ansys瞬态分析解析
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FEA-11-ANSYS瞬态分析
4
方法确定要建立初始温度的 节点。 5. 单击 OK.
1
2
5
注: 当手动或借助于输入文 件输入IC命令时，可以使用 节点组元名来区分节点。
非均匀初始温度 (续)
6 7 8
6.选择 DOF 标记 “TEMP” 。
7. 指定初始温度数值。
注: 没有定义DOF初始温度的节点其初 始温度缺省为TUNIF命令指定的均匀数 值。当求解控制打开时，在指定初始温 度前指定TUNIF的数值。
时间步大小建议
选择合理的时间步很重要，它影响求解的精度和收敛性。
•如果时间步长 太小, 对于有中间节点的单元会 形成不切实际的振荡，造成温度结果不真实。
T
D t
如果时间步长 太大, 就不能 得到足够的温度梯度。 t
一种方法是先指定一个相对较保守的初始时间步长，然后使用自动时 间步长按需要增加时间步。下面说明使用自动时间步长大致估计初始 时间步长的方法。
第11章 ANSYS瞬态分析
第22章
北京科技大学 数理学院 应用力学系
何为瞬态分析?
由于受随时间变化(或不变)的载荷和边界条件,如果需要知道系统随 时间的响应，就需要进行瞬态分析 。
时变载荷
时变响应
热能存储效应在稳态分析中忽略，在此要考虑进去。时间，在稳态 分析中只用于计数，现在有了确定的物理含义。 涉及到相变的分析总是瞬态分析。这种比较特殊的瞬态分析在后续 章节中讨论。
时间步大小说明 (续)
在瞬态热分析中大致估计初始时间步长，可以使用Biot 和Fourier数。 Biot 数 是无量纲的对流和传导热阻的比 率: h Dx
Bi
K
其中 D x是名义单元宽度, h是平均对流换热系数，K 是 平均导热系数。Fourier 数 是无量纲的时间(Dt/t ) , 对于 宽度为D x 的单元它量化了热传导与热存储的相对比率:
方法确定要建立初始温度的 节点。 5. 单击 OK.
1
2
5
注: 当手动或借助于输入文 件输入IC命令时，可以使用 节点组元名来区分节点。
非均匀初始温度 (续)
6 7 8
6.选择 DOF 标记 “TEMP” 。
7. 指定初始温度数值。
注: 没有定义DOF初始温度的节点其初 始温度缺省为TUNIF命令指定的均匀数 值。当求解控制打开时，在指定初始温 度前指定TUNIF的数值。
时间步大小建议
选择合理的时间步很重要，它影响求解的精度和收敛性。
•如果时间步长 太小, 对于有中间节点的单元会 形成不切实际的振荡，造成温度结果不真实。
T
D t
如果时间步长 太大, 就不能 得到足够的温度梯度。 t
一种方法是先指定一个相对较保守的初始时间步长，然后使用自动时 间步长按需要增加时间步。下面说明使用自动时间步长大致估计初始 时间步长的方法。
第11章 ANSYS瞬态分析
第22章
北京科技大学 数理学院 应用力学系
何为瞬态分析?
由于受随时间变化(或不变)的载荷和边界条件,如果需要知道系统随 时间的响应，就需要进行瞬态分析 。
时变载荷
时变响应
热能存储效应在稳态分析中忽略，在此要考虑进去。时间，在稳态 分析中只用于计数，现在有了确定的物理含义。 涉及到相变的分析总是瞬态分析。这种比较特殊的瞬态分析在后续 章节中讨论。
时间步大小说明 (续)
在瞬态热分析中大致估计初始时间步长，可以使用Biot 和Fourier数。 Biot 数 是无量纲的对流和传导热阻的比 率: h Dx
Bi
K
其中 D x是名义单元宽度, h是平均对流换热系数，K 是 平均导热系数。Fourier 数 是无量纲的时间(Dt/t ) , 对于 宽度为D x 的单元它量化了热传导与热存储的相对比率:
Ansys动力学瞬态动力的分析
结果输出
将结果以图表或报告的形式输出，便于分析和评 估。
05 案例分析
案例一：桥梁的瞬态动力分析
总结词
复杂结构模型，高精度模拟，长 期稳定性
详细描述
使用ANSYS动力学瞬态分析对大 型桥梁进行模拟，考虑风载、车 流等动态因素，评估桥梁在不同 频率下的振动响应和稳定性。
案例二：汽车碰撞的瞬态动力分析
根据实际系统建立数学模型，包括确定系统的自由度和约束条件， 以及选择合适的单元类型和材料属性。
加载和求解
根据问题的实际情况，施加适当的边界条件和载荷，然后使用 ANSYS等有限元分析软件进行求解。
结果后处理
对求解结果进行后处理，包括查看位移、应力、应变等输出结果， 并进行必要的分析和评估。
瞬态动力学的应用场景
瞬态动力学是研究系统在随时间变化的载荷作用下的动力响应，其基本原理基于牛 顿第二定律和弹性力学的基本方程。
瞬态动力学考虑了时间的因素，因此需要考虑系统的初始条件和边界条件，以及载 荷随时间的变化。
瞬态动力学中，系统的响应不仅与当前时刻的载荷有关，还与之前的载荷历史有关。
瞬态动力学的分析步骤
建立模型
求解设置
选择求解器
01
根据模型特点选择合适的求解器，如直接求解器或迭代求解器。
设置求解参数
02
设置合适的求解参数，如时间步长、积分器等。
开始求解
03
启动求解过程，ANSYS将计算并输出结果。
结果后处理
查看结果
在后处理模块中查看计算结果，如位移、应力、 应变等。
分析结果
对结果进行分析，判断结构的响应和性能。
06 结论与展望
瞬态动力学的未来发展方向
更加精确的模型
将结果以图表或报告的形式输出，便于分析和评 估。
05 案例分析
案例一：桥梁的瞬态动力分析
总结词
复杂结构模型，高精度模拟，长 期稳定性
详细描述
使用ANSYS动力学瞬态分析对大 型桥梁进行模拟，考虑风载、车 流等动态因素，评估桥梁在不同 频率下的振动响应和稳定性。
案例二：汽车碰撞的瞬态动力分析
根据实际系统建立数学模型，包括确定系统的自由度和约束条件， 以及选择合适的单元类型和材料属性。
加载和求解
根据问题的实际情况，施加适当的边界条件和载荷，然后使用 ANSYS等有限元分析软件进行求解。
结果后处理
对求解结果进行后处理，包括查看位移、应力、应变等输出结果， 并进行必要的分析和评估。
瞬态动力学的应用场景
瞬态动力学是研究系统在随时间变化的载荷作用下的动力响应，其基本原理基于牛 顿第二定律和弹性力学的基本方程。
瞬态动力学考虑了时间的因素，因此需要考虑系统的初始条件和边界条件，以及载 荷随时间的变化。
瞬态动力学中，系统的响应不仅与当前时刻的载荷有关，还与之前的载荷历史有关。
瞬态动力学的分析步骤
建立模型
求解设置
选择求解器
01
根据模型特点选择合适的求解器，如直接求解器或迭代求解器。
设置求解参数
02
设置合适的求解参数，如时间步长、积分器等。
开始求解
03
启动求解过程，ANSYS将计算并输出结果。
结果后处理
查看结果
在后处理模块中查看计算结果，如位移、应力、 应变等。
分析结果
对结果进行分析，判断结构的响应和性能。
06 结论与展望
瞬态动力学的未来发展方向
更加精确的模型
ansys瞬态热分析教程及实例
大家好
QUST
18
自动时间步长选项 命令：AUTOTS GUI：Main Menu > Solution > Analysis Type
> Sol'n Controls 打开后求解过程中将自动调整时间步长。
大家好
QUST
19
时间积分选项 命令：TIMINT GUI：Main Menu > Solution > Load Step
QUST
6
大家好
5. 瞬态传热分析
均匀初始温度：如果整个模
型的初始温度为均匀且非0
2
，使用下列菜单指定:
3 4 1
QUST
7
大家好
1
2 3
5. 瞬态传热分析
非均匀的初始温度
如果模型的初始温度分布
已知但不均匀，使用这些
菜单将初始条件施加在特
4
定节点上
5
QUST
8
大家好
5. 瞬态传热分析
ANSYS 瞬态传热分析的主要步骤 1.建立有限元模型 2.施加载荷并求解 3.求解 4.查看分析结果
QUST
5
大家好
5. 瞬态传热分析
在瞬态分析中，载荷步和子步的定义与非线性稳态分 析十分类似。载荷定义的每个载荷步的终点，并可以 随时间阶跃或渐进的施加。
每个载荷步的求解是在子步上得到。子步长根据时间 积分步长得到。
自动时间步 (ATS) 同样适用于瞬态分析，可以简化 ITS选择。 ITS选择将影响到瞬态分析的精度和非线性收敛性 (如果存在)。
Restart
大家好
QUST
10条件分为两种情况：其一， 初始温度场已知；其二，初始温度场未知。
Ansys热分析教程_瞬态分析
载荷步和子步
在瞬态分析中，载荷步和子步的定义与非线性稳态分析十分类似。载 荷定义的每个载荷步的终点，并可以随时间阶跃或渐变的施加。 每个载荷步的求解是在子步上得到。 子步长根据时间积分步长得到。 自动时间步 (ATS) 同样适用于瞬态分析， 可以简化ITS选择。
ITS选择将影响到瞬态分析的精度和非线性收敛性 (如果存在)。
K T Q
n 1
K
Equivalent conductivity matrix
Q
Equivalent heat flow vector
If nonlinearities are present, the incremental form of this equation is iterated upon at every time point.
* MASS71热质量单元比较
特殊，它能够存贮热能单不 能传导热能。因此，本单元 不需要热传导系数。
瞬态分析前处理考虑因素(续)
象稳态分析一样，瞬态分析也可以是线性或非线性的。如果是 非线性的，前处理与稳态非线性分析有同样的要求。
稳态分析和瞬态分析对明显的区别在于加载和求解 过程。
在瞬态热分析数值方法的一个简单介绍以后，我们将集中解释 这些过程。
积分。
ANTYPE,TRANS + TIMINT,OFF ANTYPE,STATIC ANTYPE,STATIC + TIMINT,ON ANTYPE,TRANS
另外的时间积分例子
在本例中，不是在分析的开始关闭时间积分 效果来建立初始条件，而是在分析的结束关 闭时间积分来“加速”瞬态。
注意改变到稳态边界时 的突变。最后一个载荷 步的终止时间可以是任 意的,但必须比前面的瞬 态载荷步时间数值要大 。
ansys瞬态动力分析详解
M4-6
瞬态分析- 术语和概念
求解方法
求解运动方程
直接积分法
模态叠加法
隐式积分
显式积分
完整矩阵法
缩减矩阵法
完整矩阵法
缩减矩阵法
M4-7
瞬态分析 – 术语和概念
求解方法 （接上页）
运动方程的两种求解法： • 模态叠加法（在第六章中讨论） • 直接积分法： – 运动方程可以直接对时间按步积分。在每个时间点， 需求解一组联立的静态平衡方程（F=ma）； – ANSYS 采用Newmark 法这种隐式时间积分法； – ANSYS/LS-DYNA 则采用显式时间积分法； – 有关显式法和隐式法的讨论请参见第一章。
M4-25
瞬态分析步骤
规定边界条件和初始条件（接上页）
实例 - 物体从静止状态下落
• • • 这种情况 a0=g （重力加速度）v0=0 采用静载荷步法 载荷步1： – 关闭瞬态效应。用TIMINT，OFF 命令或 Solution > Time/Frequenc > Time Integration... – 采用小的时间间隔，例， 0.001； – 采用2 个子步， 分步加载（如果采用线性载荷或一个子步， v0 就将是非零的）； – 保持物体静止，例如，固定物体的全部自由度； – 施加等于 g 的加速度； – 求解。
• 在此节中只讨论完整矩阵 • 五个主要步骤： – 建模 – 选择分析类型和选项 – 规定边界条件和初始条件 – 施加时间历程载荷并求解 – 查看结果
M4-15
瞬态分析步骤
建
模
模型 • 允许所有各种非线性 • 记住要输入密度！ • 其余参见第一章建模所要考虑的问题
M4-16
瞬态分析步骤
ANSYS瞬态动力学分析
第八讲 瞬态动力学分析
ANSYS 理论与工程应用
8-1
瞬态动力学分析也称为时间历程分 析，用于确定结构承受任意随时间 变化荷载时的响应。 荷载和时间的相关性使得惯性力和 阻尼的作用不可忽视。
ANSYS 理论与工程应用
8-2
当惯性力和阻尼的作用可以忽视时 ，就可以使用静力学的多载荷步分 析代替瞬态分析。
有加速度。 3. 所有荷载必须施加在用户定义的主自由度
上，限制了实体模型的加载方法的使用。
ANSYS 理论与工程应用
8-7
Reduced 法缺点：
4. 整个瞬态分析过程中，时间步长必须保持 恒定，不允许自动时间步长。
5. 唯一允许的非线性是简单的点点接触
ANSYS 理论与工程应用
8-8
Mode Superposition 法优点：
By Dr Cui Mao , May 2013
ANSYS 理论与工程应用
8-5
Full 法优点：
5. 允许施加各种类型的荷载 6. 允许采用实体模型上所加的荷载
Full 法缺点： 开销大
ANSYS 理论与工程应用
8-6
Reduced法优点： 比Full法快且开销小 Reduced 法缺点：
1. 需要对主自由度的结果进行扩展。 2. 不能施加单元荷载（压力、温度）但允许
ANSYS 理论与工程应用
8-16
节点位移
ANSYS 理论与工程应用
8-17
节点轴向应力
ANSYS 理论与工程应用
8-18
节点Mises应力
ANSYS 理论与工程应用
8-19
例2 理想弹塑性悬臂梁承受时间历程荷
载 。 梁 长 20cm ， 横 截 为 正 方 形 ， 边 长
ANSYS 理论与工程应用
8-1
瞬态动力学分析也称为时间历程分 析，用于确定结构承受任意随时间 变化荷载时的响应。 荷载和时间的相关性使得惯性力和 阻尼的作用不可忽视。
ANSYS 理论与工程应用
8-2
当惯性力和阻尼的作用可以忽视时 ，就可以使用静力学的多载荷步分 析代替瞬态分析。
有加速度。 3. 所有荷载必须施加在用户定义的主自由度
上，限制了实体模型的加载方法的使用。
ANSYS 理论与工程应用
8-7
Reduced 法缺点：
4. 整个瞬态分析过程中，时间步长必须保持 恒定，不允许自动时间步长。
5. 唯一允许的非线性是简单的点点接触
ANSYS 理论与工程应用
8-8
Mode Superposition 法优点：
By Dr Cui Mao , May 2013
ANSYS 理论与工程应用
8-5
Full 法优点：
5. 允许施加各种类型的荷载 6. 允许采用实体模型上所加的荷载
Full 法缺点： 开销大
ANSYS 理论与工程应用
8-6
Reduced法优点： 比Full法快且开销小 Reduced 法缺点：
1. 需要对主自由度的结果进行扩展。 2. 不能施加单元荷载（压力、温度）但允许
ANSYS 理论与工程应用
8-16
节点位移
ANSYS 理论与工程应用
8-17
节点轴向应力
ANSYS 理论与工程应用
8-18
节点Mises应力
ANSYS 理论与工程应用
8-19
例2 理想弹塑性悬臂梁承受时间历程荷
载 。 梁 长 20cm ， 横 截 为 正 方 形 ， 边 长
ansys动力学瞬态分析详解
§3.1瞬态动力学分析的定义瞬态动力学分析（亦称时间历程分析）是用于确定承受任意的随时间变化载荷结构的动力学响应的一种方法。
可以用瞬态动力学分析确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下的随时间变化的位移、应变、应力及力。
载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较重要。
如果惯性力和阻尼作用不重要，就可以用静力学分析代替瞬态分析。
瞬态动力学的基本运动方程是：其中：[M] =质量矩阵[C] =阻尼矩阵[K] =刚度矩阵{}=节点加速度向量{}=节点速度向量{u} =节点位移向量在任意给定的时间，这些方程可看作是一系列考虑了惯性力（[M]{}）和阻尼力（[C]{}）的静力学平衡方程。
ANSYS程序使用Newmark时间积分方法在离散的时间点上求解这些方程。
两个连续时间点间的时间增量称为积分时间步长（integration time step）。
§3.2学习瞬态动力学的预备工作瞬态动力学分析比静力学分析更复杂，因为按“工程”时间计算，瞬态动力学分析通常要占用更多的计算机资源和更多的人力。
可以先做一些预备工作以理解问题的物理意义，从而节省大量资源。
例如，可以做以下预备工作：1.首先分析一个较简单模型。
创建梁、质量体和弹簧组成的模型，以最小的代价深入的理解动力学认识，简单模型更有利于全面了解所有的动力学响应所需要的。
2.如果分析包括非线性特性，建议首先利用静力学分析掌握非线性特性对结构响应的影响规律。
在某些场合，动力学分析中是没必要包括非线性特性的。
3.掌握结构动力学特性。
通过做模态分析计算结构的固有频率和振型，了解这些模态被激活时结构的响应状态。
同时，固有频率对计算正确的积分时间步长十分有用。
4.对于非线性问题，考虑将模型的线性部分子结构化以降低分析代价。
<<高级技术分指南>>中将讲述子结构。
§3.3三种求解方法瞬态动力学分析可采用三种方法：完全（Full）法、缩减（Reduced）法及模态叠加法。
ansys动力学瞬态分析详解
§3.1瞬态动力学分析的定义瞬态动力学分析（亦称时间历程分析）是用于确定承受任意的随时间变化载荷结构的动力学响应的一种方法。
可以用瞬态动力学分析确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下的随时间变化的位移、应变、应力及力。
载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较重要。
如果惯性力和阻尼作用不重要，就可以用静力学分析代替瞬态分析。
瞬态动力学的基本运动方程是：其中：[M] =质量矩阵[C] =阻尼矩阵[K] =刚度矩阵{}=节点加速度向量{}=节点速度向量{u} =节点位移向量在任意给定的时间，这些方程可看作是一系列考虑了惯性力（[M]{}）和阻尼力（[C]{}）的静力学平衡方程。
ANSYS程序使用Newmark时间积分方法在离散的时间点上求解这些方程。
两个连续时间点间的时间增量称为积分时间步长（integration time step）。
§3.2学习瞬态动力学的预备工作瞬态动力学分析比静力学分析更复杂，因为按“工程”时间计算，瞬态动力学分析通常要占用更多的计算机资源和更多的人力。
可以先做一些预备工作以理解问题的物理意义，从而节省大量资源。
例如，可以做以下预备工作：1.首先分析一个较简单模型。
创建梁、质量体和弹簧组成的模型，以最小的代价深入的理解动力学认识，简单模型更有利于全面了解所有的动力学响应所需要的。
2.如果分析包括非线性特性，建议首先利用静力学分析掌握非线性特性对结构响应的影响规律。
在某些场合，动力学分析中是没必要包括非线性特性的。
3.掌握结构动力学特性。
通过做模态分析计算结构的固有频率和振型，了解这些模态被激活时结构的响应状态。
同时，固有频率对计算正确的积分时间步长十分有用。
4.对于非线性问题，考虑将模型的线性部分子结构化以降低分析代价。
<<高级技术分指南>>中将讲述子结构。
§3.3三种求解方法瞬态动力学分析可采用三种方法：完全（Full）法、缩减（Reduced）法及模态叠加法。
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– 作为时间函数的载荷（稍候详细说明）
• 输出数据
– 随时间变化的位移和其它的导出量，如：应力和应变
4-3
瞬态分析
…定义和目的
瞬态动力分析用在以下的设计中：
培训手册
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
Hale Waihona Puke • 承受各种冲击载荷的结构，如:汽车中的门和缓冲器、 建筑框架以及悬挂系统等 • 承受各种随时间变化载荷的结构，如：桥梁、地面移 动装置以及其它机器部件 • 承受撞击和颠簸的家庭和办公设备，如：便携式电话 、笔记本电脑和真空吸尘器等
4-9
瞬态分析- 术语和概念
…求解方法
培训手册
• 求解时即可用缩减结构矩阵，也可用完整结构矩阵。 • 缩减法 – 用于快速求解 – 不允许非线性 (除间隙之外) – 根据主自由度写出[K]、[C]和[M]等矩阵，主自由度是所有自 由度的一个子集 – 缩减的 [K] 是精确的，但缩减的 [C] 和 [M] 是近似的。此外 ，还有其它的一些缺陷，但不在此讲座讨论 • 完全法 – 不进行缩减。 采用完整的[K]、 [C] 和 [M]矩阵 – 允许非线性特性 – 在本手册中的全部讨论都是基于此种方法
4-10
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
瞬态分析- 术语和概念
积分时间步长
培训手册
• 积分时间步长（亦称为ITS 或 Dt ）是时间积分法中的 一个重要概念 – ITS 是从一个时间点到另一个时间点的时间增量 Dt – 积分时间步长决定求解的精确度，因而其数值应仔 细选取 – 瞬态分析中，对于缩减法和模态叠加法， ITS 是一 个常数 – 瞬态分析中，对于完全法, 在使用者定义的范围（ 以后讨论）内，ANSYS能够自动调节时间步长
•
不同的a和d值将导致积分方法的变化（显式 /隐式/平均加速度 )，ansys 可以使用替代参数γ(gamma),只要将γ设置为大于0的数，则方程就是无 条件稳定的。通常设置γ为0.005。
• •
Newmark 是一种隐式方法。 ANSYS/LS-DYNA 使用显式方法（向前差分时间积分）。见第一章关于 隐式和显式的讨论。
响应周期
4-13
瞬态分析 - 术语和概念
…积分时间步长 • 响应频率 (接上页)
培训手册
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
– 求解时，完全法给出响应频率和在每个周期的点数 – 目的是保持每个周期20个点 – ANSYS自动增加或减少ITS来保证每个周期默认有 20个点。 – 需要加速度结果时ITS要更小些
4-4
瞬态分析
B.术语和概念
包括的主题如下： • 运动方程
培训手册
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
• 求解方法
• 积分时间步长
4-5
瞬态分析 – 术语和概念
运动方程
• 瞬态动力分析的运动方程和通用运动方程相同。
培训手册
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
C u K u F t M u
培训手册
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
ITS
4-7
瞬态分析 – 术语和概念
…求解方法
运动方程的两种求解法： • 模态叠加法（稍候做专题讨论） • 直接积分法
培训手册
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
– 运动方程直接对时间分步积分，并在每个时间点( time = 0, Dt , 2Dt, 3Dt,….)求解一组同时发生的静 态平衡方程 (F=ma) • 提供了不同的积分方法：比如Central difference, Average acceleration, Houbolt, WilsonQ, Newmark 等
瞬态动力分析
段志东制作
瞬态动力分析
A.瞬态动力分析的定义和目的 B.瞬态分析的基本术语和概念 C.在ANSYS中如何进行瞬态分析 D.瞬态分析实例
培训手册
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
4-2
瞬态分析
定义和目的
什么是瞬态动力分析?
培训手册
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
• 分析结构在任意随时间变化载荷作用下的响应的技术 • 输入数据
• 这是瞬态分析的最一般形式，载荷可为时间的任意函 数 • 在瞬态动力分析中，不同的分析方法允许包括各种类 型的非线性特性（大变形、接触、塑性等）
4-6
瞬态分析- 术语和概念
求解方法
求解运动方程
培训手册
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
直接积分法
模态叠加法
隐式积分
显式积分
完全法
缩减法
完全法
缩减法
4-14
瞬态分析- 术语和概念
…积分时间步长
接触频率
• 当两个物体发生接触，间隙或 接触表面通常用刚度（间隙刚 度）来描述 • ITS应足够小到获取间隙“弹 簧”频率 • 建议每个循环三十个点，这才 足以获取在两物体间的动量传 递，比此更大的ITS 会造成能 量损失，并且冲击可能不是完 全弹性的 • 求解过程中，将给出响应频率 和接触频率
4-11
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
瞬态分析- 术语和概念
…积分时间步长
• 积分时间步长（ITS） 应小到足够获取下列数据： – 响应频率 – 接触频率（如果存在的话） – 波传播效应（如果存在的话）
培训手册
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
– 非线性响应 (塑性、蠕变和接触状态)
4-12
4-8
瞬态分析- 术语和概念
…求解方法
• ANSYS 用 Newmark积分方法：
培训手册
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
M u C u K u F t t Dt t Dt t Dt Dt [(1 / 2 a )u au u u u ]Dt 2 t Dt t t t t Dt [(1 d )u du u u ]Dt t Dt t t t Dt
瞬态分析 - 术语和概念
…积分时间步长
响应频率
培训手册
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
• 不同类型载荷会在结构中激发不 同的自然频率
• 响应频率是载荷引起全部频率的 加权频率 • ITS应足够小到获取所关心的最高 响应频率 • 每个循环中有20个时间点应是足 够的，即： Dt = 1/20f 式中 f 是所关心的响应频率
• 输出数据
– 随时间变化的位移和其它的导出量，如：应力和应变
4-3
瞬态分析
…定义和目的
瞬态动力分析用在以下的设计中：
培训手册
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
Hale Waihona Puke • 承受各种冲击载荷的结构，如:汽车中的门和缓冲器、 建筑框架以及悬挂系统等 • 承受各种随时间变化载荷的结构，如：桥梁、地面移 动装置以及其它机器部件 • 承受撞击和颠簸的家庭和办公设备，如：便携式电话 、笔记本电脑和真空吸尘器等
4-9
瞬态分析- 术语和概念
…求解方法
培训手册
• 求解时即可用缩减结构矩阵，也可用完整结构矩阵。 • 缩减法 – 用于快速求解 – 不允许非线性 (除间隙之外) – 根据主自由度写出[K]、[C]和[M]等矩阵，主自由度是所有自 由度的一个子集 – 缩减的 [K] 是精确的，但缩减的 [C] 和 [M] 是近似的。此外 ，还有其它的一些缺陷，但不在此讲座讨论 • 完全法 – 不进行缩减。 采用完整的[K]、 [C] 和 [M]矩阵 – 允许非线性特性 – 在本手册中的全部讨论都是基于此种方法
4-10
ANSYS80瞬态分析——段志东制作
瞬态分析- 术语和概念
积分时间步长
培训手册
• 积分时间步长（亦称为ITS 或 Dt ）是时间积分法中的 一个重要概念 – ITS 是从一个时间点到另一个时间点的时间增量 Dt – 积分时间步长决定求解的精确度，因而其数值应仔 细选取 – 瞬态分析中，对于缩减法和模态叠加法， ITS 是一 个常数 – 瞬态分析中，对于完全法, 在使用者定义的范围（ 以后讨论）内，ANSYS能够自动调节时间步长
•
不同的a和d值将导致积分方法的变化（显式 /隐式/平均加速度 )，ansys 可以使用替代参数γ(gamma),只要将γ设置为大于0的数，则方程就是无 条件稳定的。通常设置γ为0.005。
• •
Newmark 是一种隐式方法。 ANSYS/LS-DYNA 使用显式方法（向前差分时间积分）。见第一章关于 隐式和显式的讨论。
响应周期
4-13
瞬态分析 - 术语和概念
…积分时间步长 • 响应频率 (接上页)
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– 求解时，完全法给出响应频率和在每个周期的点数 – 目的是保持每个周期20个点 – ANSYS自动增加或减少ITS来保证每个周期默认有 20个点。 – 需要加速度结果时ITS要更小些
4-4
瞬态分析
B.术语和概念
包括的主题如下： • 运动方程
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• 求解方法
• 积分时间步长
4-5
瞬态分析 – 术语和概念
运动方程
• 瞬态动力分析的运动方程和通用运动方程相同。
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C u K u F t M u
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ITS
4-7
瞬态分析 – 术语和概念
…求解方法
运动方程的两种求解法： • 模态叠加法（稍候做专题讨论） • 直接积分法
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– 运动方程直接对时间分步积分，并在每个时间点( time = 0, Dt , 2Dt, 3Dt,….)求解一组同时发生的静 态平衡方程 (F=ma) • 提供了不同的积分方法：比如Central difference, Average acceleration, Houbolt, WilsonQ, Newmark 等
瞬态动力分析
段志东制作
瞬态动力分析
A.瞬态动力分析的定义和目的 B.瞬态分析的基本术语和概念 C.在ANSYS中如何进行瞬态分析 D.瞬态分析实例
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4-2
瞬态分析
定义和目的
什么是瞬态动力分析?
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• 分析结构在任意随时间变化载荷作用下的响应的技术 • 输入数据
• 这是瞬态分析的最一般形式，载荷可为时间的任意函 数 • 在瞬态动力分析中，不同的分析方法允许包括各种类 型的非线性特性（大变形、接触、塑性等）
4-6
瞬态分析- 术语和概念
求解方法
求解运动方程
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直接积分法
模态叠加法
隐式积分
显式积分
完全法
缩减法
完全法
缩减法
4-14
瞬态分析- 术语和概念
…积分时间步长
接触频率
• 当两个物体发生接触，间隙或 接触表面通常用刚度（间隙刚 度）来描述 • ITS应足够小到获取间隙“弹 簧”频率 • 建议每个循环三十个点，这才 足以获取在两物体间的动量传 递，比此更大的ITS 会造成能 量损失，并且冲击可能不是完 全弹性的 • 求解过程中，将给出响应频率 和接触频率
4-11
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瞬态分析- 术语和概念
…积分时间步长
• 积分时间步长（ITS） 应小到足够获取下列数据： – 响应频率 – 接触频率（如果存在的话） – 波传播效应（如果存在的话）
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– 非线性响应 (塑性、蠕变和接触状态)
4-12
4-8
瞬态分析- 术语和概念
…求解方法
• ANSYS 用 Newmark积分方法：
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M u C u K u F t t Dt t Dt t Dt Dt [(1 / 2 a )u au u u u ]Dt 2 t Dt t t t t Dt [(1 d )u du u u ]Dt t Dt t t t Dt
瞬态分析 - 术语和概念
…积分时间步长
响应频率
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• 不同类型载荷会在结构中激发不 同的自然频率
• 响应频率是载荷引起全部频率的 加权频率 • ITS应足够小到获取所关心的最高 响应频率 • 每个循环中有20个时间点应是足 够的，即： Dt = 1/20f 式中 f 是所关心的响应频率