workbench瞬态动力分析.ppt

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1、第四章瞬态动力分析瞬态动力分析总论定义：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。运动方程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.求解方法求解运动方程直接积分法模态叠加法隐式积分显式积分完整矩阵法缩减矩阵法完整矩阵法缩减矩阵法求解方法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,3D

2、t,….)，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,WilsonQ,Newmark等.求解方法时间积分方案–两种积分方案Newmark和HHT.缺省为Newmark不同的a和d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.求解方法时间积分方案-HHT方法:Newmark方法是求解tn+1时刻的运动方程HHT方法–求解中间时间点的运动方程然后外推到tn+1.(Note:缺省HHT方法am=0

3、)求解方法时间积分方案-时间积分参数,γ,a,d,af,am,通过求解控制选项输入TRNOPT,FULL,,,,,NMK

4、HHT!缺省Newmark[TINTP,GAMMA,ALPHA,DELTA,THETA,,,,,,ALPHAF,ALPHAM]指定GAMMA或ALPHAF/ALPHAM0

5、dZienkiewiczChungandHulbert缩减/完整结构矩阵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=两个时刻点间的时间增量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。对于缩减矩阵法与模态叠加法瞬态分析ANSYS只允许

6、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积分时间步长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响应频率不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：Dt=1/20f式中，f是所关心的最高响应频率。响应周期载荷突变载荷突变ITS小到足够获取载荷突变现象LoadtLoadt接触频率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。

7、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.积分时间步长如何选择ITS?推荐打开自动时间步长选项(AUTOTS),并设置初始时间步长Dtinitial和最小时间步长Dtmin

8、、最大时间步长Dtmax.ANSYS会利用自动时间步长功能来自动决定最佳时间步长Dt.例如:如果AUTOTS是打开的，并且Dtinitial=1sec,Dtmin=0.01sec,andDtmax=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Dtmin)在下列情况