ANSYS Workbench 动力学分析指南
workbench动力学概论
DYNAMICS 11.0
How to Approximate Rayleigh Damping Constants
Rayleigh Equation: the sum of
the and terms is nearly constant over the range of frequencies
DYNAMICS 11.0
模态叠加法
• 按自然频率和模态将完 全耦合的通用运动方程 转化为一组独立的非耦 合方程 • 可以用来处理瞬态动力 学分析和谐响应分析 • 详见《模态叠加法》
动力学控制方程方法求解方法
显式求解法
Training Manual
– ANSYS-LS/DYNA方法，也称为闭式求解法或预测求解 法； – 积分时间步 Dt必须很小，但求解速度很快(没有收敛问 题)； – 可用于波的传播，冲击载荷和高度非线性问题； – 当前时间点的位移 {u}t 由包含时间点 t 的方程推导出来 – 无条件稳定: Dt的大小仅仅受精度条件控制, 无稳定性。
DYNAMICS 11.0
阻尼定义与分类
Training Manual
阻尼是一种能量耗散机制，它使振动随时间减 弱并最终停止。 阻尼的数值主要取决于材料、运动速度和振动 频率。 阻尼可分类如下：
– 粘性阻尼
– 滞后或固体材料阻尼 – 库仑或干摩擦阻尼
DYNAMICS 11.0
粘性阻尼
Training Manual
• 比例常数 m 就是摩擦系数；
Training Manual
DYNAMICS 11.0
– 动力学分析中一般不予考虑。
阻尼矩阵
在ANSYS中,阻尼是各种指定阻尼的和
[C ] [ M ] ( c )[ K ]
workbench 谐响应 扫频 转子动力学
workbench 谐响应扫频转子动力学
我猜你想了解的是 Workbench 进行谐响应扫频和转子动力学分析的相关内容。
Workbench 是 ANSYS 公司推出的一款协同仿真环境，广泛应用于结构、流体、电磁等领域的仿真分析。
在 Workbench 中进行谐响应扫频和转子动力学分析的基本流程如下：
1. 建立模型：首先需要建立分析模型，包括几何模型和网格划分等。
可以使用Workbench 中的 DesignModeler 或 SpaceClaim 等工具进行建模和网格划分。
2. 施加激励：在模型上施加激励，例如力、压力、位移等。
可以使用 Workbench 中的Static Structural 或 Modal 等模块进行激励的施加。
3. 设置分析选项：设置谐响应分析的选项，例如频率范围、求解器等。
可以使用Workbench 中的 Harmonic Response 模块进行设置。
4. 进行分析：运行谐响应分析，得到模型的频率响应曲线。
可以使用 Workbench 中的Results 模块查看分析结果。
5. 进行转子动力学分析：如果需要进行转子动力学分析，可以在模型上添加轴承、轴等组件，并设置相应的边界条件和激励。
可以使用 Workbench 中的 Rotordynamics 模块进行分析。
需要注意的是，具体的分析流程和方法可能会因模型的不同而有所差异，建议你根据实际情况进行调整。
Ansys-Workbench动力学分析
4.1: 动力学绪论
第一节 动力学分析目的及定义 为什么要对结构进行动力学分析？
土木建筑、地质工程领域
1940年11月7日倒塌—风载
1940年7月1日通车 美国塔科曼悬索大桥
交通运输、航空航天领域
机械、机电领域
什么是结构动力学？
定义：研究结构在动力荷载作用下的动力反应。
目的：动力荷载作用下结构的内力和变形；
4.2: 模态分析
第一节 模态分析的含义
什么是模态分析?
模态分析是用来确定结构的振动特性（固有频率和振型） 的一种技术。 模态分析的好处：
– 使结构设计避免共振或以特定频率进行振动（例如 扬声器）；
– 使工程师可以认识到结构对于不同类型的动力载荷 是如何响应的。
建议： 在准备进行其它动力分析之前首先要进行
单地用简谐函数来表示。
FP
t
（3）冲击荷载 荷载的幅值(大小)在很短时间内急剧增大或急剧减小。
FP 冲击荷载
t
FP 突加荷载
t
（4）随机荷载 荷载的幅值变化复杂、难以用解析函数解析表示的荷载。
风荷载 地震作用
25 Wind speed (m/s) 20
15
10
5
0
0
50
100
脉动风
平均风
150
200
fn
n 2
为系统的固有频率，Hz
1 2
T
fn n
为系统的周期，s
2.二自由度无阻尼线性系统
对质量块m1、 m2受力分析， 由Newton第二定律得
mm12xx12 kk13xx12kk22(
x2 x1) (x2 x1)
mm12xx12(kk21x1
ANSYS动力学分析指南
ANSYS 动力学分析指南目 录第1章 模态分析 (1)§1.1 模态分析的定义及其应用 (1)§1.2 模态分析中用到的命令 (1)§1.3 模态提取方法 (1)§1.3.1 分块Lanczos法 (2)§1.3.2 子空间法 (3)§1.3.3 PowerDynamics法 (3)§1.3.4 缩减法 (3)§1.3.5 非对称法 (3)§1.3.6 阻尼法 (4)§1.3.7 QR阻尼法 (4)§1.4 矩阵缩减技术和主自由度选择准则 (5)§1.4.1矩阵缩减 技术 (5)§1.4.2人工选择主自由度的准则 (5)§1.4.3程序选择主自由度的要点 (7)§1.5 模态分析过程 (7)§1.6 建模 (7)§1.7 加载及求解 (8)§1.7.1 进入ANSYS求解器 (8)§1.7.2 指定分析类型和分析选项 (8)§1.7.3 定义主自由度 (10)§1.7.4 在模型上加载荷 (11)§1.7.5 指定载荷步选项 (12)§1.7.6 参与系数表输出 (12)§1.7.7 求解 (13)§1.7.8 退出求解器 (14)§1.8 扩展模态 (14)§1.8.1 注意要点 (14)§1.8.2 扩展模态 (14)§1.9观察结果 (16)§1.9.1 注意要点 (16)§1.9.2 观察结果数据的过程 (16)§1.9.3 选项：列表显示所有频率 (17)§1.9.4 选项：图形显示变形 (17)§1.9.5 选项：列表显示主自由度 (17)§1.9.6 选项：线单元结果 (17)§1.9.7 选项：等值图显示结果项 (18)§1.9.9 选项：列表显示结果项 (18)§1.9.10 其它功能 (18)§1.10 有预应力模态分析 (18)§1.11 大变形预应力模态分析 (19)§1.12 循环对称结构的模态分析 (20)§1.12.1 基本扇区 (20)§1.12.2 节径 (20)§1.12.3 标准（无应力）循环对称结构模态分析 过程 (21)§1.12.4 有预应力循环对称结构模态分析 (24)§1. 13 模态分析实例 (25)§1.13.1飞机机翼模态分析实例 (25)§1.13.2 循环对称结构模态分析实例－简化齿轮的模态分析 (31)§1.13.3 其它模态分析实例的出处 (38)第2章 谐响应分析 (40)§2.1谐响应分析 的定义与应用 (40)§2.2谐响应分析中用到的命令 (40)§2.3三种求解方法 (40)§2.3.1完全法 (41)§2.3.2缩减法 (41)§2.3.3模态叠加法 (41)§2.3.4三种方法共同的局限性 (42)§2.4完全法谐响应分析 (42)§2.4.1完全法谐响应分析过程 (42)§2.4.2建模 (42)§2.4.3加载并求解 (42)§2.4.4观察结果 (49)§2.5缩减法谐响应分析 (51)§2.5.1加载并求得缩减解 (52)§2.5.2观察缩减法求解的结果 (53)§2.5.3扩展解（扩展过程） (53)§2.5.4观察已扩展解的结果 (55)§2.5.5典型的缩减法谐响应分析命令流 (56)§2.6模态叠加法谐响应分析 (57)§2.6.1获取模态分析解 (57)§2.6.2获取模态叠加法谐响应解 (58)§2.6.3扩展模态叠加解 (59)§2.6.4观察结果 (59)§2.6.5典型的模态叠加法谐响应分析命令流 (59)§2.7有预应力的完全法谐响应分析 (61)§2.7.1 有预应力的完全法谐响应分析 (61)§2.7.2有预应力的缩减法谐响应分析 (61)§2.7.3有预应力的模态叠加法谐响应分析 (61)§2.8谐响应分析实例 (61)§2.8.1“工作台-电动机”系统谐响应分析 (62)§2.8.2有预应力的吉他弦的谐响应 (66)§2.8.3其它谐响应分析实例的出处 (73)第3章 瞬态动力学分析 (74)§3.1 瞬态动力学分析的定义 (74)§3.2 学习瞬态动力学的预备工作 (74)§3.3 三种求解方法 (74)§3.3.1 完全法 (75)§3.3.2 模态叠加法 (75)§3.3.3 缩减法 (75)§3.4 完全法瞬态动力学分析 (76)§3.4.1 建造模 型 (76)§3.4.2 建立初始条件 (77)§3.4.3 设置求解控制 (79)§3.4.4 设置其他求解选项 (82)§3.4.5 施加载荷 (84)§3.4.6 存储当前载荷步的载荷配置 (84)§3.4.7 针对每个载荷步重复§3.4.3-6 (85)§3.4.8 存储数据库备份文件 (85)§3.4.9 开始瞬态求解 (85)§3.4.10 退出求解器 (86)§3.4.11 观察结果 (86)§3.4.12 完全法瞬态分析的典型命令流 (87)§3.5 模态叠加法瞬态动力分析 (89)§3.5.1 建造模型 (89)§3.5.2 获取模态解 (89)§3.5.3 获取模态叠加法瞬态分析解 (90)§3.5.4 扩展模态叠加解 (93)§3.5.5 观察结果 (94)§3.5.6 模态叠加法瞬态分析的典型命令流 (94)§3.6 缩减法瞬态动力学分析 过程 (95)§3.6.1 获取缩减解 (96)§3.6.2 观察缩减法求解的结果 (100)§3.6.3 扩展解（扩展处理） (100)§3.6.4 观察已扩展解的结果 (102)§3.7 有预应力瞬态动力学分析 (103)§3.7.1 有预应力的完全法瞬态动力学分析 (103)§3.7.2 有预应力的模态叠加法瞬态动力学分析 (103)§3.7.3 有预应力的缩减法瞬态动力学分析 (103)§3.8 瞬态分析的关键技术细节 (104)§3.8.1 积分时间步长选取准则 (104)§3.8.2 自动时间步长 (106)§3.8.3 阻尼 (106)§3.9 瞬态动力学分析实例 (109)§3.9.1 瞬态完全法分析板-梁结构实例 (109)§3.9.2 瞬态缩减法分析简支梁－质量系统实例 (114)§3.9.3 瞬态模态叠加法分析板-梁结构实例 (119)§3.9.4 其它的分析实例的出处 (124)第4章 谱分析 (125)§4.1 谱分析的定义 (125)§4.2 什么是谱 (125)§4.2.1 响应谱分析 (125)§4.2.2 动力设计分析方法 (126)§4.2.3 功率谱密度 (126)§4.2.4 确定性分析与概率分析 (126)§4.3 谱分析使用的命令 (126)§4.4 单点响应谱(SPRS)分析步骤 (126)§4.4.1 建造模型 (127)§4.4.2 获得模态解 (127)§4.4.3 获得谱解 (127)§4.4.4 扩展模态 (129)§4.4.5 合并模态 (130)§4.4.6 观察结果 (132)§4.4.7 典型的单点响应谱分析命令流 (133)§4.5 随机振动(PSD)分析步骤 (134)§4.5.1 扩展模态 (135)§4.5.2 获得谱解 (135)§4.5.3 合并模态 (138)§4.5.4 观察结果 (139)§4.5.5 典型的PSD分析命令流 (141)§4.6 随机振动分析结果应用 (143)§4.6.1 随机振动结果与失效计算 (143)§4.6.2 随机疲劳失效 (144)§4.7 DDAM（动力设计分析方法）谱分析 (146)§4.8 多点响应谱（MPRS）分析 (146)§4.9 谱分析的实例（GUI命令流和批处理） (147)§4.9.1 单点响应谱分析的算例 (147)§4.9.2 多点响应谱分析的算例 (153)§4.9.3 随机振动和随机疲劳分析算例 (156)§4.9.4 谱分析的其他例题 (165)第1章 模态分析§1.1 模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型），即结构的固有频率和振型，它们是 承受动态载荷结构设计中的重要参数。
Ansys动力学分析
有阻尼自由振动的解 瞬态解
瞬态响应 逐渐衰减
稳态振动的解 稳态解
稳态响应 持续等幅振动
精品课件
系统的瞬态响应：
系统的稳态响应：
系统的全响应：
x (t ) x0
稳态响应 全响应
0
t
经过充分长时间后，瞬态响应消失，只剩稳态强迫振动 。
精品课件
对连续体的通用运 动 方程M x Cx K x F
[F]矩阵和 {x}矩阵是简谐的，频率为 :
精品课件
六阶模态总变形分析云图
一阶预拉应力振型
二阶预拉应力振型
三阶预拉应力振型
四阶预拉应力振型
五阶预拉应力振型
精品课件
六阶预拉应力振型
前五阶模态频率
没有预应力
预应力为108N
讨论：为什么会出现这样的差异？
精品课件
4.3: 谐响应分 析
精品课件
第一节 谐响应分析的目的
简谐激励
转子 机械损伤 污染物堆积 轴弯曲 轴孔偏离中心
目的：动力荷载作用下结构的内力和变形；
确定结构的动力反应规律。
安全性：确定结构在动力荷载作用下可能产生的最大内力 ，作为强度设计的依据； 舒适度：满足舒适度条件（位移、速度和加速度不超过规 范的许可值)。
精品课件
结构动力体系
静荷载
大小 方向 作用点
结构体系
静力响应
输入 input
刚度、约束 杆件尺寸 截面特性
输出 Output
动荷载
大小 方向 作用点 时间变化
结构体系
输入
input
质量、刚度 阻尼、约束 频率、振型
动力响应
输出 Output
精品课件
位移 内力 数值
ANSYSWorkbench基础教程与工程分析详解第五章显式动力学分析
ANSYSWorkbench基础教程与工程分析详解第五章显式动力学分析通过第4章动力学分析的学习，相信读者对ANSYS Workbench 中的隐式动力学已经有一定的了解了，本章主要讲解显式动力学，包括三个模块，ANSYS LS-DYNA，主要完成在Workbench下的前处理工作；ANSYS AUTODYN，其功能是提供一个全面的多解决方案；ANSYS Explicit，主要用于满足固体、流体、气体及它们之间相互作用的非线性动力学仿真。
同样，本章通过图例详解来讲解显式动力学的分析流程。
本章所要学习的内容包括：了解显式动力学分析基础熟悉显式动力学分析的操作流程掌握ANSYS Workbench显式动力学中命令选项的应用了解显式动力学分析的应用场合5.1 显式动力学分析基础显式动力学通常的应用领域主要有：汽车工业，如碰撞分析、气囊设计等；航天航空，如飞机结构冲击动力分析、碰撞和坠毁、火箭级间分离模拟分析、冲击爆炸及动态载荷和特种复合材料设计等；制造业，如冲压、锻造、铸造和切割等；建筑业，如爆破拆除、地震安全和混凝土结构等；国防工业，如穿甲弹与破甲弹设计、冲击波传播和空气，水与土壤中爆炸等；电子领域，如跌落分析、包装设计和电子封装等。
当数值仿真问题涉及瞬态、大应变、大变形、材料的破坏，材料完全失效或者伴随复杂接触的结构问题时，通过显式动力学求解可以解决这些问题。
拉格朗日法，其网格是在计算模型上，受力后网格随计算模型变化而变化。
应用拉格朗日法的单元类型有三种：实体单元、壳单元和梁单元。
拉式法主要用于计算结构响应。
不同于拉格朗日法，欧拉法的网格是固定于空间，在计算力学模型流动或变形时是经过空间固定的网格，从而在计算时通常可以避免问题的网格畸变。
欧拉法主要用于计算流该软件为功能成熟、输入要求复杂的程序，是一个单独的程序，提供方便、实用的接口技术来连接有多年应用实践的显式动力学求解器。
1996年一经推出，ANSYS LS-DYNA 就帮助众多行业的客户解决了诸多复杂的设计问题。
ANSYSworkbench联合dyna显示动力学分析
（2）suppress 多余的y
4.part 及接触设置
5.网格设置及划分
6.载荷及边界设置
7. 求解设置，求解并保存
8.找到K文件，如图所示的文件夹
K文件保存在目录（文件名）_files\dp0\SYS\MECH下，如图所示：
9.调用ansys-lsdyna求解K文件设置
10.
通过LS-prepost打开d3plot文件，进行后处理。如下图：
进入engineeringdata设置材料参数3
ANSYSworkbench联合dyna显示动力学分析
ANSYS workbench联合dyna显示动力学分析
说明：本文例子无太多工程意义，旨在说明操作步骤，供学习交流之用，如能起到抛砖引玉的作用，实乃荣幸！
1.打开workbench选中如图所示模块
2. 进入Engineering data 设置材料参数
ANSYS Workbench 19.0基础入门与工程实践 第13章 显式动力学分析
• 显式动力学用来分析结构在应力波作用、外部冲击以及短 时间内载荷快速变化等情形下的响应。通常情况下，当分 析项目中作用时间小于1s（通常单位为ms）时适合采用 本方法进行分析求解。
• 13.2.2 几何建模 • 13.2.3 材料属性设置 • 13.2.4 接触设置 • 13.2.5 网格划分 • 13.2.6 边界及载荷施加 • 13.2.7 求解设置 • 13.2.8 结果后处理
13.3 显式动力学实例——跌落分析
• 跌落问题仿真非常典型，尤其是在家电、小型电子产品等工业 领域应用尤其广泛。本例主要针对光学镜头的跌落分析进行显 式动力学分析，详细介绍跌落分析的设置方法，为读者掌握和 学习提供案例指导和案例实践。
• 在前面的章节中已经知悉，系统的运动方程可以用式描述：
13.2 显式动力学实例—子弹射击简单模拟
• 本例以子弹射击为分析对象，利用显式动力学分析模块研究高速状态 下结构的相互作用情况，为读者学习和掌握显式动力学的分析方法提 供详细的使用指导。
• 13.2.1 问题描述
• 子弹射击是显式动力学最常见的一类分析问题，图13-2所示为子弹 射击场景的几何模型，假设子弹在远离钢板0.1m远处以100m/s的速 度射出，模拟该击中并穿透过程中子弹及钢板的应力和变形情况，整 个过程历时2ms。
• 13.3.1 问题描述 • 13.3.2 几何建模 • 13.3.3 材料属性设置 • 13.3.4 接触设置 • 13.3.5 网格划分 • 13.3.6 边界及载荷施加 • 13.3.7 求解设置 • 13.3.8 结果后处理
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. . . Workshop 2 – 结果
Workshop Supplement
Workbench-Simulation Dynamics
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Workshop 2 – 设置
Workshop Supplement
Workbench-Simulation Dynamics
1. 2. 3. 4.
当导入几何模型之后，从“Map of Analysis Types”选择“Modal”。 在” Number of frequency modes“输入 10，求解10阶模态。 点击 OK 选择单位系统为：
Workshop Supplement
Workbench-Simulation Dynamics
•
前处理的首先是指定零件的材料属 性指定为铝和指定板的厚度. 展开Geometry分支，点击Part 1. 在Details中, 指定 “Material”.
1. 点击下拉目录，点击 >Import 从 Workbench 材料列表中选取 “Aluminum Alloy” .
1. 2. Calculate Stress “Yes” Calculate Strain “Yes” 如果只是期望得到固有频率和振型 ，不需要计算应力和应变，跳过这 些计算将会节省计算时间
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Workshop Supplement
Workbench-Sim了约束中心孔，点击“Modal” >Insert>Fixed Supports。 切换至边选模式。 采用框选或者单选4条边。
在 Details中，点击“Apply”
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8. 9.
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5.
6.
在 Details中，Thickness指定为 0.1
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Inventory #002406 WS2-5
Workshop 2 – 求解环境
•
在模态分析求解完毕，查看每一阶频率的固有振型。
13. 在目录树中点击“Modal Solution”. 在“Tabular Data”左键单击顶部， 然 后右键点击选择“Create Mode Shape Results”
– – 这样就会自动插入所有求解模态的振型”Total Deformation” 。 点击 “求解”，结果将会进行更新 。
Workbench-Simulation Dynamics
• 目的在于分析如图所示带孔平板的前10阶固有频率 和振型。 • 板的材料是铝。 • 假设板在孔位置处是完全约束的。
– 比如在孔的位置施加有紧固螺栓。
Fixed Center
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Workshop 2 – 评述
Workshop Supplement
•
记住:
– 在模态振型中显示的位移是相对的，并不反映实际的 位移幅值，实际的位移幅值取决于系统输入能量的多 少。
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Workbench-Simulation Dynamics
“Units > U.S. Customary (in, lbm, lbf…)
1 3
4
2
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Workshop 2 –前处理
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Workshop 2 – 模态求解
Workshop Supplement
Workbench-Simulation Dynamics
•
当Modal分支已经准备好，就可以进行模 态分析的求解. 经过最后的校核，所有的分支的符号必须 是下面的一种：
14. 查看每一阶模态的分析结果，点击每一阶模 态的”Total Deformation”.
– – 可以动画显示每一阶振型。 注意: 关注最高阶自然频率的振型：
Max Indicated Freq = _________________Hz.
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–
•
如果进入“Simulation” ，点击 >File>New
基于培训，可以点击 “No: do not save any items”
•
点击 “ >Geometry>From File… ”，从相应文件夹中打开几何模 型文件 plate.iges
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– – (准备好) (完成)
•
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12. 求解.
• 工具栏按钮 >Solve may only solve this object and not evaluate objects elsewhere in the Outline Tree
• •
注意: 点击工具条的求解，将会求解所有 的分支。 如果我们希望只求解一个分支的话，点击 相应的分支即可进行求解。
模态分析 带孔平板
Workshop 2
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Workshop 2 –目的
Workshop Supplement
15. 有时从简单的云图，不能直观地显示模态振型，可 以尝试一下矢量图显示模式。
1. 调整矢量标尺滑块 2. 动画显示矢量图
矢量图显示
箭头更加直 观
云图显示. 很难 确定变形的方向
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Workshop 2 – 模态求解
Workshop Supplement
Workbench-Simulation Dynamics
•
校核模态分析设置
10. 输入求解10阶模态。 11. 修改 “Output Controls”
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Workshop 2 – 结果
Workshop Supplement
Workbench-Simulation Dynamics
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Workshop 2 – 起始页
Workshop Supplement
Workbench-Simulation Dynamics
•
从“ WorkBench Project Launcher ”点击“ Simulation”。