態(tài)動力學分析中可用的載荷載荷類型X疇更多信息參見：Displacement :UX,UYUZ約束ANSYS根本分析指南中“ DOF約束"ROTX,ROTY,ROTZForce,Moment :FX,FY,FZ力ANSYS根本分析指南中“力集中載荷"MX,MY,MZPressure : PRES面載荷ANSYS根本分析指南中“外表載荷"Temperature : TEMP體載荷ANSY

34、S根本分析指南中“體載荷"Flue nee : FLUEGravity,Spi nning等慣性載荷ANSYS根本分析指南中“慣性載荷"§ 346存儲當前載荷步的載荷配置如建立初始條件中所述，需要針對載荷-時間曲線的每個拐點進展施加載荷并 存儲載荷配置到各自的載荷步文件。可能需要有一個額外的延伸到載荷曲線上最 后一個時間點之外的載荷步，以考察在瞬態(tài)載荷施加后結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。命令：LSWRITEGUI: Main Menu>Solution>WriteLS File§ § 343-6定義完全法瞬態(tài)動力分析的其他載荷步，只要重復§

35、 步驟，即重新 設(shè)置必須的求解控制和選項、施加載荷和將載荷配置寫進文件。對于每個載荷步， 能夠設(shè)置如下選項： TIMINT , TINTP , ALPHAD BETAD MPQAMP, TIME, KBC, NSUBST , DELTIM , AUTOTS , NEQIT , VTOL , PRED , LNSRCH , CRPLIM , NV , CUTCONTROL , OUTPR , OUTRES , ERESX ,and RESCONTROL載荷步文件舉例如下：TIME, .!Time at the end of 1st tran sie ntloadstepLoads .!Load

36、values at above timeKBC, .!Stepped or ramped loadsLSWRITE!Write load data to load step fileTIME, .!Time at the end of 2nd tran sie ntloadstepLoads .!Load values at above timeKBC, .!Stepped or ramped loadsLSWRITE!Write load data to load step fileTIME, .!Time at the end of 3rd tran sie ntloadstepLoads

37、 .!Load values at above timeKBC, .!Stepped or ramped loadsLSWRITE! Write load data to load step file§ 348存儲數(shù)據(jù)庫備份文件將數(shù)據(jù)庫保存到備份文件。這樣在重新進入ANSYS?序后用命令RESUM便可 恢復以前的模型。命令：SAVEGUI: Utility Menu>File>Save as§ 349開始瞬態(tài)求解命令:LSSOLVEGUI:Main Menu>Solution>-Solve-FromLS Files使用如下其中一種方法進展求解:其它的

38、生成和求解多步載荷的方法array SOLVED詳情參見ANSY根本過程分析指南parameter 法和 multiple>>的§ 3.14求解多載荷步。§ 退出求解器使用如下其中一種方法退出求解器:命令：FINISHGUI:關(guān)閉Solution菜單§ 觀察結(jié)果瞬態(tài)動力學分析生成的結(jié)果保存在結(jié)構(gòu)分析結(jié)果文件Job name.RST中，所有數(shù)據(jù)都是時間的函數(shù)。包含如下數(shù)據(jù)：1. 根本數(shù)據(jù)：-節(jié)點位移UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROZ16 / 72-節(jié)點和單元應(yīng)力-節(jié)點和單元應(yīng)變-單元力-節(jié)點反力§ 3411.1后處理器可以用時間歷程后

39、處理器 POST26或者通用后處理器POST睞觀察這些結(jié)果 POST2用于觀察模型中指定點處隨時間變化的結(jié)果。 POST用于觀察指定時間點整個模型的結(jié)果。下面將描述在瞬態(tài)動力學分析中常用的一些后處理操作。關(guān)于所有后處理功能的詳細描述參見vvANSY根本分析過程指南 >>的§ 4.1 0§ 3.4.11.2 注意要點用POST1或 POST26觀察結(jié)果時，數(shù)據(jù)庫中必須包含與求解模型一樣的模型 必要時用RESUM命令。必須存在有效的結(jié)果文件Job name. RST§ 3.4.11.3 使用 POST26POST26S用到結(jié)果項一時間關(guān)系表，即 varia

40、bles 變量。每一個變量都 有一個參考號，1號變量被內(nèi)定為時間。命令：NSOL根本數(shù)據(jù)即節(jié)點位移ESOL派生數(shù)據(jù)即單元解數(shù)據(jù)，如應(yīng)力RFORCE反作用力數(shù)據(jù)FORCE：合力，或合力的靜力分量，阻尼分量，慣性力分量SOLU時間步長，平衡迭代次數(shù)，響應(yīng)頻率，等。GUI: Main Menu>TimeHist Postpro>DefineVariables注一在縮減法或模態(tài)疊加法中，用命令 FORCER能得到靜力。2. 繪制變量曲線或列出變量值。通過觀察完整模型關(guān)心點的時間歷程結(jié)果， 就可以確定需要用POST1后處理器進一步處理的臨界時間點。命令：PLVA繪制變量變化曲線PLVAR,E

41、XTREM變量值列表GUI:Main Men u>TimeHist Postpro>Graph VariablesMai n Menu >TimeHist Postpro>List VariablesMai n Menu >TimeHist Postpro>List Extremes在POST26中還可以使用許多其它后處理功能，如在變量間進展數(shù)學運算復 數(shù)運算，將變量值傳遞給數(shù)組元素，將數(shù)組元素值傳遞給變量等。詳情參見 vvANSY根本分析過程指南 >>的第六章時間歷程后處理器POST26。§ 3.4.11.4 使用 POST11. 從

42、數(shù)據(jù)庫文件中讀入模型數(shù)據(jù)。命令：RESUMEGUI: UtilityMenu>File>Resume from2. 讀入需要的結(jié)果集。用SET命令根據(jù)載荷步與子步序號或根據(jù)時間數(shù)值指 定數(shù)據(jù)集。命令：SETGUI: Main Menu>General Postproc>-Read Results-By Time/Freq3. 執(zhí)行必要的POST1操作。在瞬態(tài)動力分析中典型的 POST1B作與靜力分析中完全一致。詳情參見§2.364典型的后處理操作。注一如果指定的時刻沒有可用結(jié)果，得到的結(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。§

43、完全法瞬態(tài)分析的典型命令流下面給出的是可以概括用完全法進展瞬態(tài)動力學分析的過程的輸入命令流：!Build the Model/FILNAM,.!Job name/TITLE,.!Title/PREP7! En terPREP7!Gen erate modelFINISH!Apply Loads and Obta in the Soluti on/SOLU!E nterSOLUTIONANTYPE,TRANS! Tra nsie ntan alysisTRNOPT,FULL! Full methodD,.!Con strai ntsF,.!LoadsSF,.ALPHAD,.!Mass dampi

44、ngBETAD,.! Stiffness dampi ngKBC,.! Ramped or stepped loadsTIME,.! Time at end of load stepAUTOTS,ON! Auto time steppi ngDELTIM,.!Time step sizeOUTRES,.! Results file data opti onsLSWRITE! Write first load stepLoads, time,etc. for 2nd loadstepLSWRITE! Write 2nd load stepSAVELSSOLVE,1,2! In itiate mu

45、ltiple load step solutionFINISH!Review the Results/POST26SOLU,.!Storesolutionsummary dataNSOL,.!Storeno dal resultasa variableESOL,!Storeeleme nt resultasi a variableRFORCE,.! Storereacti onasavariablePLVAR,.!PlotvariablesPRVAR,.!ListvariablesFINISH/POST1SET,.!Read desiredset of resultsinto database

46、PLDISP,.!Deformed shapePRRSOL,.! Reaction loadsPLNSOL,.!Con tour plotof no dalresultsPRERR! Globalperce nterror(a measure of mesh adequacy)-! Other postprocess ingas desiredFINISH參見<< ANSYS命令參考手冊 >> 中的討論： ANTYPE , TRNOPT , ALPHAD , BETAD KBC, TIME , AUTOTS DELTIM, OUTRES LSWRITE LSSOLVE

47、SOLU, NSOL , ESOL , RFORCE , PLVAR , PRVAR , PLDISP , PRRSOL , PLNSOL PRERR 命令。§ 3.5模態(tài)疊加法瞬態(tài)動力分析模態(tài)疊加法通過乘以放大系數(shù)后的振型從模態(tài)分析得到疊加求和來計算結(jié)構(gòu)的動力學響應(yīng)。這種方法在 ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、 ANSYS/Structural與ANSYS/Professional中是可用的。使用這種方法的過程由 五個主要步驟組成：1. 建造模型；2. 獲取模態(tài)解；3. 獲取模態(tài)疊加法瞬態(tài)分析解；4. 擴展模態(tài)疊加解；5. 觀察結(jié)果。

48、7; 建造模型模態(tài)疊加法瞬態(tài)動力分析的建立模型與完全法一致，參見§ 建造模型。§ 獲取模態(tài)解“模態(tài)分析中已經(jīng)介紹過模態(tài)分析的方法，這里必須注意下面幾點：模態(tài)提取法應(yīng)為子空間法，分塊 Lanczos法缺省、縮減法、子空間法、 PowerDynamics法或QR法非對稱法或阻尼法不能用于模態(tài)疊加法。另外， PowerDy namics法無法創(chuàng)建載荷矢量；務(wù)必提取出可能對動力學響應(yīng)有貢獻的所有模態(tài)；如果采用縮減法提取模態(tài)，如此一定要在那些定義了力和間隙條件的節(jié)點 處指定主自由度；如果使用QR法提取模態(tài)，必須在前處理或模態(tài)分析過程中指定所需阻尼 在 模態(tài)疊加法瞬態(tài)動力分析中指定的阻

49、尼將被忽略。此時，可以指定 ALPHAD、 BETAD、MP、DAM或單元阻尼；不能指定 DMPRAT和MDAMP;如果有位移約束，指定之。如果約束是在模態(tài)疊加法的瞬態(tài)分析求解過程 中指定的而不是在模態(tài)分析求解中指定，這些約束將被忽略；如果在瞬態(tài)動力學分析中需要單元載荷壓力、溫度、加速度等等，如 此必須在模態(tài)分析中施加它們。這些載荷在模態(tài)分析中將被忽略，但程序會計算 出一個載荷向量并將其寫入振型文件 Jobname.MODE，然后可以在瞬態(tài)分析中 用這個載荷向量；模態(tài)疊加法不要求擴展模態(tài)。但如果要觀察振型，如此必須擴展振型。;在模態(tài)分析與瞬態(tài)分析之間不能改變模型數(shù)據(jù)例如節(jié)點旋轉(zhuǎn)。§

50、獲取模態(tài)疊加法瞬態(tài)分析解在這一步中，程序利用從模態(tài)分析得到的振型來計算瞬態(tài)響應(yīng)。§ 3.5.3.1 注意要點振型文件Jobname.MODE必須存在；數(shù)據(jù)庫中必須包含和模態(tài)分析所用模型一樣的模型。§ 獲取模態(tài)疊加法瞬態(tài)分析解獲取模態(tài)疊加法瞬態(tài)動力學分析解的步驟如下：1. 進入 SOLUTION命令：/SOLUGUI: Main Menu>Solution2. 定義分析類型和分析選項。除以下差異外，該步驟完全法中分析選項的根 本一樣：不能使用求解控制對話框定義模態(tài)疊加法瞬態(tài)分析類型和分析設(shè)置。不能 使用求解控制對話框定義模態(tài)疊加法瞬態(tài)分析的分析類型和分析設(shè)置，而應(yīng)當利用

51、標準序列的ANSY瞇解命令和對應(yīng)菜單進展設(shè)置。不能使用重啟動ANTYPE。選擇模態(tài)疊加法TRNOPT一旦指定模態(tài)疊加法瞬態(tài)分析，對應(yīng)的求解菜單就會出現(xiàn)。求解菜單可能 處于壓縮或展開狀態(tài)，完全取決于上次ANSYS求解的菜單狀態(tài)。壓縮菜單包僅僅 含模態(tài)疊加法瞬態(tài)分析的有效選項和/或建議選項。如果處于壓縮菜單狀態(tài)，希 望訪問其他求解選項，就選擇求解器中的“ Un abridged Menu展開）"菜單。詳 細內(nèi)容，參見ANSYS艮本分析指南的使用展開菜單。指定準備用于求解的模態(tài)數(shù)TRNOPT這個數(shù)目決定了瞬態(tài)分析解的精度。 至少應(yīng)當包含預計將對動力學響應(yīng)有影響的所有模態(tài)。例如，如果希望激活

52、較高階頻率，指定的模態(tài)數(shù)應(yīng)當包括較高階模態(tài)。缺省情形下采用在模態(tài)分析中計算 出的所有模態(tài)。如果不需要使用剛體零頻率模態(tài)，使用 TRNOPT命令的MINMOD強希寸 跳過它們。不可用非線性選項NLGEOM,SSTIF,NROPT3. 如果有間隙條件，就定義間隙。間隙條件只可以指定在兩個主節(jié)點之間或 主節(jié)點與根底之間。在使用非縮減法時，一主自由度就是一個非約束的激活自由 度。關(guān)于間隙條件在縮減法中有詳細介紹。命令：GPGUI: MainMenu>Solution>DynamicGapCond>Define4. 在模型上施加載荷。在模態(tài)疊加法瞬態(tài)動力學分析中有如下加載限制：可施加的

53、載荷有力、平移加速度和模態(tài)分析中生成的載荷向量。外加的非 零位移將被忽略?？梢杂?LVSCAL命令GUI途徑Ma inMenu>Solution>-Loads-Apply>Load Vector>For Mode Super來施加在模態(tài) 分析中生成的載荷向量。如果使用縮減法提取的模態(tài)振型，如此力只能加在主自由度上。如果在瞬態(tài)分析中要用多載荷步來定義加載歷程，那么第一個載荷步用于建 立初始條件，第二個和后繼的載荷步用于瞬態(tài)加載，參見下面的說明。5. 建立初始條件。唯一要明確地建立的初始條件是初始位移。一般總要以一 次使用給定載荷的靜力學求解作為初始求解。對于偽靜態(tài)分析，模

54、態(tài)疊加方法在 0時刻產(chǎn)生較差的結(jié)果。下表列出的是在第一個載荷步中可用的載荷步選項：用于第一個載荷步的選項選項命令GUI途徑動力學選項Dynamics OptionsTran sie ntIn tegrati onParametersTINTPMain Me nu>Solutio n>-LoadStepOpts-Time/ Freque ncy>TimeIn tegrati onLoad VectorLVSCALEMain Men u>Solutio n>Loads-Apply>Load Vector>For Mode SuperDampi ngALPH

55、ADBETADDMPRAMP,DAMMain Me nu>Solutio n>-LoadStepOpts-Time/Freque nc>Damp ing通用選項Ge neralOptio nsIn tegrati onTimeStepDELTIMMain Me nu>Solutio n>-LoadStepOpts-Time/Freque nc>Time& Time Step輸岀控制選項OutputControlOptionsPri ntedOutputOUTPRMai nMen u>Solutio n>-LoadStepOpts-Outp

56、utCtr ls>SoluPri ntout動力學選項 Tran sie ntl ntegrati on ParametersTINTP此選項瞬態(tài)積分參數(shù)控制 Newmarl時間積分方法的特性。缺省時是 采用恒定的平均加速度方案，細節(jié)參見 vvANSY理論參考手冊。 Load VectorLVSCALE此選項用于施加在模態(tài)分析中生成的載荷向量。可以用這樣的載荷向量在模型上施加單元載荷壓力，溫度，等。 Dampi ng在大多數(shù)結(jié)構(gòu)中存在某種形式的阻尼，這些阻尼在分析中應(yīng)當予以考慮?？梢詭追N形式的阻尼：-Alpha質(zhì)量阻尼ALPHADBeta剛度阻尼BETAD-恒定阻尼比DMPART-和材料相關(guān)的Beta阻尼MPQAMP-模態(tài)阻尼MDAMP注意：如果使用QF模態(tài)提取法，那么模態(tài)疊加法中定義的阻尼均將被忽略。 細節(jié)參見“阻尼章節(jié)。通用選項 In tegrati onTime StepDELTIM對第一個載荷步唯一