Class車輛結構有限元瞬態(tài)動力學分析實用

會計學1Class車輛結構有限元瞬態(tài)動力學分析實用第八章車輛結構有限元瞬態(tài)動力學分析瞬態(tài)動力學分析基礎瞬態(tài)動力學分析基本流程（簡單實例）齒輪的瞬態(tài)動力學分析第1頁/共36頁一、瞬態(tài)動力學分析基礎

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隨時間變化載荷的結構動力學響應的一種方法。

瞬態(tài)動力學分析可以確定結構在靜載荷、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、應變應力等。第2頁/共36頁一、瞬態(tài)動力學分析基礎

瞬態(tài)動力學應用廣泛，對于承受各種沖擊載荷的結構，如汽車的門、緩沖器、車架、懸架等；承受各種隨時間變化載荷的結構，如橋梁、建筑物等；以及承受撞擊和顛簸的設備等。第3頁/共36頁一、瞬態(tài)動力學分析基礎

在Workbench中瞬態(tài)動力學的模型可以是剛體的，也可以是柔性體。Flexible柔性體：是相對于剛體的概念，強調(diào)了可變形性，也可以是粘彈性或者彈塑性等。Rigid剛體：在運動中和受力作用后，形狀和大小不變，而且內(nèi)部各點的相對位置不變的物體。第4頁/共36頁一、瞬態(tài)動力學分析基礎

載荷和時間的相關性使慣性力和阻尼作用比較重要。瞬態(tài)動力學的基本運動方程是：

如果慣性力和阻尼作用不重要，上述方程就成了靜力學分析。第5頁/共36頁二、瞬態(tài)動力學分析基本流程瞬態(tài)動力學分析的基本步驟：1）建立有限元模型，設置材料屬性；2）定義接觸區(qū)域；3）定義網(wǎng)格控制并劃分網(wǎng)格；4）制定邊界條件；5）設置AnalysisSettings；6）設置求解選項并求解；7）對結果進行評價和分析。第6頁/共36頁二、瞬態(tài)動力學分析基本流程實例：在懸臂梁的自由端加一個垂直方向的沖擊載荷，觀察載荷施加位置的響應情況。打開文件：transient_example.wbpj第7頁/共36頁二、瞬態(tài)動力學分析基本流程

分析步和載荷施加

第8頁/共36頁二、瞬態(tài)動力學分析基本流程

第9頁/共36頁二、瞬態(tài)動力學分析基本流程時間步長的定義（InitialtimeStep）

時間步長是從一個時間點到另一個時間點的時間增加，它決定了求解的精確度，因而因根據(jù)實際需要精確選取，至少要獲得動力響應頻率。通常情況下：初始時間步長可設定為：可設置自動時間步長進行求解，亦可輸入?tinitial、?tmin、?tmax后，程序會按照自動步長算法決定最優(yōu)的?t值。第10頁/共36頁二、瞬態(tài)動力學分析基本流程

首先需要確定結構的頻率。因此建模后進行模態(tài)分析，假設得到其頻率如下：第1階頻率9.0300HZ第2階頻率15.635HZ所以，其最高頻率是15.635HZ.這樣，如果關注的是二階以下的頻率，依據(jù)上述公式可以得到時間步長是：如果關注的是一階頻率，依據(jù)上述公式可以得到時間步長是：第11頁/共36頁二、瞬態(tài)動力學分析基本流程可見：當時間步長增大時，結果是越來越不精確。可用來確定基本步長時間。第12頁/共36頁二、瞬態(tài)動力學分析基本流程MumberofSteps：用于設置總時間步數(shù)CurrentStepNumber：當前步StepEndTime：用于設置當前時間步結束時間Initialtimestep：初始步時間Minimumtimestep：每步最小時間Maximumtimestep：每步最大時間求解步數(shù)=StepEndTime/Initialtimestep第13頁/共36頁二、瞬態(tài)動力學分析基本流程分析步設置第14頁/共36頁二、瞬態(tài)動力學分析基本流程載荷施加

第15頁/共36頁二、瞬態(tài)動力學分析基本流程第16頁/共36頁二、瞬態(tài)動力學分析基本流程

第17頁/共36頁三、齒輪的瞬態(tài)動力學分析

在瞬態(tài)動力學分析增加了Body-Groud、Body-Body。運動副第18頁/共36頁三、齒輪的瞬態(tài)動力學分析

在瞬態(tài)動力學分析中，剛體部件類似于動力學分析，載荷只能為慣性力、遠端載荷、運動副條件。由于剛體不能變形，故結構載荷及溫度載荷不起作用。對于柔性體，任何載荷和約束都能加載，而且各載荷均可用時間-歷程載荷的形式加載，其數(shù)值可為常數(shù)、表格數(shù)據(jù)或函數(shù)形式。載荷和約束剛體運動1剛體運動2第19頁/共36頁三、齒輪的瞬態(tài)動力學分析分析實例：

一對齒輪，大齒輪受扭矩為300Nm，小齒輪的轉速為100RPM。要求：齒輪嚙合面網(wǎng)格大小為5mm，用瞬態(tài)動力學分析求齒輪應力和齒面間的摩擦力。接觸為Frictional，摩擦系數(shù)為0.2第20頁/共36頁三、齒輪的瞬態(tài)動力學分析第21頁/共36頁三、齒輪的瞬態(tài)動力學分析1.創(chuàng)建TransientStructure，導入幾何，并確認第22頁/共36頁三、齒輪的瞬態(tài)動力學分析

瞬態(tài)動力學分析與靜力學分析中的不同處：1）幾何模型（3D實體模型）柔性體：需要輸入材料的特性包括密度、泊松比、彈性模量等，非線性材料還要輸入非線性的一些特性參數(shù)；對于剛體只需密度即可。第23頁/共36頁三、齒輪的瞬態(tài)動力學分析2.進入分析界面，建立“命名集合（NamedSelection）”提示：分別選中各齒輪的嚙合齒面。技巧：先隱藏一個齒輪，采用區(qū)域選擇法進行和單個選擇，將齒面建立集合并命名。第24頁/共36頁三、齒輪的瞬態(tài)動力學分析2.進入分析界面，建立“命名集合（NamedSelection）”對小齒輪進行同樣的操作顯示所有齒輪，隱藏大齒輪第25頁/共36頁三、齒輪的瞬態(tài)動力學分析命名集合結果第26頁/共36頁三、齒輪的瞬態(tài)動力學分析建立連接和設置相對連接關系第27頁/共36頁三、齒輪的瞬態(tài)動力學分析逐一設置連接關系（1）第28頁/共36頁三、齒輪的瞬態(tài)動力學分析逐一設置連接關系（2）第29頁/共36頁三、齒輪的瞬態(tài)動力學分析分析步設定第30頁/共36頁三、齒輪的瞬態(tài)動力學分析邊界條件設定第31頁/共36頁三、齒輪的瞬態(tài)動力學分析