梁单元动力学
ansys中design modeler单元类型
ansys中design modeler单元类型
“ansys中design modeler单元类型”指的是在Ansys软件中的Design Modeler模块中使用的不同种类的单元类型。
在Design Modeler中，用户可以使用不同的单元类型来模拟各种材料和结构的性能。
这些单元类型可以根据不同的应用场景和需求进行选择，例如结构分析、流体动力学分析、电磁分析等。
常见的Ansys Design Modeler单元类型包括：
1.壳单元（Shell）：用于模拟薄壁结构的力学行为，如圆筒、管道等。
2.梁单元（Beam）：用于模拟细长结构的力学行为，如桥梁、高层建筑等。
3.实体单元（Solid）：用于模拟实体的力学行为，如块、球等。
4.弹簧单元（Spring）：用于模拟弹性连接的力学行为，如弹簧、阻尼器等。
5.质量单元（Mass）：用于模拟质点的力学行为，如飞轮、陀螺等。
6.接触单元（Contact）：用于模拟两个结构之间的接触行为，如摩擦、粘合
等。
除了以上常见的单元类型外，Design Modeler还提供了许多其他的特殊单元类型，用于模拟各种复杂的结构和材料行为。
总之，Ansys Design Modeler的单元类型是多种多样的，用户可以根据实际需求进行选择和设置，以准确地模拟各种工程问题的性能。
转子动力学有限元法计算及编程
三、有关软件
• NX Nastran转子动力学案例
轴：2023mm 外径：100 mm 内径：88 mm 毂：96 kg 自转角速度： 0-24000 RPM 弹簧与阻尼支撑
W
转子模型示意图
三、有关软件
• NX Nastran转子动力学案例
一维梁单元仿真模型
三、有关软件
• NX Nastran转子动力学案例
谢谢大家！
0
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有限元静力学及动力学分析课件
03
操作步骤
利用有限元软件建立动力学模型， 进行瞬态模拟，将模拟结果与实
验结果进行对比分析。
02
实验设计
设计动力学实验，如自由落体冲 击实验，选用合适的实验设备和
试样。
04
结果分析
对比实验数据和模拟结果，评估 有限元分析方法在处理动力学问
题时的性能和准确性。
工程案例分析
案例背景
介绍汽车碰撞事故的背景，阐述有限元分析在汽车碰撞研 究中的重要性。
实验设计
设计简单的静力学实验，如悬 臂梁弯曲实验，准备相应的实
验设备和试样。
操作步骤
结果分析
利用有限元软件建立实验模型， 进行数值模拟，并将模拟结果
与实验结果进行对比分析。
通过对比实验数据和模拟结果， 评估有限元分析方法的精度和
适用性。
动力学实验验证
01
验证目的
通过动力学实验验证有限元分析 方法在处理动态问题时的准确性
模型建立
详细描述汽车碰撞有限元模型的建立过程，包括几何清理、 网格划分、材料属性赋值等步骤。
边界条件与求解设置
说明碰撞模拟中的边界条件，如初始速度、角度等，以及 求解器的选择和参数设置。
结果分析
展示碰撞过程中的变形、应力、应变等关键参数的变化情 况，并结合实验结果进行验证和讨论。最后，基于分析结 果提出汽车结构改进的建议。
自适应网格技术：结合并行计 算，实现自适应网格细化，以 在关键区域获得更精确的计算 结果，同时减少计算资源消耗。
通过这些高级有限元分析技术， 可以更准确、高效地模拟和分 析复杂工程问题，为设计和优 化提供有力支持。
PART 06
实验验证与案例分析
静力学实验验证
液压挖掘机回转传动机构-工作装置的系统动态方程
简单而不失一般性 ， 在液压挖掘机回转齿轮传动机 回转传 动机 构 和工作 装 置 ， 液 压挖 掘机 的重 要 动。 是 进行如下简化 ： 在内齿轮与行星齿轮啮 组成部分 ， 它们在液压挖掘机回转和作业过程中， 起着 构动力分析中，
非常大的作用Ⅱ 】 。其动态性能的好坏 ， 不仅直接影响整 合工作 中，忽略因回转轴承受到倾覆力时两个齿轮回 行星齿轮通过其回转轴与挖掘机转台刚 台机器的正常工作 ，而且还直接关系到操作人员和设 转轴的变化 ； 备的安全 ，因而其动态性能是整￣Ｅ －Ｘ Ｓ７ 平的重要标 性连接， １ 即忽略齿轮回转轴和挖掘机转台的弹性变形。 由于液压挖掘机工作过程 中，回转传 动机构 的 志。 深入研究回转传动机构和工作装置的动态性能 ， 对 液压挖掘机使用和整机的设计具有十分重要的意义 。 内齿轮固定在底架上 ， 假设 内齿轮为静止不动 ， 只 则 近年来 ， 人们不仅对液压挖掘机 回转传动机构动 有行星齿轮绕回转中心轴公转 。 如图 １ 所示 ，坐标系 Ｘ Ｚ为液压挖掘机 回转齿 Ｏ 力学问题进行了大量的研究ｒｌ ｚ， － 而且在液压挖掘机工 ３ 轮传动机构单元坐标系（ 向为垂直于纸面 向内） ｙ方 。 作装置动力学问题的研究 ， 也取得了许多令人欣慰的 成果 。但是 ， 液压挖掘机回转传动机构和工作装置 ， 由于动力学分析中主要考虑轮齿 的弹性变形 ，则 回 不是孤立存在的， 而是一个相互作用、 相互影响的耦合 转传动机构在 ｙ轴方 向上的纵 向位移为零 。 ｕ 为 设 ｎ 内齿轮轮齿绕 ｙ轴 的转角位移 ： 为行星齿轮绕其 系统 ，因而有必要将液压挖掘机的回转传动机构和工 作装置 ， 作为一个系统对其动力学问题进行深入研究。 自转 轴的转角位 移 ；廿 分别 为行 星齿轮 轮齿在 、 Ｏ 点出表 然而，迄今未见有综合研究液压挖掘机 回转传动机构 Ｘ Ｚ平面内的横 向位移 ，将这两个位移在 １ 示出来。于是 ， 此液压挖掘机 回转传动机构的广义坐 工作装置系统耦合动力学问题的文献。 标列阵可表示为 ｌ ／ ｌＵ ＝ｆ Ｊ ３ ＩＴ ， ４ｏ ｌ ２ 本文 以液压挖 掘机 回转传 动机构 一 工作装置系 统为研究对象 ，运用有限元法建立液压挖掘机 回转 传 动机构 一工作装置系统动态方程 ，并通过实例对 系统的动态响应进行分析。
单元类型
单元类型维数单元名称结构点单元1/2/3D MASS21结构线单元2D LINK13D LINK8、10、11、180J结构梁单元（beam）2D Beam3、23、543D BEAM4、24，44，188，189结构实体单元（solid）2D PLANE2，25，42，82，83，145，146，182，1833D SOLID45，64，65，92，95，147，148，185，186，187结构壳单元（shell) 2D SHELL51,613D SHELL28,41,42,63,93,143,150,181 结构管道单元(pipe) 3D PIPE16,17,18,20,59,60结构密封垫单元(gasket) 3D INTER192,193,194,195结构多点约束单元(rigidlink/beam)3D MPC184结构层复合材料单元（layered composite）3D SOLID46,91,99,191,显示动力学单元（explicit dynamic）Link160,beam161,plane162,shell163,s olid164,comni165,mass166,link167超弹实体单元（hyperelastic solid）3D Hyper56,58,74,84,86,158粘性实体单元（viscosolid）3D VISCO88,89,106,107,108热点单元MASS71热线单元LINK31,32,33,34热实体单元（solid）2D PLANE35,55,75,77,783D SOLID70,87,90热壳单元（shell）SHELL57,131,132热电单元（thermalelectric）PLANE67,6869,157流体单元（fluid）FLUID29,30,38,79,80,81,116,129,130,141,142电磁单元（magnetic electric）Plane53，solid96，solid97，Inter115，solid117，HF118,HF119,HF120,PLANE121,SO LID122,SOLID123,SOLID127,SOLI D128电路单元（electriccircuit）Sourc36，circu94，124，125机电转换单元（electric-mechanical）Trans109,126耦合场单元（coupled Solid5,plane13,solid62,solid98,rom14field） 4接触单元（contact）Contact12，26，48，49，52，TRAGE169,170CONTACT171,172,173,174,175,178矩阵单元（matrix）Matrix27，50无限边界单元（infinite）INFIN9,47,110,111表面效应单元（surface）SURF151,152,153,154Mesh200网格辅助单元（仅用于生成网格拓扑生成，不参与求解计算）初学ANSYS的人，通常会被ANSYS所提供的众多纷繁复杂的单元类型弄花了眼，如何选择正确的单元类型，也是新手学习时很头疼的问题。
摩托车车架结构动力学分析指导书
由于分析存在 CAD 软件与 CAE 软件在模型表示上的区别，有些几何特 征需要调整和修改，修改后的几何模型如下图：
根据车架的材料属性与结构受力特点，选取 SHELL63 为网格单元， 厚度取为 3mm。SHELL63 弹性壳。具有弯矩和薄膜特性。可承受与平 面同方向及法线方向的荷载。每个节点 6 个自由度：x,y,z 方向和绕 x,y,z 轴方向。有应力强化和大变形能力。提供用于大变形分析的连 续性相切矩阵。利用所选单元，设定网格单元边长为 5，划分网格， 共划分有 21469 个网格，30004 个节点，车架结构网格模型如下图：
国际标准化组织根据路面的功率谱数值，将道路分为 A、B、C、 D、E 五个等级。在实际使用摩托车的过程中，在等级越高的路面， 摩托车大部分时间的行驶速度也越高，随着路面等级的降低，摩托车 大部分时间的行驶速度也随之降低。
3．分析模型
根据摩托车车架结构和尺寸，在常有 CAD 软件 Pro/E 中将摩托 车车架建模并将所建模型导入有限元分析软件 ANSYS。如下图所示：
识别时，通常将无限多个自由度的连续振动系统离散为有限自由度的
离散振动系统。
在物理坐标下，描述N自由度离散振动系统的运动微分方程为:
[M ]{x&} + [C]{x&}+ [K ]{x} = { f }
4.1
其中，[M]——质量矩阵（正定且对称）[M ]∈ Rn×n ，
[C]——阻尼矩阵，[C]∈ Rn×n ，
在发动机设计时，通常不采用复杂的平衡一阶和二阶往复惯性力机
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
构，而采用过量平衡的方法，把一部分往复惯性力转移到和气缸中心
线垂直的方向。因此在采用过量平衡法的摩托车单缸发动机中实际作
结构动力学思考题解答by李云屹
结构动力学思考题made by 李云屹思考题一1、结构动力学与静力学的主要区别是什么结构的运动方程有什么不同主要区别为：(1)动力学考虑惯性力的影响，静力学不考虑惯性力的影响；(2)动力学中位移等量与时间有关，静力学中位移等量不随时间变化；(3)动力学的求解方法通常与荷载类型有关，静力学一般无关。
运动方程的不同：动力学的运动方程包括位移项、速度项和加速度项；静力学的平衡方程只包括位移项。
2、什么是动力自由度什么是静力自由度区分动力自由度和静力自由度的意义是什么动力自由度：确定结构体系质量位置的独立参数；静力自由度：确定结构体系在空间中的几何位置的独立参数。
意义：通过适当的假设，当静力自由度数大于动力自由度数时，使用动力自由度可以减少未知量，简化计算，提高计算效率。
3、采用集中质量法、广义坐标法和有限元法都可以使无限自由度体系简化为有限自由度体系，它们所采用的手法有什么不同4、在结构振动的过程中引起阻尼的原因有哪些(1)材料的内摩擦或材料变形引起的热耗散；(2)构件连接处或结构构件与非结构构件之间的摩擦；(3)结构外部介质的阻尼。
5、在建立结构运动方程时，如考虑重力的影响，动位移的运动方程有无改变 如果满足条件： (1)线性问题；(2)重力的影响预先被平衡；则动位移的运动方程不会改变，否则会改变。
思考题二1、刚度系数k ij 和质量系数m ij 的直接物理意义是什么如何直接用m ij 的物理概念建立梁单元的质量矩阵[M]k ij ：由第j 自由度的单位位移所引起的第i 自由度的力； m ij ：由第j 自由度的单位加速度所引起的第i 自由度的力。
依次令第j （j=1,2,3,4）自由度产生单位加速度，而其他的广义坐标处保持静止，使用平衡方程解出第i 自由度上的力，从而得到m ij ，集成得到质量矩阵[M]。
2、如何用刚度矩阵和质量矩阵，以矩阵的形式表示多自由度体系的势能和动能{}[]{}1=2TT u M u {}[]{}1=2TV u K u3、建立多自由度体系运动方程的直接动力平衡法和拉格朗日方程法的优缺点是什么 (1)直接动力平衡法：优点：概念直观，易于通过各个结构单元矩阵建立整体矩阵，便于计算机编程。
《结构动力学》-第十一章-结构动态特性的灵敏度分析及动力修改讲解
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将式(5)式代入(7)，然后左乘以
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，并考虑到式(3)，可得
T j0
另有两种称为半灵敏度的定义：①应变量的变化／自变量 的相对变化；②应变量的相对变化／自变量的变化。
§11-2 基本原理
系统运动微分方程为：
M 0 X0 K0 X 0 0 (1)
各阶固有频率和相应的模态向量为
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2 i0
2 20
i i0
A A
U
e i0
Ti
2 i0
e 0
Uie ─单元(节点)e的第i阶模态势能增量；
Tie ─单元(节点) e的第i阶模态动能增量。
敏感位置取决于桁杆单元的模态动能和模态势能。
５、梁单元的灵敏度分析
梁单元的灵敏度
i
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1
2 i0
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另一方面，即使有限元模型置信度很高，但随着机械设备向 高速化、轻量化、大型化、复杂化方向的发展，人们不可能 一次设计出高质量的产品，而必须对结构作优化设计，即要 多次修改设计（有限元模型），进行重分析和计算，直到产 品的动特性达到满意的要求。这就是动力修改的问题。
结构动力修改具有两方面的工程含义：一是计算模型的修 改，二是结构的动力修改。前者是用从模态试验中获得的 结构模态参数测试数据（作为基准）对有限元模型进行修 正，以获得置信度较高、能准确反映结构动态特性的数学 模型。
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梁单元动力学
摘要：
一、梁单元动力学基本概念
1.梁的定义与分类
2.动力学的相关概念
3.梁单元的动力学模型
二、梁单元动力学分析方法
1.弯曲振动
2.扭转振动
3.剪切变形振动
4.复合振动
三、梁单元动力学应用
1.工程结构设计
2.振动控制与利用
3.结构健康监测
四、梁单元动力学发展趋势与展望
1.高性能材料的应用
2.复合结构的研究
3.智能化与自动化技术的发展
正文：
一、梁单元动力学基本概念
1.梁的定义与分类
梁是一种基本的工程结构，主要用于承受弯曲、剪切和扭转等作用。
根据材料、用途和受力特点，梁可以分为不同的类型，如钢筋混凝土梁、钢梁、木梁等。
2.动力学的相关概念
动力学是研究物体运动和力的科学。
在梁单元动力学中，主要关注梁在受力作用下的运动状态和力学特性。
动力学主要包括三个基本方程：牛顿第二定律、拉格朗日方程和哈密顿方程。
3.梁单元的动力学模型
梁单元的动力学模型主要包括弯曲振动模型、扭转振动模型、剪切变形振动模型和复合振动模型。
这些模型可以帮助我们分析梁在不同受力条件下的振动特性，为工程应用提供理论依据。
二、梁单元动力学分析方法
1.弯曲振动
弯曲振动是梁在受弯矩作用下产生的垂直于梁轴线的振动。
弯曲振动的分析方法有助于了解梁在弯曲受力下的稳定性和疲劳性能。
2.扭转振动
扭转振动是梁在受扭矩作用下产生的绕梁轴线的旋转振动。
扭转振动分析有助于评估梁在扭矩作用下的抗扭性能。
3.剪切变形振动
剪切变形振动是梁在受剪切力作用下产生的沿梁轴线的位移振动。
剪切变形振动分析有助于评估梁在剪切力下的抗剪性能。
4.复合振动
复合振动是指梁在多种力作用下的复杂振动现象。
复合振动分析方法有助于了解梁在复杂受力条件下的动态性能。
三、梁单元动力学应用
1.工程结构设计
梁单元动力学为工程结构设计提供了理论依据，可以帮助设计师充分考虑梁在不同受力条件下的动态性能，提高结构的安全性和稳定性。
2.振动控制与利用
通过对梁单元动力学的研究，可以有效地控制和利用梁的振动。
例如，在桥梁工程中，通过合理的设计和施工措施，降低梁的振动，提高行车的舒适性。
3.结构健康监测
梁单元动力学可用于结构健康监测领域。
通过对梁的振动特性进行实时监测，可以发现梁的损伤和故障，为维修和养护提供依据。
四、梁单元动力学发展趋势与展望
1.高性能材料的应用
随着新型高性能材料的不断发展，梁单元动力学将越来越多地应用于这些材料的结构和性能研究，以提高结构的承载能力和动态性能。
2.复合结构的研究
复合结构具有优异的力学性能和振动特性，将成为梁单元动力学的研究重点。
研究复合结构将有助于开发新型高性能梁结构。
3.智能化与自动化技术的发展
随着智能化与自动化技术的飞速发展，梁单元动力学的研究和应用将更加高效、精确和可靠。