车辆结构有限元瞬态动力学分析

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1、汽车有限元基础常熟理工学院（东南校区）汽车工程学院——胡顺安第八章车辆结构有限元瞬态动力学分析瞬态动力学分析基础瞬态动力学分析基本流程（简单实例）齿轮的瞬态动力学分析一、瞬态动力学分析基础瞬态动力学分析（亦称时间历程分析）是用于确定承受任意随时间变化载荷的结构动力学响应的一种方法。瞬态动力学分析可以确定结构在静载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下随时间变化的位移、应变应力等。一、瞬态动力学分析基础瞬态动力学应用广泛，对于承受各种冲击载荷的结构，如汽车的门、缓冲器、车架、悬架等；承受各种随时间变化载荷的结构，如桥梁、建筑物等；以及承受撞击和颠簸的设备等。一、瞬态动力学分析基础在Workb

2、ench中瞬态动力学的模型可以是刚体的，也可以是柔性体。Flexible柔性体：是相对于刚体的概念，强调了可变形性，也可以是粘弹性或者弹塑性等。Rigid刚体：在运动中和受力作用后，形状和大小不变，而且内部各点的相对位置不变的物体。一、瞬态动力学分析基础载荷和时间的相关性使惯性力和阻尼作用比较重要。瞬态动力学的基本运动方程是：如果惯性力和阻尼作用不重要，上述方程就成了静力学分析。二、瞬态动力学分析基本流程瞬态动力学分析的基本步骤：1）建立有限元模型，设置材料属性；2）定义接触区域；3）定义网格控制并划分网格；4）制定边界条件；5）设置AnalysisSettings；6）设置求解选项并求解

3、；7）对结果进行评价和分析。二、瞬态动力学分析基本流程实例：在悬臂梁的自由端加一个垂直方向的冲击载荷，观察载荷施加位置的响应情况。打开文件：transient_example.wbpj二、瞬态动力学分析基本流程分析步和载荷施加二、瞬态动力学分析基本流程二、瞬态动力学分析基本流程时间步长的定义（InitialtimeStep）时间步长是从一个时间点到另一个时间点的时间增加，它决定了求解的精确度，因而因根据实际需要精确选取，至少要获得动力响应频率。通常情况下：初始时间步长可设定为：可设置自动时间步长进行求解，亦可输入∆tinitial、∆tmin、∆tmax后，程序会按照自动步长算法决定最优的

4、∆t值。二、瞬态动力学分析基本流程首先需要确定结构的频率。因此建模后进行模态分析，假设得到其频率如下：第1阶频率9.0300HZ第2阶频率15.635HZ所以，其最高频率是15.635HZ.这样，如果关注的是二阶以下的频率，依据上述公式可以得到时间步长是：如果关注的是一阶频率，依据上述公式可以得到时间步长是：二、瞬态动力学分析基本流程可见：当时间步长增大时，结果是越来越不精确。可用来确定基本步长时间。二、瞬态动力学分析基本流程MumberofSteps：用于设置总时间步数CurrentStepNumber：当前步StepEndTime：用于设置当前时间步结束时间Initialtimeste

5、p：初始步时间Minimumtimestep：每步最小时间Maximumtimestep：每步最大时间求解步数=StepEndTime/Initialtimestep二、瞬态动力学分析基本流程分析步设置二、瞬态动力学分析基本流程载荷施加二、瞬态动力学分析基本流程二、瞬态动力学分析基本流程三、齿轮的瞬态动力学分析在瞬态动力学分析增加了Body-Groud、Body-Body。运动副三、齿轮的瞬态动力学分析在瞬态动力学分析中，刚体部件类似于动力学分析，载荷只能为惯性力、远端载荷、运动副条件。由于刚体不能变形，故结构载荷及温度载荷不起作用。对于柔性体，任何载荷和约束都能加载，而且各载荷均可用时间

6、-历程载荷的形式加载，其数值可为常数、表格数据或函数形式。载荷和约束刚体运动1刚体运动2三、齿轮的瞬态动力学分析分析实例：一对齿轮，大齿轮受扭矩为300Nm，小齿轮的转速为100RPM。要求：齿轮啮合面网格大小为5mm，用瞬态动力学分析求齿轮应力和齿面间的摩擦力。接触为Frictional，摩擦系数为0.2三、齿轮的瞬态动力学分析三、齿轮的瞬态动力学分析1.创建TransientStructure，导入几何，并确认三、齿轮的瞬态动力学分析瞬态动力学分析与静力学分析中的不同处：1）几何模型（3D实体模型）柔性体：需要输入材料的特性包括密度、泊松比、弹性模量等，非线性材料还要输入非线性的一些特

7、性参数；对于刚体只需密度即可。三、齿轮的瞬态动力学分析2.进入分析界面，建立“命名集合（NamedSelection）”提示：分别选中各齿轮的啮合齿面。技巧：先隐藏一个齿轮，采用区域选择法进行和单个选择，将齿面建立集合并命名。三、齿轮的瞬态动力学分析2.进入分析界面，建立“命名集合（NamedSelection）”对小齿轮进行同样的操作显示所有齿轮，隐藏大齿轮三、齿轮的瞬态动力学分析命名集合结果三、齿轮的瞬态动力学分析建