第14章瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力分析實例

第14章瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力分析實例工程結(jié)構(gòu)分析軟件第14章瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力分析實例瞬態(tài)動力學(xué)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的結(jié)構(gòu)的動力學(xué)響應(yīng)的一種方法?？梢杂盟矐B(tài)結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析確定結(jié)構(gòu)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(yīng)變，應(yīng)力以及力。瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力分析中，載荷和時間的相關(guān)性使得慣性力和阻尼作用比較重要。如果慣性力和阻尼作用對于分析的問題不是很重要，就可以用靜力學(xué)分析代替瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力分析。§14.1問題描述§14.2建立模型§14.3定義邊界條件、加載并求解§14.4觀察分析結(jié)果§14.5命令流輸入第14章瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力分析實例§14.1問題描述本實例要用縮減法進行瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析以確定對有限上升時間的恒定力的動力學(xué)響應(yīng)。問題的實際結(jié)構(gòu)是一根鋼梁支撐著集中質(zhì)量并承受一個動態(tài)載荷。鋼梁長為L，支撐著一個集中質(zhì)量M。這根梁承受著一個上升時間為tτ，最大值為F1的動態(tài)載荷F(t)。梁的質(zhì)量可以忽略，確定產(chǎn)生最大位移響應(yīng)時的時間tmax及響應(yīng)ymax。同時要確定梁中的最大彎曲應(yīng)力σbend。求解過程中用不到梁的特性，其截面積可以算1個單位值。取加載結(jié)束時間為0.1秒，以使質(zhì)量體達到最大彎曲。在質(zhì)量體的側(cè)向設(shè)定一個主自由度。第一個載荷步用于靜力學(xué)求解。根據(jù)本實例的結(jié)構(gòu)關(guān)系和載荷分布可以在此模型中使用對稱性。在進行后處理時，選定在最大響應(yīng)時間(0.092秒)處做擴展計算?！?4.1問題描述已知數(shù)據(jù)如下：材料特性：楊氏模量EX＝2E5Mpa，質(zhì)量M＝0.0215t，質(zhì)量阻尼ALPHAD＝8,幾何尺寸：L＝450mm,I＝800.6mm4,h＝18mm載荷為：F1＝20N,tr＝0.075sec§14.2建立模型在ANSYS中，首先我們通過完成如下工作來建立本實例的有限元模型，需要完成的工作有：指定分析標題，定義材料性能，定義單元類型，定義單元實常數(shù)，建立有限元模型等。由于本實例有限元模型比較簡單，無需先建立幾何模型再對其進行有限元網(wǎng)格劃分。指定分析標題并設(shè)置分析范疇定義單元類型定義單元實常數(shù)定義材料性能定義節(jié)點生成梁單元和質(zhì)量單元§14.2建立模型指定分析標題并設(shè)置分析范疇本實例是鋼梁支撐集中質(zhì)量的模型進行瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析來確定對有限上升時間的恒定力的動力學(xué)響應(yīng)，仍然屬于結(jié)構(gòu)分析范疇。為了在后面進行菜單方式操作時的方便，需要在開始分析時就指定本實例分析范疇為“Structural”。為了數(shù)據(jù)的存檔和以后分析的方便必須養(yǎng)成給分析的問題加標題的習(xí)慣。本實例的標題可以命名為：“TransientResponseToaConstantForceWithaFiniteRiseTime”，具體的操作過程如下：1．選取菜單路徑UtilityMenu|File|ChangeJobname，將彈出ChangeJobname(修改文件名)對話框。2．在Enternewjobname(輸入新文件名)文本框中輸入文字“CH14”，為本分析實例的數(shù)據(jù)庫文件名。單擊對話框中的OK按鈕，完成文件名的修改。3．選取菜單路徑UtilityMenu|File|ChangeTitle，將彈出ChangeTitle(修改標題)對話框。§14.2建立模型指定分析標題并設(shè)置分析范疇4．在Enternewtitle(輸入新標題)文本框中輸入文字“TransientResponseToaConstantForceWithaFiniteRiseTime”，為本分析實例的標題名。單擊對話框中的OK按鈕，完成對標題名的指定。5．選取菜單路徑UtilityMenu|Plot|Replot，指定的標題“TransientResponseToaConstantForceWithaFiniteRiseTime”將顯示在圖形窗口的左下角，這樣可以非常方便地說明分析問題的內(nèi)容和性質(zhì)。6．選取菜單路徑MainMenu|Preference，將彈出PreferenceofGUIFiltering(菜單過濾參數(shù)選擇)對話框，單擊對話框中的Structural(結(jié)構(gòu))選項使之為ON，以將菜單設(shè)置為與結(jié)構(gòu)分析相關(guān)的選項。單擊OK按鈕，完成分析范疇的指定?！?4.2建立模型定義單元類型對于本實例分析的問題，我們可以利用二維梁單元和集中質(zhì)量單元來模擬其結(jié)構(gòu)形式和問題的性質(zhì)。這里將使用ANSYS提供的兩種單元類型：二維彈性梁單元BEAM3，結(jié)構(gòu)質(zhì)量單元MASS21。具體的定義過程如下：1．選取菜單路徑MainMenu|Preprocessor|ElementType|Add/Edit/Delete，將彈出ElementTypes(單元類型定義)對話框。單擊對話框中的Add按鈕，將彈出LibraryofElementTypes(單元類型庫)對話框。2．在LibraryofElementTypes對話框左邊的滾動框中單擊“StructuralBeam”使其高亮度顯示，選擇結(jié)構(gòu)梁單元類型。在右邊的滾動框中單擊“2Delastic3”使其高亮度顯示，選擇2維彈性梁單元。3．在對話框中單擊Apply按鈕，完成對二維彈性梁單元的定義。在單元類型定義對話框中，將會出現(xiàn)剛定義的單元類型?！?4.2建立模型定義單元類型4．接著繼續(xù)在LibraryofElementTypes(單元類型庫)對話框的左邊滾動框中單擊“StructuralMass”，在右邊的滾動框中單擊“3Dmass21”使其高亮度顯示，選定三維質(zhì)量單元類型。單擊對話框中的OK按鈕，完成單元定義并關(guān)閉LibraryofElementTypes(單元類型庫)對話框。5．在單元類型定義對話框的單元列表框種將顯示出剛定義的兩種單元類型：BEAM3和MASS21。單擊ElementTypes(單元類型定義)對話框中的Close按鈕，關(guān)閉對話框，完成單元類型的定義?！?4.2建立模型定義單元實常數(shù)因為在本實例種使用的單元是二維彈性梁單元和結(jié)構(gòu)質(zhì)量單元，它們都需要定義相應(yīng)的單元實常數(shù)才能完成對單元特性的描述，具體的操作如下：1．選取菜單途徑MainMenu|Preprocessor|RealConstants，將彈出RealConstants(單元實常數(shù)定義)對話框。2．單擊對話框中的Add按鈕，將彈出ElementTypeforRealConstants(定義實常數(shù)的單元類型)對話框。3．在選擇單元類型列表框中，單擊“Type1BEAM3”使其高亮度顯示，選擇第一類單元BEAM3。然后單擊該對話框中的OK按鈕，將彈出RealConstantsforBEAM3(為BEAM3單元定義實常數(shù))對話框。4．在對話框中的Cross-sectionarea(截面積)文本框中輸入“1”，定義梁的截面為1個單位值，這是因為在本實例的分析過程中梁的截面特性用不到。在Areamomentofinertia(截面慣性矩)文本框種輸入“800.6”，在Totalbeamheight(梁的高度)文本框輸入“18”，指定梁的截面慣性矩等于800.6mm4，梁的高度為18mm，如圖所示?！?4.2建立模型定義單元實常數(shù)5．對話框中的其余參數(shù)保持缺省值。單擊OK按鈕，關(guān)閉RealConstantsforBEAM3(單元BEAM3的實常數(shù)定義)對話框。完成對單元BEAM3實常數(shù)的定義。在實常數(shù)定義對話框中將會出現(xiàn)定義的實常數(shù)。6．重復(fù)步驟2的過程，在彈出的選擇ElementTypeforRealConstants(定義實常數(shù)的單元類型)對話框的列表框中單擊“Type2MASS21”，使其高亮度顯示。然后單擊OK按鈕，將彈出RealConstantSetNumber2,forMASS21(為MASS21單元定義實常數(shù)的)對話框，如圖所示。7．在對話框中的質(zhì)量(2-Dmass)文本框中輸入“0.0215”，定義集中結(jié)構(gòu)質(zhì)量為0.0215t。保持缺省的realConstantSetNo.(實常數(shù)序號)為2，單擊OK按鈕，關(guān)閉RealConstantsSetNumber2，forMASS21(為MASS21單元定義實常數(shù))對話框。8．在RealConstants(實常數(shù)定義)對話框的列表框中將會出現(xiàn)定義實常數(shù)：Set1和Set2，單擊Close按鈕，關(guān)閉對話框?！?4.2建立模型定義材料性能本實例中一共用了一種材料，其性能參數(shù)在前面已經(jīng)給出。由于進行的是鋼梁支撐集中質(zhì)量單元的瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力分析，分析中梁單元的質(zhì)量忽略，因此只需定義材料的彈性模量EX，而密度DENS就不必定義了。具體的操作如下：1．選取菜單路徑MainMenu|Preprocessor|MaterialProps|MaterialModels，將彈出DefineMaterialModelBehavior(材料模型定義)對話框。2．依次雙擊Structural，Linear，Elastic和Isotropic，將彈出1號材料的彈性模量EX和泊松比PRXY的定義對話框，如圖所示。3．在EX文本框中輸入2E5，定義材料的彈性模量為2E5Mpa，泊松比為缺省。單擊OK按鈕，關(guān)閉對話框。在DefineMaterialModelBehavior(材料模型定義)對話框的左邊列表框中將會列出定義的材料屬性。4．在DefineMaterialModelBehavior(材料模型定義)對話框中，選取路徑Material|Exit，完成對材料模型的定義。至此，完成了對建立吉他弦有限元模型需要的單元類型和實常數(shù)的定義。下面來進行創(chuàng)建節(jié)點工作?！?4.2建立模型定義節(jié)點1．選取菜單路徑MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Nodes|InActiveCS，將彈出CreateNodesinActiveCoordinateSystem(在激活坐標系中創(chuàng)建節(jié)點)對話框。2．在彈出的對話框中，Nodenumber(節(jié)點編號)文本框中輸入1，在節(jié)點坐標文本框中輸入X,Y,Z坐標分別為0，0，0，如圖所示。3．單擊Apply按鈕，在激活坐標系的原點創(chuàng)建第一個節(jié)點。由于單擊的是Apply按鈕，該對話框?qū)⒗^續(xù)顯示，然后在對話框中，Nodenumber(節(jié)點編號)文本框中輸入3，在節(jié)點坐標文本框中輸入X,Y,Z坐標分別為450，0，0。4．單擊對話框中的按鈕，創(chuàng)建3號節(jié)點并關(guān)閉對話框。ANSYS圖形輸出窗口中將會顯示出剛創(chuàng)建的節(jié)點1、3，如圖所示?！?4.2建立模型定義節(jié)點5．創(chuàng)建中間節(jié)點。選取菜單路徑MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Node|FillbetweenNds，將彈出拾取對話框。在ANSYS的圖形輸出窗口中，在節(jié)點1和3上都單擊一次，拾取節(jié)點1和3，在每個節(jié)點周圍將出現(xiàn)一個小方框。6．單擊拾取對話框中的OK按鈕，將彈出CreateNodesBetween2Nodes(在節(jié)點之間創(chuàng)建節(jié)點)對話框，如圖所示。7．對話框中程序根據(jù)前面的操作進行了缺省設(shè)置，可以看出缺省值就是我們需要定義的值，因此接受缺省的值，單擊對話框中的OK按鈕關(guān)閉對話框，完成中間節(jié)點的創(chuàng)建。節(jié)點1～3將出現(xiàn)在圖形窗口中?！?4.2建立模型生成梁單元和質(zhì)量單元本實例中用到的單元類型有梁單元和質(zhì)量單元兩種，在ANSYS6.1中這兩種單元類型都可以利用節(jié)點直接創(chuàng)建。上面已創(chuàng)建了需要的3個節(jié)點，下面將利用它們來創(chuàng)建本實例的梁單元和質(zhì)量單元。具體的操作過程如下：1．選取菜單路徑MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Elements|ElemAttributes。將會彈出單元屬性對話框。2．在對話框中，單擊Elementtypenumber(單元類型序號)下拉框中的“1BEAM3”，在實常數(shù)序號下拉框中Realconstantsetnumber(指定實常數(shù)序號)為“1”，指定要創(chuàng)建單元的類型為梁單元，并設(shè)定其對應(yīng)的實常數(shù)。單擊對話框中的OK按鈕關(guān)閉對話框，完成對單元屬性的設(shè)置，如圖所示。3．選取菜單路徑MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Elements|AutoNumbered|ThruNodes，將會彈出節(jié)點拾取對話框。4．創(chuàng)建1號梁單元。在ANSYS圖形輸出窗口中，單擊節(jié)點1和2各一次，選中后在節(jié)點上會出現(xiàn)一個小方框。然后在拾取對話框中單擊Apply按鈕。在圖形窗口中選中的節(jié)點間將出現(xiàn)一條線，為梁單元1。§14.2建立模型生成梁單元和質(zhì)量單元5．創(chuàng)建2號梁單元。接著在節(jié)點2和節(jié)點3上各單擊一次，然后在拾取對話框中單擊OK按鈕。在圖形窗口中選中的節(jié)點間將出現(xiàn)一條線，為梁單元2。6．進行質(zhì)量單元屬性設(shè)置。重復(fù)第1步的操作，在彈出的ElementAttributes(單元屬性)對話框中指定Elementtypenumber(單元類型序號)為“2MASS21”,對應(yīng)的Realconstantsetnumber(實常數(shù)的序號)為“2”，單擊對話框中的OK按鈕，完成對將要創(chuàng)建的單元屬性的設(shè)置。7．選取菜單路徑MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Elements|AutoNumbered|ThruNodes，將會彈出節(jié)點拾取對話框。在圖形輸出窗口中單擊節(jié)點“2”，然后單擊節(jié)點拾取對話框中的OK按鈕。程序?qū)诠?jié)點2上創(chuàng)建一個集中質(zhì)量單元。8．選取菜單路徑UtilityMenu|PlotCtrls|Numbering，將彈出PlotNumberingControls(序號顯示控制)對話框。在對話框中打開節(jié)點序號(Nodenumbers:On)，在Elem/attribnumbering(單元序號)下拉框中單擊“Elementnumbers”，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。使圖形窗口中的節(jié)點序號和單元序號都顯示，建立好的有限元模型如圖所示?！?4.3定義邊界條件、加載并求解本實例目的是用縮減法對簡支梁－集中質(zhì)量系統(tǒng)進行有限上升時間的恒定載荷作用下的瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力分析。需要指定瞬態(tài)縮減法的載荷步選項，且按照縮減法的要求必須定義主自由度。根據(jù)本實例的載荷情況需要定義三個載荷步，才能對其加載過程進行模擬。對于這種問題通常ANSYS有兩種方法求解，一是加載一個載荷步求解一次，另外一種是每加載一個載荷步，將其寫成載荷步文件，等全部載荷步都加載完并寫成載荷步文件后，一次性進行求解。本實例將采用的二種方法。指定分析類型及分析選項定義主自由度定義載荷步選項并求解§14.3定義邊界條件、加載并求解指定分析類型及分析選項本實例的分析類型是縮減法瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力分析，且要考慮阻尼作用的影響，故在進行分析時阻尼作用不能被忽略。下面講解具體操作。1．選取菜單路徑MainMenu|AnalysisType|Solution|NewAnalysis，將會彈出NewAnalysis(新分析)對話框。2．在彈出的NewAnalysis對話框中，選擇Transient選項，然后單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。指定將進行瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力分析。ANSYS將彈出瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力分析對話框，如圖所示。3．在對話框中，單擊單選按鈕“Reduced”，指定Solutionmethod(分析方法)為Reduced(縮減法)。單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。4．選取菜單路徑MainMenu|Solution|AnalysisType|AnalysisOptions，將彈出ReducedTransientAnalysis(縮減法瞬態(tài)分析)選項對話框，如圖所示。5．在對話框中的Dampingeffects(阻尼效果)下拉框中單擊“Include”選項，使瞬態(tài)動力分析中包含阻尼效應(yīng)，其余選項保持缺省(即不包括預(yù)應(yīng)力效應(yīng))，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框?！?4.3定義邊界條件、加載并求解定義主自由度在進行縮減法瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力分析時需要定義主自由度。所謂主自由度就是描述結(jié)構(gòu)動力行為所必須的自由度。在縮減法瞬態(tài)動力分析中施加力載荷和非零位移邊界條件的位置也需要定義主自由度。下面來定義本實例需要的主自由度。1．選取菜單途徑MainMenu|Solution|MasterDOFs|UserSelected|Define。將彈出DefineMasterDOFs(定義主自由度)對話框，如圖所示。2．在對話框中的1stdegreeoffreedom(第一個自由度)下拉框中，單擊“UY”將其選中。然后單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。完成對主自由度的定義?！?4.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷步選項并求解本實例進行的是縮減法瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力分析，根據(jù)描述的載荷情況知道共有三個載荷步。本實例中是采取先逐個定義載荷步，并將其載荷情況寫成載荷文件，然后一次性求解多個載荷步的方法來求解的。下面將講解每個載荷步的定義和輸出過程，最后對其進行求解。設(shè)置載荷步選項施加第一個載荷步并將其輸出施加第二個載荷步并輸出施加第三個載荷步并輸出進行求解§14.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷步選項并求解_設(shè)置載荷步選項在定義載荷步之前，首先對通用的載荷步選項進行設(shè)置。在本實例中需要定義的通用載荷步選項有時間步大小和阻尼。下面講解具體的操作。1．選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|Time/Frequenc|Time-TimeStep，將彈出TimeandTimeStepOptions(時間和時間步選項)對話框，如圖所示。2．在對話框中的Timestepsize(時間步大小)文本框中輸入“0.004”，指定求解的積分時間步長為0.004秒。單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。3．選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|Time/Frequenc|Damping，將彈出DampingSpecifications(阻尼定義)對話框。4．在阻尼定義對話框中的Massmatrixmultiplier(質(zhì)量矩陣系數(shù))文本框中輸入“8”，指定本實例結(jié)構(gòu)的質(zhì)量阻尼系數(shù)為8，如圖所示?！?4.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷步選項并求解_施加第一個載荷步并將其輸出在瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力分析中，第一個載荷步主要是定義結(jié)構(gòu)模型的初始條件。本實例中梁的支撐形式是簡支的，所以需要定義梁的兩個端點的位移約束，并指定集中質(zhì)量的初始作用力為0。然后將載荷步輸出成第一個載荷步文件，以便后面求解之用。下面講解具體的操作過程。1．選取菜單路徑MainMenu|Solution|DefineLoads|Apply|Structural|Displacement|OnNodes，將會彈出ApplyU,ROTonNodes拾取對話框。2．在ANSYS圖形輸出窗口中單擊節(jié)點1，并在拾取對話框中單擊Apply按鈕。將彈出ApplyU,ROTonNodes(在節(jié)點上施加位移約束)對話框。3．在對話框中的DOFStobeconstrained(被約束的自由度)列表框中的“UY”上單擊一次使其高亮度顯示。其他選項保持缺省(缺省情況下位移約束值為0)，單擊對話框中的Apply按鈕，關(guān)閉ApplyU,ROTonNodes(在節(jié)點上施加位移約束)對話框，完成對節(jié)點一的約束。拾取對話框?qū)⒃俅螐棾觥?．在圖形輸出窗口中單擊節(jié)點3，然后在拾取對話框中單擊OK按鈕，關(guān)閉對話框。將再次彈出ApplyU,ROTonNodes(在節(jié)點上施加位移約束)對話框?！?4.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷步選項并求解_施加第一個載荷步并將其輸出5．在對話框中的DOFStobeconstrained(被約束的自由度)列表框中，單擊X向位移“UX”一次使其高亮度顯示，同時“UY”應(yīng)當保持為選中狀態(tài)。其他選項保持缺省(缺省情況下位移約束值為0)。單擊OK按鈕，關(guān)閉對話框。完成對梁的位移自由度約束的定義。6．施加力載荷。選取菜單路徑MainMenu|Solution|DefineLoads|Apply|Structural|Force/Moment|OnNodes，將會彈出ApplyF/MonNodes拾取對話框。7．在圖形輸出窗口中，單擊節(jié)點2。然后，單擊拾取對話框中的OK按鈕，將彈出ApplyF/MonNodes(在節(jié)點上施加力/力矩載荷)對話框，如圖所示。8．在對話框中的directionofforce/moment(力/力矩的方向)滾動框中的“FY”上單擊一次，選定它。保持其余設(shè)置為缺省值，即初始力載荷為0。單擊對話框中的OK按鈕，關(guān)閉對話框，完成對集中質(zhì)量所受的初始載荷的定義。在圖形窗口中將會顯示定義的位移和力初始條件情況，如圖所示?！?4.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷步選項并求解_施加第一個載荷步并將其輸出9．選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|OutputCtrls|DB/ResultsFile，將彈出ControlsforDatabaseandResultsFileWriting(數(shù)據(jù)庫和結(jié)果文件寫入控制)對話框，如圖所示。10．單擊對話框中的單選按鈕“Everysubstep”，指定將所有子步的結(jié)果都寫入結(jié)果文件和數(shù)據(jù)庫文件，其他設(shè)置保持缺省值。單擊對話框中的OK按鈕，關(guān)閉對話框，完成輸出控制設(shè)置。11．載荷步輸出。選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|WriteLSFile，將彈出WriteLoadStepFile(載荷步輸出)對話框，如圖所示。12．在對話框中的Loadstepfilenumbern(載荷步文件序號)文本框中輸入“1”，指定為第一個載荷步。單擊對話框中的OK按鈕關(guān)閉對話框。ANSYS程序?qū)⒃谌笔〉奈募窂较律奢d荷步文件CH14.s01。其中包括了第一載荷步中定義的所有位移和力邊界條件，以及所有求解和結(jié)果輸出選項設(shè)置，在后面進行求解時程序?qū)⒏鶕?jù)輸出的載荷步文件中的設(shè)置進行求解?！?4.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷步選項并求解_施加第二個載荷步并輸出本實例中的第二個載荷步按照問題的描述應(yīng)該是作用于集中質(zhì)量上的力載荷從零到最大值的增加過程，在定義時按照要求的時間將載荷加上就行。然后將載荷步輸出成第二個載荷步文件，以便后面求解之用。下面講解具體的操作過程。1．選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|Time/Frequenc|Time-TimeStep，將彈出TimeandTimeStepOptions(時間和時間步選項)對話框，如圖所示。2．在對話框中的Timeatendofloadstep(載荷步結(jié)束時間)文本框中輸入“0.075”，指定第二載荷步的結(jié)束時間為0.075秒，即集中質(zhì)量所受的力在0.075秒達到最大。其余設(shè)置保持缺省值不變。單擊對話框中的OK按鈕關(guān)閉對話框，完成時間步的設(shè)置。3．選取菜單路徑MainMenu|Solution|DefineLoads|Apply|Structural|Force/Moment|OnNodes，將會彈出ApplyF/MonNodes拾取對話框。4．在圖形輸出窗口中，單擊節(jié)點2。然后單擊拾取對話框中的OK按鈕，將彈出ApplyF/MonNodes(在節(jié)點上施加力/力矩載荷)對話框，如圖所示?！?4.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷步選項并求解_施加第二個載荷步并輸出5．在對話框中的Force/momentvalue(力/力矩值)文本框中輸入“20”，指定施加的作用力的大小為20N。保持其余值為缺省(即：directionofforce/moment(力/力矩的方向)滾動框中為“FY”)。單擊對話框中的OK按鈕，關(guān)閉對話框，完成對集中質(zhì)量所受的初始載荷的定義。6．載荷步輸出。選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|WriteLSFile，將彈出載荷步輸出對話框。在對話框中的Loadstepfilenumbern(載荷步文件序號)文本框中輸入“2”，指定為第二個載荷步。單擊對話框中的OK按鈕關(guān)閉對話框。ANSYS程序?qū)⒃谌笔〉奈募窂较律奢d荷步文件CH14.s02?！?4.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷步選項并求解_施加第三個載荷步并輸出本實例中的第三個載荷步按照問題的描述應(yīng)該是作用于集中質(zhì)量上的力載荷在最大值保持的情況。由于所加的載荷值和第二載荷步相同，所以只需重新定義載荷步時間就可以了，不必再重新施加載荷值(ANSYS會自動保持上次施加的結(jié)果)。在定義時按照要求的時間將載荷加上就行。然后將載荷步輸出成第三個載荷步文件，以便后面求解之用。下面講解具體的操作過程。1．選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|Time/Frequenc|Time-TimeStep，將彈出TimeandTimeStepOptions(時間和時間步選項)對話框。2．在對話框中的Timeatendofloadstep(載荷步結(jié)束時間)文本框中輸入“1”，指定第三載荷步的結(jié)束時間為1秒，即集中質(zhì)量所受的力保持在最大值20N。單擊對話框中的OK按鈕關(guān)閉對話框，完成時間步的設(shè)置。3．載荷步輸出。選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|WriteLSFile，將彈出載荷步輸出對話框。在對話框中的Loadstepfilenumbern(載荷步文件序號)文本框中輸入“3”，指定為第三個載荷步。單擊對話框中的OK按鈕關(guān)閉對話框。ANSYS程序?qū)⒃谌笔〉奈募窂较律奢d荷步文件CH14.s03?！?4.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷步選項并求解_進行求解上面已經(jīng)完成了本實例需要的邊界條件和載荷的定義，以及分析選項、載荷步和結(jié)果輸出選項的設(shè)置，并將定義的三個載荷步分別寫出成載荷步文件。這里就可以一次性對定義的三個載荷步進行求解，完成梁－集中質(zhì)量結(jié)構(gòu)在有限上升的恒定載荷作用下的瞬態(tài)動力分析。具體操作過程如下。1．選擇菜單路徑MainMenu|Solution|FromLSFiles，將彈出SolveLoadStepFiles(求解載荷步文件)對話框，如圖所示。2．在對話框中的StartingLSfilenumber(開始載荷步文件序號)文本框中輸入“1”，在EndingLSfilenumber(結(jié)束載荷步文件序號)文本框中輸入“3”，指定求解的是載荷步文件1～3。單擊對話框中的OK按鈕關(guān)閉對話框，ANSYS將對指定的載荷步文件進行求解。3．根據(jù)求解問題所劃分單元和節(jié)點的多少，ANSYS將會花一定的時間對問題進行求解。在求解中間會出現(xiàn)警告信息，不用理會，并不影響求解的進行。當求解完時，ANSYS將彈出Solutionisdone!(求解完成提示)對話框，單擊Close按鈕，完成梁－集中質(zhì)量系統(tǒng)的瞬態(tài)動力分析。4．選取菜單MainMenu|Finish，完成模態(tài)分析求解過程，關(guān)閉Solution菜單。5．單擊ANSYS工具條上的SAVE_DB按鈕，對已完成的操作進行存盤?！?4.4觀察分析結(jié)果上面完成了縮減法瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力分析，下面將進行結(jié)果的觀察分析。對于縮減法瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力分析的結(jié)果在沒有進行擴展之前，只能用時間－歷程后處理器(POST26)對沒有擴展的結(jié)果進行觀察。如果對某個時間點上的所有自由度處的完整的位移、應(yīng)力和力感興趣的話，必須對這個時刻的結(jié)果進行擴展處理。擴展處理之后就可以利用通用后處理器(POST1)對某一時刻整個模型上所有節(jié)點的結(jié)果進行觀察。利用POST26觀察縮減法結(jié)果擴展處理利用POST1觀察結(jié)果§14.4觀察分析結(jié)果利用POST26觀察縮減法結(jié)果首先，通過時間－歷程后處理器(POST26)對縮減法瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果進行觀察分析，查看集中質(zhì)量所在的節(jié)點2位移隨時間變化的規(guī)律，并確定其響應(yīng)達最大值時對應(yīng)的時間，以便在后面對該時間點的結(jié)果進行擴展。1．選取菜單路徑MainMenu|TimeHistPostpro，將彈出TimeHistoryVariable對話框。2．單擊對話框中的按鈕，關(guān)閉對話框。這樣時間－歷程后處理器中的變量瀏覽器也將不再打開，如果讀者需要的話可通過路徑MainMenu|TimeHistPostpro|VariableViewer將其打開。3．選擇菜單路徑MainMenu|TimeHistPostpro|Settings|File，將彈出FileSetting(文件設(shè)置)對話框，如圖所示。4．在對話框中單擊Broese按鈕，將彈出指定結(jié)果文件的對話框，在對話框中的文件列表中選擇文件CH14.rdsp，單擊打開按鈕關(guān)閉對話框。在FileSetting(文件設(shè)置)對話框中的Filecontainingdata(包含數(shù)據(jù)的文件)文本框中將出現(xiàn)“CH14.rdsp”。然后單擊對話框中的OK按鈕關(guān)閉對話框?！?4.4觀察分析結(jié)果利用POST26觀察縮減法結(jié)果5．選擇菜單路徑MainMenu|TimeHistPostpro|DefineVariables，將彈出DefinedTime-HistoryVariables(定義時間－歷程變量)對話框，如圖所示。6．單擊對話框中的Add按鈕，將彈出AddTime-HistoryVariables(添加時間歷程變量)對話框，如圖所示。7．單擊對話框中的NodalDOFresults(節(jié)點位移結(jié)果)單選按鈕，指定變量類型為節(jié)點位移結(jié)果，然后單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。ANSYS6.1將彈出DefineNodalData(定義節(jié)點數(shù)據(jù))拾取對話框，在圖形輸出窗口中單擊節(jié)點2，然后單擊拾取對話框中的OK按鈕。將彈出DefineNodalData(定義節(jié)點數(shù)據(jù))對話框，如圖所示。8．在對話框中的User-specifiedlabel(用戶指定標簽)文本框中輸入“NOSL”,單擊CompDataitem(數(shù)據(jù)項目選項)右邊列表框中的“TranslationUY”，指定為沿Y方向的位移為變量。單擊OK按鈕關(guān)閉對話框，在定義時間歷程變量對話框中將會出現(xiàn)定義的變量。單擊Close按鈕關(guān)閉該對話框，完成變量的定義?！?4.4觀察分析結(jié)果利用POST26觀察縮減法結(jié)果9．選擇菜單路徑MainMenu|TimeHistPostpro|GraphVariables。將彈出GraphTime-HistoryVariables(繪制時間－歷程變量曲線)對話框，如圖所示。10．在對話框中1stvariabletograph(要繪制曲線的第一個變量)文本框中輸入“2”，指定剛定義的節(jié)點2的Y方向的位移為繪圖對象，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。在ANSYS圖形輸出窗口中將會繪制出相應(yīng)的位移－時間曲線，如圖所示。從顯示的曲線可以看出節(jié)點2在0.092秒時達到最大響應(yīng)值。然后，由于所施加的載荷保持恒定，節(jié)點2將在某一平衡位置附近振動。但由于有阻尼的作用振動幅值將越來越小，最后將穩(wěn)定在這個平衡位置上。后面將對0.092秒時刻的結(jié)果進行擴展處理，來觀察最大響應(yīng)時刻的所有節(jié)點對應(yīng)的響應(yīng)情況?！?4.4觀察分析結(jié)果利用POST26觀察縮減法結(jié)果11．選取菜單路徑MainMenu|TimeHistPostpro|ListVariables，將會彈出ListTime-HistoryVariables(對時間歷程變量列表)對話框，如圖所示。12．在對話框中的1stvariabletolist(要列表的第一個變量)文本框中輸入“2”，指定變量2為列表對象，單擊對話框中的OK按鈕關(guān)閉對話框。將會彈出變量2的PRVARCommand(信息列表)窗口，如圖所示。13．檢查狀態(tài)窗口中的信息，然后選擇窗口中的菜單路徑UtilityMenu|File|Close，關(guān)閉狀態(tài)窗口?！?4.4觀察分析結(jié)果擴展處理對于縮減法瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果，如果想要觀察某時刻所有節(jié)點的響應(yīng)情況，必須對該時刻的結(jié)果進行擴展處理。下面將進行擴展處理的具體操作。1．選取菜單路徑MainMenu|Solution|AnalysisType|ExpansionPass，將會彈出ExpansionPass(擴展處理)對話框，如圖所示。2．單擊對話框中的Expansionpass(擴展處理)單選框，使其變?yōu)椤癘n”，指定進行擴展處理。然后單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。3．選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|ExpansionPass|SingleExpand|ByTime/FreqStep，將彈出ExpandSingleSolutionbyTime/Frequency(根據(jù)時間擴展單個解)對話框，如圖所示。4．在對話框中的Time-point/Frequency(時間點)文本框中輸入“0.092”，因為從前面的結(jié)果知道在0.092秒時系統(tǒng)的響應(yīng)達最大。因此將對該時刻的結(jié)果進行擴展處理，來觀察該時刻時所有節(jié)點的響應(yīng)情況。其余設(shè)置保持缺省，即求解單元結(jié)果。單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。§14.4觀察分析結(jié)果擴展處理5．選取菜單路徑MainMenu|Solution|Solve|CurrentLS，將彈出/STATUSCommand(求解命令狀態(tài))輸出窗口和SolveCurrentLoadStep(求解當前載荷步)對話框(圖略)。6．仔細檢查求解命令狀態(tài)輸出窗口中列出的命令情況，看指定的分析類型、載荷步選項，結(jié)果輸出選項等是否跟要求的一致。如果符合分析要求，進行下一步操作。如果有不符合要求的地方，則放棄本次分析，回到相應(yīng)菜單對其進行修改。選取菜單路徑UtilityMenu|File|Close關(guān)閉窗口。7．單擊SolveCurrentLoadStep(求解當前載荷步)對話框中的OK按鈕，進行擴展處理求解。8．根據(jù)求解問題所劃分單元和節(jié)點的多少，ANSYS將會花一定的時間對問題進行求解。當求解完時，ANSYS將彈出求解完成提示“Solutionisdone”對話框，單擊Close按鈕，結(jié)束分析?！?4.4觀察分析結(jié)果利用POST1觀察結(jié)果在完成了對0.092秒時的結(jié)果擴展處理之后，就可以利用通用后處理器(POST1)觀察求解整個系統(tǒng)中所有節(jié)點在該時刻的響應(yīng)情況了。對于梁單元中的應(yīng)力必須通過定義變量表來觀察和列表結(jié)果，所以必須定義數(shù)據(jù)表。下面進行通用后處理操作的詳細講解。1．選取菜單路徑MainMenu|GeneralPostproc|ReadResults|FirstSet，選定求解的第一個子步結(jié)果。然后選取菜單路徑MainMenu|GeneralPostproc|PlotResults|DeformedShope，將彈出PlotDeformedShape(繪制變形圖)對話框。2．單擊對話框中的繪圖項目中的Def+undeformed(變形和未變形)單選按鈕，然后單擊OK按鈕關(guān)閉對話框，ANSYS將在圖形輸出窗口中繪制出，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在0.092秒時的總的變形圖，如圖所示。從圖中可以看出系統(tǒng)的最大響應(yīng)點在集中質(zhì)量點處，其最大值為DMX＝0.297107mm?！?4.4觀察分析結(jié)果利用POST1觀察結(jié)果3．查看定義BEAM3的單元表所用的項目名稱以及對應(yīng)的序列號。對于每一種單元類型ANSYS都提供了表示其特征的項目以及相對應(yīng)的序列號，所以在定義單元表之前需要查看需要定義的單元類型中要定義表的項目的名稱以及其對應(yīng)的序號。通過路徑UtilityMenu|HelpTopic打開ANSYS提供的幫助窗口，如圖所示。4．在幫助窗口中的目錄選項卡下選擇菜單路徑ANSYSDocumentation|ANSYSElementReference|ElementLibrary|BEAM3，在窗口的右邊將顯示出梁單元BEAM3的屬性。通過滾動條移動窗口中的內(nèi)容到如圖所示的地方，可以看出最大彎曲應(yīng)力對應(yīng)的項目名為“NMISC”，相應(yīng)的序號為1、3。將幫助窗口最小化，重新進入ANSYS主窗口。5．選擇菜單路徑MainMenu|GeneralPostproc|ElementTable|DefineTable，將彈出ElementTableData(定義單元表)對話框，如圖所示。§14.4觀察分析結(jié)果利用POST1觀察結(jié)果6．單擊對話框中的Add按鈕添加定義的數(shù)據(jù)，將彈出DefineAdditionalElementTableItems(定義附加單元表)對話框，如圖所示。7．根據(jù)前面查得的單元BEAM3的屬性來進行單元表的定義。在用戶指定標簽(Userlabelfor