workbench瞬态动力分析.pptxVIP

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定义:

确定结构在任意随时间变化载荷作用下系统瞬态响应特性的技术。

输入数据:

最一般形式是载荷为时间的任意函数;

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。;基本运动方程

这是动力学最通常的方程形式,载荷可以是任意随时间变化的.

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.

;求解运动方程;两种求解运动学方程方法:

模态叠加法

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(time=0,Dt,2Dt,3Dt,….),需求解一组联立的静态平衡方程(F=ma);

需假定位移、速度和加速度是如何随时间而变化的,(积分方案选择)

有多种不同的积分方案,如中心差分法,平均加速度法,Houbolt,Wilson?,Newmark等.

;时间积分方案–两种积分方案Newmark和HHT.缺省为Newmark

不同的?和?造成积分方案的变化(隐式/显式/平均加速度).

Newmark是隐式积分方案.

ANSYS/LS-DYNA利用显式积分方案.;时间积分方案-HHT方法:;时间积分方案-时间积分参数,γ,a,?,af,am,通过求解控制选项输入

TRNOPT,FULL,,,,,NMK|HHT!缺省Newmark

[TINTP,GAMMA,ALPHA,DELTA,THETA,,,,,,ALPHAF,ALPHAM];时间积分方案–为了稳定性与精度要求,下列关系需满足.(HHT方法退化成Newmark当af与am=0时);求解时既可用缩减结构矩阵,也可用完整结构矩阵;

缩减矩阵:

用于快速求解;

不允许非线性因素存在

根据主自由度写出[K]、[C]和[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。

完整矩阵:

不进行自由度缩减,采用完整的[K]、[C]和[M]矩阵;

下面的讨论都是基于此种方法。;积分时间步长(亦称为ITS或?t)是时间积分法中的一个重要概念

ITS=两个时刻点间的时间增量?t;

积分时间步长决定求解的精确度,因而其数值应仔细选取。

对于缩减矩阵法与模态叠加法瞬态分析ANSYS只允许ITS常值.

完全法瞬态分析,ANSYS可以自动调整时间步大小在用户指定的范围内;ITS小到足够获取下列动力学现象:

响应频率

载荷突变

接触频率

波传播效应

;响应频率

??同类型载荷激发系统不同的响应频率;

ITS小到足够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个时刻点应是足够的,即:

?t=1/20f

式中,f是所关心的最高响应频率。;载荷突变

ITS小到足够获取载荷突变现象;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小到足够获取间隙“弹簧”频率;

建议每个循环三十个点,才足以获取两物体间的动量传递。更小的ITS会造成能量损失,并且冲击可能不是完全弹性的。;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,并且在波传播方向需要精细的网格

显式积分法(在ANSYS-LS/DYNA采用)可能对此更为适用;非线性响应

全瞬态分析可包括任何非线性类型.

更小的ITS通常有助于平衡迭代收敛.

塑性、蠕变及摩擦等非线性本质上是非保守的,需要精确地遵循载荷加载历程.小的ITS通常有助于精确跟踪载荷历程.

小的ITS可跟踪接触状态的变化.;如何选择ITS?

推荐打开自动时间步长选项(AUTOTS),并设置初始时间步长?tinitial和最小时间步长?tmin、最大时间步长?tmax.ANSYS会利用自动时间步长功能来自动决定最佳时间步长?t.

例如:如果AUTOTS是打开的,并且?tinitial=1sec,?tmin=0.01sec,and?tmax=10sec;那ANSYS起始采用ITS=1sec,并依据结构的响应允许其在0.01和10之间变动.;AUTOTS对于全瞬态分析缺省是打开的.对于缩减法和模态叠加法,是不可用的.

AUTOTS会减小ITS(直到?tmin)在下列情况:

在响应频率处,小于20个点

求解发散

求解需要大量的平衡迭代(收敛很慢)

塑性应变在一个时间步内累积超过15%

蠕变率超过0.1

如果接触状态要发生变化(决大多数接触单元可由KEYOPT(7)控制);讨论完全法瞬态分析过程.

五个主要步骤:

建立模型

选择分析类型和选项

指定边

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