动力学04_瞬态动力分析

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1、瞬态动力分析第4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

2、、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;[M]{u}^[c]{u}^[K]{u}={F(t^•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运动方程的两种求解法:•模态叠加法（在后面讨论）•

3、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,At,2At,3乩…・），需求解一组联立的静态平衡方程（F=ma）；-关于位移、速度和加速度随时间是如何变化，作了假设（积分方法）；-理论上有不同的积分方法：比如Centraldifference,Averageacceleration,Houbolt,Wilson®,Newmark等。•直接积分法（接上页）：-ANSYS提供了两种积分方案Newmark和HHT,Newmark为缺省的积分方法：[训{£+1}+[6仙+1}+旳叫+1}={門{un+1}

4、={un}+(1-5){un}+5{un+1}At{un+1}={un}+{un}At+{un}+tx{un+1}At2-不同的a和6值将导致积分方法的变化（显式/隐式/平均加速度）。-Newmark是一种隐式方法。-ANSYS/LS-DYNA使用显式方法。显式和隐式前面已作讨论。•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；-不允许非线性（除间隙外）；-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

5、它葩一些鎳陷，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;-允许非线性特性；-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At）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At；-积分时间步长决定求解的精确度，因而其数值应仔细选取;-瞬态分析中，对于缩减法和模态叠加法，ITS是一个常数；瞬态分析中，对于完全法，在使用者定义的范围（以后讨论）内，ANSYS能够自动调节时间步长。•ITS应足够小以获取下列数据

6、：一响应频率-接触频率（如果存在的话）-波传播效应（如果存在的话）-非线性响应（塑性、蠕变及接触状态）响应频率・不同类型载荷会在结构中激发不同的自然频率（响应频率）；・响应频率是载荷引起全部频率的加权频率；・ITS应足够小以获取所关心的最高响应频率低响应周期）；・每个循环中有20个时间点应是足够的，BP：At=1/20f式中，f是所关心的最高响应频率。・求解时，完全法给出响应频率和在每个周期的每个菇向点的编号；・目的是保持每个周期20个点；・ANSYS自动增加和减少ITS来保证每个周期默认有20个点。（最-87-1QOnmi

7、dboomblock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=——30£•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。•求解过程中，将给出响应频率和接触频率。fc=contactfrequencyk=gapstiffnessm=effectivemassAxITS<——3cAx=elementsize

8、avespeed=J—PE=Young1smodulusp-massdensity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-术语和