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有限元分析丨瞬态动力学分析 瞬态动力学分析（Transient Structural）是结构有限元分析中非常重要的模块，下文是学习过程的一些积累，仅供参考学习使用，如有错误请指正！ 目录 9.1 瞬态动力学分析简介 瞬态动力学分析（Transient Structural）是用于分析载荷随时间变化的结构的动力学响应的方法。用于确定结构在受到稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合下随时间变化的位移、应变和应力。 惯性力和阻尼在瞬态动力学中非常重要，如果惯性力和阻尼可以忽略，则可以用静力学分析代替瞬态动力学分析。 瞬态动态分析比静态分析更复杂，计算消耗和时间消耗较大。通过做一些初步的工作来理解问题的物理性质，可以节省大量的资源。 9.2 瞬态动力学分析应用 承受各种冲击载荷的结构，如：汽车中的门、导弹发射阶段等； 承受各种随时间变化载荷的结构，如：桥梁、地面移动装置等； 承受撞击和颠簸设备，如：机器设备运输过程。 9.3 瞬态动力学行业标准 GB/T 2423.35-1995 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Ea和导则：冲击 GJB 150-18 军用设备环境试验方法：冲击试验 表9.1 脉冲加速度和持续时间 （1）半正弦波 半正弦形脉冲适用于模拟线性系统的撞击或线性系统的减速所引起的冲击效应，例如弹性结构的撞击。 图?半正弦脉冲 例：峰值加速度为15G，脉冲持续时间为11ms，Z方向冲击为例 图 workbench中输入半正弦波 输入载荷类型为加速度（Acceleration）条件，其中Define By选择Components，在Z Component处选择函数（Function），在等号后输入： Asin（ωt），ω=2π/T a=14700*sin（2π*time/0.022） =14700*sin（2*180*time/0.022） =14700*sin((16363.636*time)^2)^0.5)mm/s2。 注意：单位为角度制， 由于此处函数符号不支持绝对值运算符（abs）。 （2）后峰锯齿波 后峰锯齿脉冲与半正弦脉冲接近，但是后峰锯齿波在各频率上的功率含量更均匀，易于激起各频率的响应。 图 后峰锯齿脉冲 例：峰值加速度为15G，脉冲持续时间为11ms，Z方向冲击的后峰锯齿波。 图 workbench中输入后峰锯齿波 （3）梯形脉冲 梯形脉冲能在较宽的频频上比半正弦形产生更高的响应。如果试验的目的是为了模拟诸如空间探测器或卫星发射阶段爆炸螺栓所引起的冲击环境效应，便可采用这种冲击波形。 图 梯形脉冲 注意：最常用的半正弦形脉冲、梯形脉冲基本上不用于元器件型样品，后峰锯齿形脉冲与半正弦脉冲和梯形脉冲相比，具有更均匀的响应谱。 9.4 瞬态动力学分析求解方法 ANSYS Mechanical提供了三种瞬态动力学求解方法：完全法 (Full) 、模态叠加法和缩减法(Reduced) 。缩减法我没有使用过，不做介绍。 图 完全法（A）? ? ?图 模态叠加法（B+C） 图?完全法求解设置?? 图 模态叠加法求解设置 图 完全法载荷步 ?????? 图 模态叠加法载荷步 9.4.1 完全法 完全法功能最强，计算消耗大。可以包含非线性特性（塑性、大变形等），如果分析中不考虑任何非线性特性，可以采用模态叠加法，以减少计算量消耗。 在考虑非线性特性时，建议Auto Time Stepping设置为on，并设置最初（Initial Time Step）、最小（Minimum Time Step）和最大（Maximum Time Step）时间步长。 （1）优点 ①设置简单； ②使用完整的刚度矩阵，质量矩阵和阻尼矩阵； ③允许各种类型的非线性：几何、材料和接触； ④在一个坐标系下计算位移和应力； ⑤支持大多数类型载荷。 （2）缺点 计算消耗量（时间、内存）大。 9.4.2 模态叠加法 模态叠加法通过对模态分析得到的振型（特征值）乘上因子并求和来计算结构的响应。 （1）优点 ①求解速度快计算开销小； ②在模态分析中可以考虑阻尼对频率的影响。 （2）缺点 ①不支持自动时间步，只能用固定时间步； ②不考虑非线性问题 ③计算初始条件速度和位移都只能是0。 9.5 Workbench瞬态动力学分析 在进行瞬态动力学分析前需要进行的工作： 1、模型简化：采用梁、壳、质点等模型代替实体模型可以减少计算量（直接使用不简化的三维工程实体模型进行瞬态动力学分析，是非常foolish的）； 2、对于非线性问题应先进行静力学分析，了解非线性问题的收敛特征后再进行瞬态动力学分析，以避免在瞬态动力学计算消耗资源及时间； 3、如果表现为几何非线性，虽然瞬态动力学分析比静力学分析更容易收敛，但是瞬态动力学在计算结构刚度反转造成软化响应过程中，则不能