ansys瞬态分析解析.pptx
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1、瞬态动力分析瞬态动力分析A.瞬态动力分析的定义和目的B.瞬态分析的基本术语和概念C.在ANSYS中如何进行瞬态分析D.瞬态分析实例第1页/共66页瞬态分析瞬态分析定义和目的定义和目的什么是瞬态动力分析?分析结构在任意随时间变化载荷作用下的响应的技术输入数据作为时间函数的载荷(稍候详细说明)输出数据随时间变化的位移和其它的导出量,如:应力和应变第2页/共66页瞬态分析瞬态分析 定义和目的定义和目的瞬态动力分析用在以下的设计中: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、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
2、:便携式电话、笔记本电脑和真空吸尘器等第3页/共66页瞬态分析瞬态分析B.术语和概念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第4页/共66页瞬态分析瞬态分析 术语和概念术语和概念运动方程运动方程瞬态动力分析的运动方程和通用运动方程相同。这是瞬态分析的最一般形式,载荷可为时间的任意函数在瞬态动力分析中,不同的分析方法允许包括各种类型的非线性特性(大变形、接触、塑性等)第5页/共66页瞬态分析瞬态分析-术语和概念术语和概念求解方法求解方法求解运动方程求解运动方程直接积分法直接积分法模态叠加法模态叠加法隐式积分隐式积分显式积分显式积分完全法完全法缩减法缩减法完全法完全法缩减法缩减法第6
3、页/共66页瞬态分析瞬态分析 术语和概念术语和概念求解方法求解方法 运动方程的两种求解法:模态叠加法(稍候做专题讨论)直接积分法运动方程直接对时间分步积分,并在每个时间点(time=0,Dt,2Dt,3Dt,.)求解一组同时发生的静态平衡方程(F=ma)提供了不同的积分方法:比如Central difference,Average acceleration,Houbolt,WilsonQ,Newmark 等第7页/共66页ANSYS 用 Newmark积分方法:不同的a和d值将导致积分方法的变化(显式/隐式/平均加速度),ansys可以使用替代参数(gamma),只要将设置为大于0的数,则方程
4、就是无条件稳定的。通常设置为0.005。Newmark 是一种隐式方法。ANSYS/LS-DYNA 使用显式方法(向前差分时间积分)。见第一章关于隐式和显式的讨论。瞬态分析瞬态分析-术语和概念术语和概念求解方法求解方法第8页/共66页瞬态分析瞬态分析-术语和概念术语和概念求解方法求解方法求解时即可用缩减结构矩阵,也可用完整结构矩阵。缩减法用于快速求解不允许非线性(除间隙之外)根据主自由度写出K、C和M等矩阵,主自由度是所有自由度的一个子集缩减的 K 是精确的,但缩减的 C 和 M 是近似的。此外,还有其它的一些缺陷,但不在此讲座讨论完全法不进行缩减。采用完整的K、C 和 M矩阵允许非线性特性在
5、本手册中的全部讨论都是基于此种方法第9页/共66页瞬态分析瞬态分析-术语和概念术语和概念积分时间步长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 是从一个时间点到另一个时间点的时间增量 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 第10页/共66页积分时间步长(ITS)应小到足够获取下列数据: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、蠕变和接触状态)瞬态分析瞬态分析-
6、术语和概念术语和概念积分时间步长积分时间步长第11页/共66页瞬态分析瞬态分析-术语和概念术语和概念积分时间步长积分时间步长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是载荷引起全部频率的加权频率ITS应足够小到获取所关心的最高响应频率每个循环中有20个时间点应是足够的,即:Dt=1/20f式中 f 是所关心的响应频率响应周期响应周期第12页/共66页响应频率(接上页)求解时,完全法给出响应频率和在每个周期的点数目的是保持每个周期20个点ANSYS自动增加或减少ITS来保证每个周期默认有20个点。需要加速度结果时ITS要更小些瞬态分析瞬态分析-术语和概念术语和概念积分时间步长积分时
7、间步长第13页/共66页瞬态分析瞬态分析-术语和概念术语和概念积分时间步长积分时间步长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应足够小到获取间隙“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,比此更大的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第14页/共66页瞬态分析瞬态分析-术语和概念术语和概念积分时间步长积分时间步长波传播由冲击引起。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ANSY S-LS/DYNA采用)可能
8、对此更为适用第15页/共66页非线性响应完全法的瞬态分析能够包含各种非线性特性非线性特性可以归纳为3种类型:材料非线性(塑性、,蠕变、超弹性)几何非线性(大应力、大转角、屈曲)单元非线性(接触,缆绳)在每个时间点,非线性要求迭代求解这些迭代被称为平衡迭代瞬态分析瞬态分析-术语和概念术语和概念积分时间步长积分时间步长第16页/共66页非线性响应(接上页)一般小的 ITS 有助于快速收敛塑性、蠕变和摩擦非线性本质上是非保守的。这些非线性要求精确的加载历程。小的ITS有助于精确描述加载历程。捕捉接触状态也要求小的ITS瞬态分析瞬态分析-术语和概念术语和概念积分时间步长积分时间步长第17页/共66页A
9、t time=tAt time=t+Dt非线性响应(接上页)球撞击平板例子在大的Dt时,球穿透平板 如果球穿透过多(超过球半径),接触将探测不到瞬态分析瞬态分析-术语和概念术语和概念积分时间步长积分时间步长第18页/共66页怎样选择一个好的ITS呢?ANSYS推荐的办法是激活自动时间步长(AUTOTS),然后提供Dtinitial、,Dtmin和 Dtmax。ANSYS用自动时间步长算法决定最优的Dt 值例如:如果AUTOTS开始时是Dtinitial=1 秒,Dtmin=0.01 秒,并且 Dtmax=10 秒;ANSYS开始计算时ITS=1秒,并且允许ITS的值在0.01和10之间变化 瞬
10、态分析瞬态分析-术语和概念术语和概念积分时间步长积分时间步长第19页/共66页完全瞬态分析时,AUTOTS默认为打开。缩减法和模态迭加法时,不允许使用AUTOTSAUTOTS 在下列情况下将减少 ITS(不小于Dtmin):在响应频率少于20个点时求解不收敛非线性迭代次数增加(收敛缓慢)在一个时间步内塑性应变累积超过15%蠕变率超过0.1如果接触状态将改变(大部分的接触单元的KEYOPT(7)来控制)瞬态分析瞬态分析-术语和概念术语和概念积分时间步长积分时间步长第20页/共66页瞬态分析瞬态分析C.步骤步骤在此节中只讨论FULL方法五个主要步骤:建模选择分析类型和选项规定边界条件和初始条件施加
11、时间历程载荷并求解查看结果第21页/共66页瞬态分析步骤瞬态分析步骤建建 模模模型允许所有各种非线性必须指定系统的杨式模量或某种形式的刚度必须指定密度或某种形式的质量 其余建模要求同其它分析第22页/共66页瞬态分析步骤瞬态分析步骤选择分析类型和选项选择分析类型和选项3建模选择分析类型和选项:进入求解器并选择瞬态分析选择完全瞬态求解 求解选项-将在下面讨论阻尼 将在下面讨论第23页/共66页求解方法选择大位移或小位移分析方法不确定时,选择大位移瞬态分析法瞬态分析步骤瞬态分析步骤选择分析类型和选项选择分析类型和选项指定输出控制(后面讨论)指定输出控制(后面讨论)指定加载步结束时的时间指定加载步结
12、束时的时间自动时间步长(后面讨论)自动时间步长(后面讨论)指定初始时当前载荷步最小指定初始时当前载荷步最小和最大值和最大值D Dt第24页/共66页自动时间步长在瞬态分析时,自动计算合适的ITS建议选中该选项,并且指定最小和最大的ITS值如果有非线性,选中“Program Chosen”选项 注意:总体求解控制选项SOLCONTROL缺省为打开。建议不要更改。更重要的是,在两个载荷步之间不要改动该选项瞬态分析步骤瞬态分析步骤选择分析类型和选项选择分析类型和选项第25页/共66页输出控制用来决定结果文件中写进哪些计算结果。使用OUTRES命令或主菜单选择Solution Soln Control
13、.Basic典型的选择是将每个子步的所有结果都写入结果文件允许结果相对时间的拟合曲线图可能导致结果文件变大瞬态分析步骤瞬态分析步骤选择分析类型和选项选择分析类型和选项第26页/共66页打开/关闭瞬态效果对提供初始条件有作用(后面讨论)斜坡载荷或阶梯加载指定阻尼(后面讨论)时间积分参数使用缺省值 瞬态分析步骤瞬态分析步骤选择分析类型和选项选择分析类型和选项第27页/共66页瞬态分析步骤瞬态分析步骤选择分析类型和选项选择分析类型和选项阻尼 阻尼和b阻尼两者均可以用在大多数情况下,忽略阻尼(粘性阻尼),仅规定b阻尼(由滞后造成的阻尼):b=2/w式中 为阻尼比,w 为主要响应频率(rad/sec)材
14、料阻尼(即橡胶)和单元阻尼(即减震器)都可以使用。第28页/共66页瞬态分析步骤瞬态分析步骤选择分析类型和选项选择分析类型和选项选择求解器ANSYS默认选择Sparse求解器对大的问题(100000个自由度)使用PCG求解器可参考谐波分析中对求解器的说明第29页/共66页瞬态分析步骤瞬态分析步骤规定边界条件和初始条件规定边界条件和初始条件3建模3选择分析类型和选项规定边界条件和初始条件在这种情况下边界条件为载荷或在整个瞬态过程中一直为常数的条件,例如:固定点(约束)对称条件重力初始条件将在下面讨论第30页/共66页瞬态分析步骤瞬态分析步骤规定边界条件和初始条件规定边界条件和初始条件初始条件瞬态
15、分析要求指定初始位移(u0)和初始速度(v0)缺省值 u0=v0=a0=0可能要求非零初始条件的实例飞机着陆装置(v00)高尔夫球棒击球(v00)物体跌落试验(u0=v0=0,a00).第31页/共66页瞬态分析步骤瞬态分析步骤规定边界条件和初始条件规定边界条件和初始条件施加初始条件的两种方法:以静载荷步开始当只需在模型的一部分上施加初始条件时,例如,用强加的位移将悬臂梁的自由端从平衡位置“拨”开时,这种方法是有用的(u0,已知 v0=0)用于需要施加非零初始加速度时使用IC 命令Solution Loads-Apply Initial Conditn Define+当需在整个物体上施加非零初
16、始位移或速度时IC 命令法是有用的第32页/共66页瞬态分析步骤瞬态分析步骤规定边界条件和初始条件规定边界条件和初始条件实例-物体从静止状态下落这种情况 a0=g(重力加速度)u0=v0=0采用静载荷步法载荷步1:关闭瞬态效应。用TIMINT,OFF 命令或Solution Soln Control Transient Transient Effects采用小的时间间隔,例 0.001采用2 个子步,分步加载(如果采用线性载荷或一个子步,v0 就将是非零的)保持物体静止,例如,固定物体的全部自由度施加等于 g 的加速度求解第33页/共66页瞬态分析步骤瞬态分析步骤规定边界条件和初始条件规定边界
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