(精)ansys瞬态动力分析.ppt

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第四章 瞬态动力分析 第四章:瞬态动力分析 第一节:瞬态动力分析的定义和目的 第二节:瞬态分析状态的基本术语和概念 第三节:在ANSYS中如何进行瞬态分析 第四节:瞬态分析实例 瞬态分析 第一节:定义和目的 什么是瞬态动力分析? 它是确定随时间变化载荷(例如爆炸)作用下结构响应的技术; 输入数据: 作为时间函数的载荷 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。 瞬态分析 定义和目的(接上页) 瞬态动力分析可以应用在以下设计中: 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:移动电话、笔记本电脑和真空吸尘器等。 瞬态分析 第二节:术语和概念 包括的主题如下: 运动方程 求解方法 积分时间步长 瞬态分析 – 术语和概念 运动方程 用于瞬态动力分析的运动方程和通用运动方程相同; 这是瞬态分析的最一般形式,载荷可为时间的任意函数; 按照求解方法, ANSYS 允许在瞬态动力分析中包括各种类型的非线性- 大变形、接触、塑性等等。 瞬态分析- 术语和概念 求解方法 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。 瞬态分析- 术语和概念 求解方法(接上页) 求解时即可用缩减结构矩阵,也可用完整结构矩阵; 缩减矩阵: 用于快速求解; 根据主自由度写出[K], [C], [M]等矩阵,主自由度是完全自由度的子集; 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,但不在此讨论。 完整矩阵: 不进行缩减。 采用完整的[K], [C], 和 [M]矩阵; 在本手册中的全部讨论都是基于此种方法。 瞬态分析- 术语和概念 积分时间步长 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 = 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。 ITS 应足够小以获取下列数据: 响应频率 载荷突变 接触频率(如果存在的话) 波传播效应(若存在) 瞬态分析 - 术语和概念 积分时间步长(接上页) 响应频率 不同类型载荷会在结构中激发不同的频率(响应频率); ITS应足够小以获取所关心的最高响应频率 (最低响应周期); 每个循环中有20个时间点应是足够的,即: Dt = 1/20f 式中 ,f 是所关心的最高响应频率。 瞬态分析 - 术语和概念 积分时间步长(接上页) 载荷突变 ITS 应足够小以获取载荷突变 瞬态分析 - 术语和概念 积分时间步长(接上页) 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应足够小以获取间隙“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,比此更小的ITS 会造成能量损失,并且冲击可能不是完全弹性的。 瞬态分析 - 术语和概念 积分时间步长(接上页) 波传播 由冲击引起。在细长结构中更为显著(如下落时以一端着地的细棒) 需要很小的ITS ,并且在沿波传播的方向需要精细的网格划分 显式积分法(在ANSYS-LS/DYNA采用)可能对此更为适用 瞬态分析 第三节:步骤 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 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 瞬态分析步骤 选择分析类型和选项 建模 选择分析类型和选项: 进入求解器并选择瞬态分析 求解方法和其它选项- 将在下面讨论 阻尼 – 将在下面讨论 瞬态分析步骤 选择分析类型和选项(接上页) 求解方法 完整矩阵方法为缺省方法。允许下列非线性选项: 大变形 应力硬化 Newton-Raphson 解法 集中质量矩阵 主要用于细长梁和薄壁壳或波的传播 公式求解器 由程序自行选择 瞬态分析步骤 选择分析类型和选项命令(接上页) TRNOPT,FULL NLGEOM,… SSTIF,… NROPT,… LUMPM,… EQSLV,... 瞬态分析步骤 选择分析类型和选项(接上页) 阻尼 α和b阻尼均可用; 在大多数情况下,忽略α阻尼(粘性阻尼),仅规定b阻尼(由滞后造成的阻尼): b = 2?/w

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