如何简单的区分ANSYS Workbench有限元分析中的静力学与动力学问题
ansys 静力学 显式动力学
ANSYS静力学显式动力学1. 引言ANSYS是一款多功能的工程仿真软件，广泛应用于不同行业的产品设计、分析和优化中。
其中，静力学和显式动力学是ANSYS的两个重要模块，本文将对这两个模块进行全面、详细、完整且深入的探讨。
2. 静力学2.1 概述静力学是研究物体在静止状态下受力平衡的学科。
通过静力学分析，可以确定物体的受力情况、结构的稳定性以及构件的强度等信息。
2.2 ANSYS中的静力学分析ANSYS中的静力学分析模块可以通过建立几何模型、定义材料和边界条件来进行分析。
在分析过程中，可以考虑不同的加载情况，如静力加载和重力加载。
2.3 静力学分析的步骤静力学分析通常包括以下步骤： 1. 建立或导入模型：使用ANSYS的建模工具创建几何模型或导入现有模型。
2. 定义材料和属性：为模型定义材料特性和材料属性。
3. 定义边界条件：为模型的边界定义约束和加载条件。
4. 网格划分：将模型划分为离散的网格单元。
5. 求解分析：通过求解静力学方程，得到模型的受力状态。
6. 后处理：分析结果的可视化和数据输出。
3. 显式动力学3.1 概述显式动力学是一种研究物体在动力加载作用下的运动和响应的学科。
与静力学不同，显式动力学考虑了时间因素，可以模拟和预测物体在瞬态加载情况下的动态响应。
3.2 ANSYS中的显式动力学分析ANSYS中的显式动力学分析模块可以模拟各种动力加载条件下的物体运动和响应。
该模块可以用于模拟撞击、爆炸、碰撞、结构破坏等情况，并可以为工程师提供重要的设计参考信息。
3.3 显式动力学分析的步骤显式动力学分析通常包括以下步骤： 1. 建立或导入模型：与静力学分析相同，需要建立或导入模型。
2. 定义材料和属性：为模型定义材料特性和材料属性，以便模拟加载情况下的材料响应。
3. 定义边界条件：为模型的边界定义约束和加载条件，包括初始速度和力。
4. 网格划分：将模型划分为离散的网格单元。
5. 求解分析：通过求解显式动力学方程，得到模型在不同时间步长下的运动和响应。
ANSYS结构静力学与动力学分析教程
ANSYS结构静力学与动力学分析教程第一章：ANSYS结构静力学分析基础ANSYS是一种常用的工程仿真软件，可以进行结构静力学分析，帮助工程师分析和优化设计。
本章将介绍ANSYS的基本概念、步骤和常用命令。
1.1 ANSYS的基本概念ANSYS是一款基于有限元方法的仿真软件，可以用于解决各种工程问题。
其核心思想是将结构分割成有限数量的离散单元，并通过求解线性或非线性方程组来评估结构的行为。
1.2 结构静力学分析的步骤进行结构静力学分析一般包括以下步骤：1）几何建模：创建结构的几何模型，包括构件的位置、大小和形状等信息。
2）网格划分：将结构离散为有限元网格，常见的有线性和非线性单元。
3）边界条件：定义结构的边界条件，如固定支座、力、力矩等。
4）材料属性：定义结构的材料属性，如弹性模量、泊松比等。
5）加载条件：施加外部加载条件，如力、压力、温度等。
6）求解方程：根据模型的边界条件和加载条件，通过求解线性或非线性方程组得到结构的响应。
7）结果分析：分析模拟结果，如应力、应变、变形等。
1.3 ANSYS常用命令ANSYS提供了丰富的命令，用于设置分析模型和求解方程。
以下是一些常用命令的示例：1）/PREP7：进入前处理模块，用于设置模型的几何、边界条件和材料属性等。
2）/SOLU：进入求解模块，用于设置加载条件和求解方程组。
3）/POST1：进入后处理模块，用于分析和可视化模拟结果。
4）ET：定义单元类型，如BEAM、SOLID等。
5）REAL：定义单元材料属性，如弹性模量、泊松比等。
6）D命令：定义位移边界条件。
7）F命令：定义力或压力加载条件。
第二章：ANSYS结构动力学分析基础ANSYS还可以进行结构动力学分析，用于评估结构在动态载荷下的响应和振动特性。
本章将介绍ANSYS的动力学分析理论和实践应用。
2.1 结构动力学分析的理论基础结构动力学分析是研究结构在动态载荷下的响应和振动特性的学科。
它基于质量、刚度和阻尼三个基本量，通过求解动态方程来描述结构的振动行为。
动力学与静力学的区别
动力学定义
动力学是研究物 体在力作用下的 运动规律和运动 状态的科学。
动力学的研究内 容包括：物体的 受力分析、运动 方程、运动学方 程、动力学方程 等。
动力学的研究方 法包括：理论分 析、实验研究、 数值模拟等。
动力学的应用领 域包括：机械工 程、航空航天、 汽车工业、生物 力学等。
动力学与静力学的 区别
汇报人：XX
目录
01 动 力 学 与 静 力 学 的 定 义 02 动 力 学 与 静 力 学 的 应 用 领 域 03 动 力 学 与 静 力 学 的 物 理 量 04 动 力 学 与 静 力 学 的 运 动 状 态 05 动 力 学 与 静 力 学 的 平 衡 状 态
1
机械工程：研究机械 系统的运动和动力传
递
汽车工程：研究汽车、 火车等交通工具的运
动和动力
航空航天工程：研究 飞行器、航天器等飞
行器的运动和动力
生物力学：研究生物 体的运动和动力，如 人体运动、动物运动
等
静力学应用领域
建筑工程：结构设计、施工、维护等 机械设计：机械零件、机构、系统的设计、分析等 航空航天：飞行器设计、发射、回收等 生物医学：人体骨骼、肌肉、关节等结构的分析与设计
3
动力学与静力学的物理量
动力学物理量
力：使物体产生加速度的物理量 质量：物体所含物质的多少 加速度：物体速度的变化率
动量：物体质量和速度的乘积
动能：物体由于其状态和位置所具有的能 量
势能：物体由于其位置和状态所具有的能 量
静力学物理量
力：静力学中研 究的主要物理量， 包括重力、弹力、 摩擦力等。
5
动力学与静力学的平衡状 态
动力学平衡状态
基于ANSYS WORKBENCH的刚体动力学-静力学分析
基于ANSYS Workbench的刚体动力学-静力学分析在机械系统中，大量构件处于运动状态。
在构件的运动过程中，在某些时刻，它处于最危险的工况。
那么，如何对于一个运动的机构中某个别构件进行强度分析呢？按照以往的方法，是先使用多体动力学软件例如ADAMS进行刚体动力学分析，得到铰链处的约束力，然后再在有限元软件例如ANSYS中对感兴趣的构件划分网格，并导入从ADAMS中得到的载荷，对之进行强度分析。
ANSYS提供了一套完善的解决方案，使得直接在WORKBENCH中就可以完成全过程。
其方法如下：1. 从工具箱中，拖拽一个刚体动力学模板到项目示意图中，然后按照正常步骤创建一个刚体动力学分析，施加力，力偶等，然后插入所需要的求解结果物体。
2. 在图形窗口中确定感兴趣的时间点。
3. 选择某个求解结果物体，然后在右键菜单中选择Export Motion Loads，并指定一个载荷文件名。
4. 在项目示意图中，拷贝一个rigid dynamics分析系统。
并把它用static structural 分析系统进行取代。
5.编辑static structural分析系统，压制不需要的构件，而只留下需要分析其强度刚度的构件。
6. 把该构件的刚度行为从rigid改变成flexible.7. 把网格求解器设置从ANSYS Rigid Dynamics改成ANSYS Mechanical8. 删除或者压制所有在Rigid Dynamics分析中所使用的载荷。
9.选择static structural分支，然后在其右键菜单汇总选择Insert> Motion Loads....，从而导入前面文件中的载荷。
10.删除原有的结果物体，添加新的应力，变形等物体。
11. 求解得到此时刻(t=0.49495s)构件的应力和变形。
12.返回workbench工作平面。
结构动力学问题与静力学问题的差别
结构动力学问题与静力学问题的差别结构的动力学问题与静力学问题差别很大，主要体现在以下几个方面：1.动力学问题具有时变性。
由于荷载和结构响应都随着时间而变化，动力学问题不可能同静力学问题那样只有一个单一的解。
我们需要求解出结构整个过程中随着时间不断变化的连续解。
因此，动力学问题显然比将力学问题更加复杂、耗时。
2.动力学问题需要考虑惯性力当某结构仅受静力荷载时，结构的响应仅与荷载的大小和位置有关，但如果结构受到的是动力荷载，结构响应不仅与荷载有关，还和惯性力有关。
这惯性力是结构动力学问题中最重要的特征。
3.结构简化关于结构的简化，虽然在原则上结构的静力计算简图应和动力计算简图一致，但是由于动力学问题的复杂性，往往会基于静力计算简图进一步简化。
下面，我们以一个结构布置及荷载分布沿纵向比较均匀的单层平面框架为例，进行结构简化。
由于框架纵向分布均匀，可取其中的一个开间作为计算单元，计算简图如图1所示。
如忽略杆件的轴向变形，该结构体系有三个参数为独立未知量，即A点和B点的转角0A和缶，A点或B点的侧移X。
在任一时刻决定结构体系几何位置及变形状态的独立参数的数目为该结构体系的自由度。
因此，该结构的自由度为三。
上述的简化方法和在静力计算时的简化方法完全一致。
图1单层平面框架计算简图然而，在进行结构动力学分析时，由于需要考虑惯性力的影响以及阻尼的影响，需要求解微分方程（对于离散体系），不同于静力分析，只需求解代数方程。
为便于计算和分析，在建立结构动力计算简图时，通常会在结构静力计算简图的基础上，将分部质量集中在有限的几个点上，并忽略惯性效应相对较小的自由度。
在进行图2所示的单层平面框架的动力分析时，往往将柱的质量向柱两端集中。
为减少计算工作量，通常忽略质量的转动惯性效应，即忽略掉两个转角自由度，如图2所示。
这样，拥有三自由度的单层平面框架的动力计算简图就可简化为较为简单的单自由度体系。
图2单层平面框架动力计算简图。
ANSYS Workbench 结构线性静力学分析与优化设计解析
工程仿真结算方案： ANSYS Workbench 培训
张胜伦
博士
西安交通大学
西安嘉业航空科技有限公司
结构线性静力分析
西安嘉业航空科技有限公司
线性静力学分析的基本假设 连续 结构材料 均匀 各向同性 线性 非线性 静态 动态
对于纤维结构材料、粒子强化材料等各向异性非均匀材料 要特别注意、特别处理。 1、材料的变形范围在弹性范围，且材料的变形量较小， 方便建立静力学方程； 2、对于塑性变形或大变形，必须考虑材料非线性和几 何非线性。
西安嘉业航空科技有限公司 作业6 问题描述：如右图模型（螺旋桨），其 材料为聚乙烯，模型如图所示方向的 1000rad/s的角加速度惯性载荷；模型内圈 用圆柱面约束且轴向为0，径向和周向为 free；螺旋桨面施加压力载荷0.5MPa。 要求：运用适当的网格划分方法，网格 大小均匀一致不得少于60万个节点（或者 运用膨胀层网格划分方法）；求解结果显 示模型的整体变形和等效应力。 截图：材料添加，网格划分效果，结果 的整体变形、等效应力以及径向变形和应 力的网格显示图、矢量线时图、等值线图。 共8张截图。
4、弹性假设： 应力—应变存在一一对应关系； 应力不超过屈服应力点； 载荷卸载后结构可恢复到原来的状态，不产生残余 应力和参与应变。 5、小变形假设： 在载荷作用下的变形，远小于其自身的几何尺寸； 结构变形的挠度远小于结构的截面尺寸。
西安嘉业航空科技有限公司
6、缓慢加载过程： 载荷的施加和卸载过程足够慢； 不引起结构的动响应； 满足内外力平衡方程。
西安嘉业航空科技有限公司 作业5 问题描述：如右图模型（支撑座-4-切 向），其材料为铜合金，模型受如图所示 方向的314rad/s的角加速度惯性载荷；模 型内圈用圆柱面约束且轴向为0，径向和周 向为free；模型外圈施加径向轴承载荷 1000N。 要求：运用适当的网格划分方法，网格 大小均匀一致在筋板厚度方向至少划分11 个节点（或者运用refineing网格划分方 法）；求解结果显示模型的整体变形和等 效应力。 截图：材料添加，网格划分效果，结果 的整体变形、等效应力以及径向变形和应 力的网格显示图、矢量线时图、等值线图。 共8张截图。来自西安嘉业航空科技有限公司
动力学与静力学的比较分析
动力学与静力学的比较分析动力学和静力学是研究物体运动的两个重要分支学科，它们在力学领域发挥着重要的作用。
动力学主要研究物体在受力作用下的运动规律，而静力学则主要研究物体在受力作用下的平衡情况。
本文将对动力学和静力学进行比较分析，探讨它们的共同点和区别。
首先，动力学和静力学在研究对象上存在差异。
动力学关注的是物体的运动状态，力的作用以及物体的加速度等。
而静力学则关注的是物体的平衡情况，研究物体在受力后是否处于静止状态以及力的分布情况等。
其次，动力学和静力学在研究方法上也有一定的差异。
在动力学研究中，通常需要建立动力学方程来描述物体受力后的运动情况，通过求解动力学方程可以得到物体的运动规律。
而静力学的研究则主要通过力的平衡条件来进行分析，例如牛顿第一定律所描述的力的合成为零的情况，从而得到物体的平衡情况。
此外，动力学和静力学的应用领域也存在差异。
动力学在研究机械系统、天体物理、流体运动等方面具有广泛的应用。
例如，在机械工程中，动力学可以用于研究机械装置的稳定性和动态响应；在天体物理中，动力学可以用于研究行星的轨道运动和天体碰撞等。
而静力学主要应用于建筑工程、力学设计等领域。
例如，在建筑物设计中，静力学可用于确定各个荷载在建筑结构中的分布情况，从而保证结构的稳定性。
另外，动力学和静力学也存在一些共同点。
首先，它们都以牛顿力学为基础，共同遵循牛顿的三大定律。
无论是动力学还是静力学，都以力的作用和力的平衡为基础，建立了稳定和可靠的力学体系。
其次，它们都是解决现实世界中力学问题的有效工具，对于我们理解和应用力学定律具有重要的意义。
为了更好地说明动力学和静力学的比较分析，以杆的静力平衡和动力学为例。
在静力学中，当一个杆处于平衡状态时，各个力的合力和合力矩都为零，从而可以通过静力学方程来求解杆的平衡条件。
而在动力学中，我们可以研究一个杆在受到外力作用下的运动规律。
例如，当一个杆在一个端点受到外力作用时，可以通过动力学方程求解出杆的弯曲状态和挠度等参数。
ansysworkbench静力分析讲解1
• 计算时间也同样，简单模型计算快，复杂模型计算慢。
• 想清楚这几个问题，再开始仿真。
静力分析
• 静力分析主要研究由外部载荷引起的结构上的位移，应力，应变 和力，
• 这里指的外部载荷，是不会引起明显的惯性和阻尼效应 • 简单理解，就是缓慢加载，缓慢反应，和时间无关，是受载荷之
geometry，导入的模型可以是 在三维模型中建好的
模型处理
• 用DM打开模型，可以对模型进行修改 • 包括修复模型，简化孔，简化边缘 • 本次仿真已示意为主，默认设置
网格划分
• 划分网格，修改默认尺寸大小
增加约束
添加压力
求解计算
• 根据不同的要求，会有不同的设置 • 本次采用默认设置
求解
示例
分析一个零件，在圆孔处固定，在手柄和端部受到2MPa压力
问题分析
• 目的：静力分析示例 • 材料：默认材料结构钢 • 模型简化：可以保留模型上的孔，网格精细程度不需要太高，示
意说明问题即可 • 分析：不考虑非线性 • 求解：使用ansys求解器
建立一个分析模块
• 首先打开ansysworkbench • 在左侧的工具箱中直接拖拽 • 建立一个模块 • 静力学模块有3个，区别在
后的稳定状态。
静力分析
• 可以施加的载荷类型
• 外部力和压力，比如：静水压力或者大气压 • 稳态惯性力，比如：重力和转动速度 • 非零位移 • 温度
静力分析
• 分析可以是线性的 ，也可以是非线性的，所线性主要包括三类，几何非线性，材料非线性，接触
于求解器不同 • 拖拽到工作区之后形成一个
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如何简单的区分ANSYS Workbench 有限元分析中的静力学与动力
学问题
四川 曹文强
“力”是一个很神秘的字，是个象形字，形体极像古代的犁形，上部为犁把，下部为耕地的犁头，也形象的解释“力”含义 ，将无形不可见，不可描述的现象充分的表达了出来。
从初中物理我们就学习过，力是物体之间的相互作用，是使物体获得加速度和发生形变的外因，单独就力而言，有三个要素力的大小、方向和作用点。
力学是研究物体的机械运动和平衡规律及其应用的，力学可分为静力学、运动学和动力学三部分。
而今天主要是简单介绍一个静力学与动力学。
首先，静力学与动力学区别是什么？
答案很简单，一个是“静”，一个是“动”，动静的含义就是时间的问题。
故，静力学实际是在研究工程结构在静载荷作用下的弹塑性变形和应力状态，以及结构优化问题，其中的静载荷是指不随时间变化的外加载荷，变化较慢的载荷，也可近似地看作静载荷。
当然
“静”动力学
静力学
实际上只是相对而言，严格地说，物体相对于惯性参照系处于静止或作匀速直线运动的状态，即加速度为零的状态，也就是平衡的状态。
对于平衡的状态阐述，牛顿第一运动定律（牛顿第一定律，又称惯性定律、惰性定律）就有一个完整表述：任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。
此外，静力学的有五大公理
公理一
力的平行四边形法则：作用在物体上同一点的两个力，可合成一个合力，合力的作用点仍在该点，其大小和方向由以此两力为边构成的平行四边形的对角线确定，即合力等于分力的矢量和。
公理二
二力平衡公理：作用在物体上的两个力，使物体平衡的必要和充分条件是：两个力的大小相等，方向相反，作用线沿同一直线。
公理三
加减平衡力系公理：在已知力系上加或减去任意平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。
公理四
牛顿第三定律：两物体间的相互作用力，大小相等，方向相反，作用线沿同一直线。
此公理概括了物体间相互作用的关系，表明作用力与反作用力成对出现，并分别作用在不同的物体上。
公理五
刚化公理：变形体在某一力系作用下处于平衡时，如将其刚化为刚体，其平衡状态保持不变。
在有限元结构仿真里面，可简化为下流程图。
静荷载
大小、方向、作用点
输入
刚度、约束、尺寸、材料输出
位移、内力、应力
在ansys workbench 有限元分析中，有以下两个模块用于静力学分析，分别是稳态静力学分析、屈曲分析。
而动力学是研究工程结构在动载荷作用下的响应和性能的分支学科。
动载荷是指随时间而改变的载荷。
在动载荷作用下，结构内部的应力、应变及位移也必然是时间的函数。
对于动力学，牛顿第二运动定律进行了完美的阐述：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，且与物体质量的倒数成正比；加速度的方向跟作用力的方向相同。
这个定律指出了力、加速度、质量三者间的关系。
动力学普遍定理为动量定理、动量矩定理、动能定理。
在有限元结构仿真里面，可简化为下流程图：
动载荷类型
简谐载荷：载荷随时间周期性性变化，并可以用简谐函数来表示。
动荷载
大小、方向、作用点、时间 输入 质量、刚度、约束、尺寸、阻尼、频率、振型 输出 动位移、加速度、速度、动应力、动力系数
分析模块推荐harmonic response
一般周期性载荷：载荷随时间周期性变化，是时间的周期函数，但不能用简单的用简谐函数表示。
分析模块推荐harmonic response
冲击载荷：载荷的幅值大小在很短时间内急剧增加或急剧的减小。
分析模块推荐瞬态动力学（transient structural（隐式解法）
显示动力学explicit dynamics（显式解法）
随机载荷：荷载的幅值大小变化复杂，难以用解析函数解析表示的载荷。
分析模块推荐random vibriation response spectrum
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