第16章瞬态动力学分析 第1节基本知识 瞬态动力学分析，亦称时间历程分析，是确定随时间变化载荷作用下结构响应的技术。它的输入数据是作为时间函数的载荷，可以是静载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用。输出数据是随时间变化的位移及其它导出量，如：应力、应变、力等。 用于瞬态动力分析的运动方程为： []{}[]{}[]{}() {}t F M= u + + C K u u 其中：式中[M]为质量矩阵；[C]为阻尼矩阵；[K]为刚度矩阵。 所以在瞬态动力分析中密度或质点质量、弹性模量及泊松比、阻尼等因素均应考虑，在ANSYS分析过程中密度或质量、弹性模量是必须输入的，忽略阻尼时可以选忽略选项。 瞬态动力学分析可以应用于承受各种冲击载荷的结构，如：炮塔、汽车车门等，应用于承受各种随时间变化载荷的结构，如：混凝土泵车臂架、起重机吊臂、桥梁等，应用于承受撞击和颠簸的办公设备，如：移动电话、笔记本电脑等，同时ANSYS在瞬态动力学分析中可以使用线性和非线性单元（仅在完全瞬态动力学中使用）。材料性质可以是线性或非线性、各向同性或正交各项异性、温度恒定的或温度相关的。分析结果写入jobname.RST文件中。可以用POST1和POST26观察分析结果。 ANSYS在进行瞬态动力学分析中可以采用三种方法，即Full(完全)法、Reduced（缩减）法和Mode Superposition（模态叠加）法。ANSYS提供了各种分析类型和分析选项，使用不同方法ANSYS软件会自动配置相应选择项目，常用的分析类型和分析选项如表16-1所示。
在瞬态分析中，时间总是计算的跟踪参数，在整个时间历程中，同样载荷也是时间的函数，有两种变化方式： Ramped ：如图16-1（a ）所示，载荷按照线性渐变方式变化。 Stepped ：如图16-1（b ）所示，载荷按照解体突变方式变化。 图16-1 载荷增加方式 渐变与突变 依据载荷变化方式可以将整个时间历程划分成多个载荷步（LoadStep ），每个载荷步代表载荷发生一次突变或一次渐变阶段。在每个载荷步时间内，载荷增量又可以划分多个子步（Substep ），在子步载荷增量的条件下程序进行迭代计算即Iteriation ，经过多个子步的求解实现一个载荷步的求解，进而求出多个载荷步的求解实现整个载荷时间历程的求解。 利用ANSYS 进行瞬态动力学分析时可以在实体模型或有限元模型上施加下列载荷：约束（Displacement ）、集中力（Force ）、力矩（Moment ）、面载荷（Pressure ）、体载荷（Temperature 、Fluence ）、惯性力（Gravity ，Spinning ，ect.）。 在ANSYS 中，进行多载荷步加载的基本方法常用有三种：（1）连续多载荷步加载法。 （2）定义载荷步文件批加载法。（3）定义表载荷加载法。 第2节 瞬态动力学分析实例 案例1——自由度弹簧质量系统瞬态分析 LOAD (a) Ramped （b ） Stepped
压电变换器的自振频率分析及详细过程 1.模态分析的定义及其应用 模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。 ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。 ANSYS提供的模态提取方法有:子空间法(subspace)、分块法(block lancets),缩减法(reduced/householder)、动态提取法(power dynamics)、非对称法(unsymmetric),阻尼法(damped), QR阻尼法(QR damped)等，大多数分析都可使用子空间法、分块法、缩减法。 ANSYS的模态分析是线形分析，任何非线性特性，例如塑性、接触单元等，即使被定义了也将被忽略。 2.模态分析操作过程 一个典型的模态分析过程主要包括建模、模态求解、扩展模态以及观察结果四个步骤。 (1).建模 模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是类似的，主要包括定义单元类型、单元实常数、材料性质、建立几何模型以及划分有限元网格等基本步骤。 (2).施加载荷和求解 包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项，并进行固有频率的求解等。 指定分析类型，Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,选择Modal。 指定分析选项，Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options，选择MODOPT(模态提取方法〕，设置模态提取数量MXPAND. 定义主自由度，仅缩减法使用。 施加约束，Main Menu-Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement。 求解，Main Menu-Solution-Solve-Current LS。 (3).扩展模态 如果要在POSTI中观察结果，必须先扩展模态，即将振型写入结果文件。过程包括重新进入求解器、激话扩展处理及其选项、指定载荷步选项、扩展处理等。 激活扩展处理及其选项，Main Menu-Solution-Load Step Opts-Expansionpass-Single Expand-Expand modes。 指定载荷步选项。 扩展处理，Main Menu-solution-Solve-Current LS。 注意:扩展模态可以如前述办法单独进行，也可以在施加载荷和求解阶段同时进行。本例即采用了后面的方法 (4).查看结果 模态分析的结果包括结构的频率、振型、相对应力和力等
将ANSYS作为子程序调用 对于优化或参数化设计，可以在VC或FORTRAN中将ANSYS作为子程序调用。具体调用方法如下： 1.在VC中调用ANSYS ::WinExec("d:/ANSYS57/BIN/INTEL/ANSYS57 -b -p ansys_product_feature -i input_file -o output_file",SW_SHOWNORMAL); 2.在FORTRAN中调用ANSYS LOGICAL(4) result RESULT=SYSTEMQQ('d:\ANSYS57\BIN\INTEL\ANSYS57 -b -p ansys_product_feature -i input_file -o output_file') 3.说明 1和2中，input_file为用APDL语言编写的ANSYS输入文件。 ansys_product_feature为你的ANSYS产品特征代码。 需要注意的是，在VC中调用ANSYS时，需要加一条判断语句，以确定ANSYS 已经执行完毕。 在FORTRAN中不需要判断，FORTRAN会等ANSYS执行完毕才继续执行下一条语句。 在VC中，我没有找到与FORTRAN类似的函数，只好加一条循环判断语句。 如果谁能找着这样的函数，请告诉我，谢谢！ 判断方法很简单，只需判断错误文件file.err是否可写就可以了。 因为当ANSYS在运行时，file.err是不可写的，只有当它运行完毕，此文件才可写。 数据文件(假设输出的数据文件名为opt.out): *dim,out1,,2,1 out1(1)=dmax !目标函数 out1(2)=1-eymax !约束条件1 *cfopen,opt,out *vwrite,out1(1),out1(2) (2f10.6) *cfclos 在VC中相应的显示数据文件命令为： result=system("notepad opt.out"); 图形文件（假设ANSYS工作文件名为test,输出jpg图形文件,具体信息请参考命令/show）：/SHOW,JPEG JPEG,QUAL,75, JPEG,ORIENT,HORIZ JPEG,COLOR,2 JPEG,TMOD,1
ANSYS 中使用函数加载的一个简单例子 2013-10-28 07:34:10| 分类：ANSYS 实例 - GUI | 标签：ansys 函数定义函数加载示例|字号订阅本文将通过一个具体实例说明在 ANSYS 中如何使用函数加载，后续将通过该实例在分析过程中遇到的一个问题提出自己的一点看法。 实例的具体说明： 一个 1/4 圆柱，内半径 30 mm，外半径 42 mm，长度 100mm，如图 1 所示： 所用材料为双线性弹塑性材料，其机械性能为： 弹性模量 E = 201000 Mpa；泊松比μ=0.3 屈服应力σ= 200 Mpa；切线模量 Et = 2010 使用单元类型 solid185 (8 节点六面体单元)。
取整体单元边长 4 mm，然后可以直接对该几何模型划分 MAP 网格，划分网格结果如图 2： 约束条件为： 轴向两个截面为对称边界条件；一个端面约束轴向位移 Uz。 载荷条件为： 在外表面施加变化的压力载荷，载荷函数为： P (y) = 8e7 + 7E7 * (X/42) 即： X = 0 (最高点) 时，P = 15E7； X = 42 （最低点）时，P = 8E7。 我们采用函数方式来施加这一压力载荷，首先定义函数： 在 Solution 模块中，点击菜单路径：
Solution > Define Loads > Apply > Functions > Define/Edit 将会弹出一个函数编辑器，可以在其中定义所需的函数。 在函数编辑器中，函数类型选择为Single equation，即单值函数；计算函数值时使用的插值坐标系 ( (x,y,z) interpreted in CSYS) 选择 0，即总体直角坐标系，如图 3 所示： 然后，在函数编辑器中间位置的“Result = “ 小窗口中输入要定义 的函数表达式，如果表达式中有 x, y, z, time 等变量 (供定义函数时使 用的“自变量”)，可以用 {X},{Y},{Z},{TIME} 等的形式输入；或者点击下面一个小窗口右边的小箭头，会出现一个下拉列表，列出可以选择的 变量，然后从该列表中选择某个自变量，则该自变量会按照上述格式 写入函数中，如图 5 所示：
瞬态动力学分析 瞬态动力学分析（也称时间历程分析）是用于确定承受任意的随时间变化载荷的结构的动力学响应的一种方法。 本章将通过实例讲述瞬态动力学分析的基本步骤和具体方法。 瞬态动力学概论 弹簧阻尼系统的自由振动分析 任务驱动&项目案例
Note
Note
对话框，输入“ Note 图10-2 定义工作标题 ）定义单元类型。选择主菜单中的Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete 图10-3 Element Types对话框图10-4 Library of Element Types对话框 （3）定义单元选项。在如图所示的对话框中单击Options按钮，弹出COMBIN40 element type options对话框，如图10-5所示，在Element degree(s) of freedom K3下拉列表框中选择UX选项，在 Mass location K6下拉列表框中选择Mass at node J选项，如图10-5所示，单击OK按钮，回到如图10-3 所示的对话框。单击Close按钮关闭该对话框。 图10-5 COMBIN40 element type options对话框 ）定义第一种实常数。选择主菜单中的Main Menu > Preprocessor > Real Constants > Add/Edit/ ·276·
Element Type for Real Note 图10-6 Real Constants对话框Element Type for Real Constants 10-7所示的对话框中选择Type 1 COMBIN40选项，单击OK按钮，弹出Real Constant Set Number1,for COMBIN40对话框，在Spring constant K1文本框中输入“10000”，在Mass M ”，在Limiting sliding force FSLIDE“1.875”，在Spring const(par to slide) K2 文本框中输入“30”，如图10-8所示，单击按钮。接着单击Real Constants对话框中的 关闭该对话框，退出实常数定义。 ）创建节点。选择主菜单中的Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Nodes > In Active CS Create Nodes in Active Coordinate System NODE Node number文本框中输入 图10-8 Real Constant Set Number1, 图10-9 生成第一个节点 for COMBIN40对话框 在Create Nodes in Active Coordinate System对话框的NODE Node number文本框中输入“2”，在 X,Y,Z Location in active CS文本框中输入“1、0、0”，单击OK按钮，屏幕显示如图10-10所示。 （6）打开节点编号显示控制。选择实用菜单中的 Plot Numbering Controls对话框，选中NODE Node numbers 所示，单击OK按钮。
第5章动力学分析 结构动力学研究的是结构在随时间变化载荷下的响应问题，它与静力分析的主要区别是动力分析需要考虑惯性力以及运动阻力的影响。动力分析主要包括以下5个部分：模态分析：用于计算结构的固有频率和模态。 谐波分析（谐响应分析）：用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。 瞬态动力分析：用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可涉及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。 谱分析：是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或PSD输入（随机振动）引起的应力和应变。 显式动力分析：ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题。 本章重点介绍前三种。 【本章重点】 ?区分各种动力学问题； ?各种动力学问题ANSYS分析步骤与特点。 5.1 动力学分析的过程与步骤 模态分析与谐波分析两者密切相关，求解简谐力作用下的响应时要用到结构的模态和振型。瞬态动力分析可以通过施加载荷步模拟各种何载，进而求解结构响应。三者具体分析过程与步骤有明显区别。 5.1.1 模态分析 1.模态分析应用 用模态分析可以确定一个结构的固有频率利振型，固有频率和振型是承受动态载荷结构设计中的重要参数。如果要进行模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析，固有频率和振型也是必要的。可以对有预应力的结构进行模态分析，例如旋转的涡轮叶片。另一个有用的分析功能是循环对称结构模态分析，该功能允许通过仅对循环对称结构的一部分进行建模，而分析产生整个结构的振型。 ANSYS产品家族的模态分析是线性分析，任何非线性特性，如塑性和接触(间隙)单元，即使定义也将被忽略。可选的模态提取方法有6种，即Block Lanczos(默认)、Subspace、Power Dynamics、Reduced、Unsymmetric、Damped及QR Damped，后两种方法允许结构中包含阻尼。 2.模态分析的步骤
完全法 完全法采用完整的系统矩阵计算瞬态响应（没有矩阵缩减）。它是三种方法中功能最强的，允许包括各类非线性特性（塑性、大变形、大应变等）。 注─如果并不想包括任何非线性，应当考虑使用另外两种方法中的一种。这是因为完全法是三种方法中开销最大的一种。 完全法的优点是： ·容易使用，不必关心选择主自由度或振型。 ·允许各种类型的非线性特性。 ·采用完整矩阵，不涉及质量矩阵近似。 ·在一次分析就能得到所有的位移和应力。 ·允许施加所有类型的载荷：节点力、外加的（非零）位移（不建议采用）和单元载荷（压力和温度），还允许通过TABLE数组参数指定表边界条件。 ·允许在实体模型上施加的载荷。 完全法的主要缺点是它比其它方法开销大。 §3.4 完全法瞬态动力学分析 首先，讲述完全法瞬态动力学分析过程，然后分别介绍模态叠加法和缩减法与完全法不相同的计算步骤。完全法瞬态动力分析（在ANSYS/Multiphsics、ANSYS/Mechauioal及ANSYS/Structural中可用）由以下步骤组成： 1.建造模型 2.建立初始条件 3.设置求解控制 4.设置其他求解选项 5.施加载荷 6.存储当前载荷步的载荷设置 7.重复步骤3-6定义其他每个载荷步
8.备份数据库 9.开始瞬态分析 10.退出求解器 11.观察结果 § 型 在这一步中，首先要指定文件名和分析标题，然后用PREP7定义单元类型，单元实常数，材料性质及几何模型。这些工作在大多数分析中是相似的。<
例题：一根钢梁支撑着集中质量并承受一个动态载荷（如图1所示）。钢梁长为L，支撑着一个集中质量M。这根梁承受着一个上升时间为t1的值为F1 的动态载荷F（t）。梁的质量可以忽略，确定产生最大位移响应时的时间t max 和响应y max。 图1 钢梁支撑集中质量的几何模型 材料特性：弹性模量为2e5MPa，质量为M＝0.0215t，质量阻尼为8； 几何尺寸为：L＝450mm，I＝800.6mm4，h＝18mm； 载荷为：F1＝20N，t1＝0.075s GUI操作方式： 1．定义单元类型：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，出现一个对话框，单击“Add”，又出现一个对话框，在对话框左面的列表栏中选择“Structural Beam”，在右面的列表栏中选择“2D elastic 3”，单击“Apply”，在对话框左面的列表栏中选择“Structural Mass”，在右边选择“3D mass 21”，单击“OK”，在单击“Options”，弹出对话框，设置K3为“2-D W/O rot iner”，单击“OK”，再单击“Close”。 2．设置实常数：Main Menu>Preprocessor>Real Constants> Add/Edit/Delete，出现对话框，单击“Add”，又弹出对话框，选择“Type1 BEAM3”，单击“OK”，
又弹出对话框，输入AREA为1，IZZ＝800.6，HEIGHT＝18，单击“OK”，在单击“Add”，选择Type 2 MASS21，单击“OK”，设置MASS为0.0215，单击“OK”，再单击“Close”。 3．定义材料属性：Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Modls，出现对话框，在“Material Models Available”下面的对话框中，双击打开“Structural>Linear>Elastic>Isotropic”，又出现一个对话框，输入弹性模量EX＝2e5，泊松比PRXY＝0，单击“OK”，单击“Materal>Exit”。 4．建立模型： 1）创建节点：依次单击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>In Active CS，在弹出对话框中，依次输入节点的编号1，节点坐标x＝0，y ＝0，然后单击“Apply”，输入节点编号2，节点坐标x＝450/2，y＝0，然后单击“Apply”，输入节点编号3，节点坐标x＝450，y＝0。单击“OK”。2）创建单元：依次单击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements >Auto Numbered>Thru Nodes，弹出拾取框，拾取节点1和2，2和3，单击“OK”。 3）指定单元实常数：Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements> Elem Attributes，弹出对话框，设置TYPE为2，REAL为2，单击“OK”。4）创建单元：依次单击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements >Auto Numbered>Thru Nodes，弹出拾取框，拾取节点2，单击“OK”。5．定义分析类型：Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis，弹出对话框，选择Trasiernt，单击“OK”，又弹出对话框，选择Reduced，单击“OK”。6．设置分析选项：Main Menu>Solution>Analysis Type>Analysis Options，弹出对话框，单击“OK”。
2 ANSYS加载时间函数的方法 Apply/Functions/Define/Edit打开函数编辑器 ●Functions Type：选择函数类型。选择单个方程或多值函数。如果选择后者，必须键入状态变量名，也就是管理函数中方程的变量。当选择一个多值函数时，六状态表格将被激活。 ●Degrees/Radians：选择度或弧度，这一选择仅决定方程如何被运算，而不会影响*AFUN 设置。 ●使用初始变量方程和键区定义结果方程（单个方程）或描述状态变量的方程（多值函数），出如果定义单方程函数，保存方程。如果是定义多值函数，则继续下面的步骤。 ●单击Regime1，键入在函数表格下定义的状态变量的相应的最大最小值限制。 ●定义这个状态的方程。 ●单击Regime2，注意状态变量的最小值限制已被定义并且不可更改，这一特征确保状态保
持连续而无间隙。定义这个状态的最高值限制。 ●定义这个状态的方程。 ●在六个状态中连续如上操作。在每个状态里，不必储存或保存单个方程，除非想在另一状态中重用某个方程。 ●输入一个注释描述函数（可选）选择File/Comments。 ●计算器区域 使用计算器，你可以在输入表达式时，加入标准的数学操作符和函数调用，你只需点击序列数字，运算符或者函数等按钮，就可把函数加入表达式中，点击INV按钮，可轮流改变部分按钮的函数功能。 ?按钮“（”与“）”按钮，成对使用圆括号强制改变表达式中的运算顺序。 ?MAX/MIN按钮：查找变量中最大值/变量中最小值。 ?COMPLEX/CONJUGATE按钮：形成一个复变量/对一个复数变量执行共轭运算，利用INV 按钮进行函数功能切换。 ?LN/e^X按钮：求一个变量的自然对数/求变量的e次幂，利用INV按钮进行函数功能切换。?STO/RCL按钮：将表达式区域信息存储在内存中/从内存中恢复重复使用的表达式，利用
§3.1瞬态动力学分析的定义 瞬态动力学分析（亦称时间历程分析）是用于确定承受任意的随时间变化载荷结构的动力学响应的一种方法。可以用瞬态动力学分析确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下的随时间变化的位移、应变、应力及力。载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较重要。如果惯性力和阻尼作用不重要，就可以用静力学分析代替瞬态分析。 瞬态动力学的基本运动方程是： 其中： [M] =质量矩阵 [C] =阻尼矩阵 [K] =刚度矩阵 {}=节点加速度向量 {}=节点速度向量 {u} =节点位移向量 在任意给定的时间，这些方程可看作是一系列考虑了惯性力（[M]{}）和 阻尼力（[C]{}）的静力学平衡方程。ANSYS程序使用Newmark时间积分方法在离散的时间点上求解这些方程。两个连续时间点间的时间增量称为积分时间步长（integration time step）。 §3.2学习瞬态动力学的预备工作 瞬态动力学分析比静力学分析更复杂，因为按“工程”时间计算，瞬态动力学分析通常要占用更多的计算机资源和更多的人力。可以先做一些预备工作以理解问题的物理意义，从而节省大量资源。例如，可以做以下预备工作：
1.首先分析一个较简单模型。创建梁、质量体和弹簧组成的模型，以最小的代价深入的理解动力学认识，简单模型更有利于全面了解所有的动力学响应所需要的。 2.如果分析包括非线性特性，建议首先利用静力学分析掌握非线性特性对结构响应的影响规律。在某些场合，动力学分析中是没必要包括非线性特性的。 3.掌握结构动力学特性。通过做模态分析计算结构的固有频率和振型，了解这些模态被激活时结构的响应状态。同时，固有频率对计算正确的积分时间步长十分有用。 4.对于非线性问题，考虑将模型的线性部分子结构化以降低分析代价。<<高级技术分指南>>中将讲述子结构。 §3.3三种求解方法 瞬态动力学分析可采用三种方法：完全（Full）法、缩减（Reduced）法及模态叠加法。ANSYS/Professional产品中只允许用模态叠加法。在研究如何实现这些方法之前，让我们先探讨一下各种方法的优点和缺点。 §3.3.1完全法 完全法采用完整的系统矩阵计算瞬态响应（没有矩阵缩减）。它是三种方法中功能最强的，允许包括各类非线性特性（塑性、大变形、大应变等）。 注─如果并不想包括任何非线性，应当考虑使用另外两种方法中的一种。这是因为完全法是三种方法中开销最大的一种。 完全法的优点是： ·容易使用，不必关心选择主自由度或振型。 ·允许各种类型的非线性特性。 ·采用完整矩阵，不涉及质量矩阵近似。 ·在一次分析就能得到所有的位移和应力。 ·允许施加所有类型的载荷：节点力、外加的（非零）位移（不建议采用）和单元载荷（压力和温度），还允许通过TABLE数组参数指定表边界条件。 ·允许在实体模型上施加的载荷。 完全法的主要缺点是它比其它方法开销大。
Apply/Functions/Define/Edit打开函数编辑器 ●Functions Type：选择函数类型。选择单个方程或多值函数。如果选择后者，必须键入状态变量名，也就是管理函数中方程的变量。当选择一个多值函数时，六状态表格将被激活。 ●Degrees/Radians：选择度或弧度，这一选择仅决定方程如何被运算，而不会影响*AFUN设置。 ●使用初始变量方程和键区定义结果方程（单个方程）或描述状态变量的方程（多值函数），出如果定义单方程函数，保存方程。如果是定义多值函数，则继续下面的步骤。 ●单击Regime1，键入在函数表格下定义的状态变量的相应的最大最小值限制。 ●定义这个状态的方程。 ●单击Regime2，注意状态变量的最小值限制已被定义并且不可更改，这一特征确保状态保持连续而无间隙。定义这个状态的最高值限制。 ●定义这个状态的方程。 ●在六个状态中连续如上操作。在每个状态里，不必储存或保存单个方程，除非想在另一状态中重用某个方程。 ●输入一个注释描述函数（可选）选择File/Comments。
●计算器区域 使用计算器，你可以在输入表达式时，加入标准的数学操作符和函数调用，你只需点击序列数字，运算符或者函数等按钮，就可把函数加入表达式中，点击INV按钮，可轮流改变部分按钮的函数功能。?按钮“（”与“）”按钮，成对使用圆括号强制改变表达式中的运算顺序。 ?MAX/MIN按钮：查找变量中最大值/变量中最小值。 ?COMPLEX/CONJUGATE按钮：形成一个复变量/对一个复数变量执行共轭运算，利用INV按钮进行函数功能切换。 ?LN/e^X按钮：求一个变量的自然对数/求变量的e次幂，利用INV按钮进行函数功能切换。 ?STO/RCL按钮：将表达式区域信息存储在内存中/从内存中恢复重复使用的表达式，利用INV 按钮进行功能切换。 ?CVAR按钮：计算两个变量之间的协方差（covariance），只适用于PSD求解。 ?RPSD按钮：计算响应PSD，只适用于PSD求解。 ?RESP按钮：计算响应功率谱密度，只适用于PSD求解。 ?LOG按钮：求一个变量的普通对数。 ?ABS/INS MEM按钮：求实变量的绝对值或复变量的模/将内存区域的内容插入到表达式中，利用I
______________________________________________________________________________________________________________ 精品资料 第16章 瞬态动力学分析 第1节 基本知识 瞬态动力学分析，亦称时间历程分析，是确定随时间变化载荷作用下结构响应的技术。它的输入数据是作为时间函数的载荷，可以是静载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用。输出数据是随时间变化的位移及其它导出量，如：应力、应变、力等。 用于瞬态动力分析的运动方程为： []{}[]{}[]{}(){}t F u K u C u M =++ 其中：式中[M]为质量矩阵；[C]为阻尼矩阵；[K]为刚度矩阵。 所以在瞬态动力分析中密度或质点质量、弹性模量及泊松比、阻尼等因素均应考虑，在ANSYS 分析过程中密度或质量、弹性模量是必须输入的，忽略阻尼时可以选忽略选项。 瞬态动力学分析可以应用于承受各种冲击载荷的结构，如：炮塔、汽车车门等，应用于承受各种随时间变化载荷的结构，如：混凝土泵车臂架、起重机吊臂、桥梁等，应用于承受撞击和颠簸的办公设备，如：移动电话、笔记本电脑等，同时ANSYS 在瞬态动力学分析中可以使用线性和非线性单元（仅在完全瞬态动力学中使用）。材料性质可以是线性或非线性、各向同性或正交各项异性、温度恒定的或温度相关的。分析结果写入jobname.RST 文件中。可以用POST1和POST26观察分析结果。
ANSYS在进行瞬态动力学分析中可以采用三种方法，即Full(完全)法、Reduced（缩减）法和Mode Superposition（模态叠加）法。ANSYS提供了各种分析类型和分析选项，使用不同方法ANSYS软件会自动配置相应选择项目，常用的分析类型和分析选项如表16-1所示。 在瞬态分析中，时间总是计算的跟踪参数，在整个时间历程中，同样载荷也是时间的函数，有两种变化方式： Ramped：如图16-1（a）所示，载荷按照线性渐变方式变化。 Stepped：如图16-1（b）所示，载荷按照解体突变方式变化。
宏能够套嵌使用，即一个宏可以调用第二个宏，第二个宏可以调用第三个宏，最多可以套嵌20层 本文介绍了ANSYS宏命令的相关内容。 一. ANSYS宏的概念 在ANSYS中，宏是包含一系列ansys命令并且后缀为.MAC或.mac的命令文件。宏文件往往记录一系列频繁使用的ansys命令流，实现某种有限元分析或其他算法功能(个人感觉宏如同PROE的零件库，在ansys中可以把经常用的模型或分析用宏保存后，根据现实情况调用，调用时只需改变参数就可以!)。宏文件在ansys中可以当作定义的ansys命令进行使用，可以带有宏输入参数，也可以有内部变量，同时在宏内部可以直接引用总体变量。除了执行一系列的ansys命令之外，宏还可以调用GUI函数或把值传递给参数。 宏能够套嵌使用，即一个宏可以调用第二个宏，第二个宏可以调用第三个宏，最多可以套嵌20层，在每个套嵌的宏执行完成后，a nsys软件将会返回到其上一层的位置! 二.ANSYS宏的搜索路径 当宏文件储存成后缀为.mac扩展名的文件时，ansys将按下列顺序在缺省的路径中搜索用户创建的宏文件： 1.目录:/ansys_inc/v70/ansys/apdl 2.由ANSYS_MACROLIB环境变量指定的路径或注册路径(主目录) 3./PSEARCH命令及其等价菜单路径Utility menu——macro——macro seach path 指定的宏文件存储路径 4.由/$HOME环境变量指定的路径 5.当前工作路径(在ansys lauch 中设置的路径) 三.ANSYS宏的创建 可以使用ANSYS本身或文本编辑软件(非GUI法创建宏)，如记事本，pspad来创建一个宏。如果宏很短，用ANSYS软件很方便，如果宏较长，或很复杂，那么可以采用文本编辑软件(这里推荐PSpad)，同时使用文本编辑软件可以使用类似的宏或ANSYS的LOG文件作为生成自己宏文件的参考。 对于一个复杂的宏来说，应该考虑是采用类似的宏作为参考的蓝本，还是先用ANSYS的GUI模式交互式执行任务，然后在将其L OG文件作为生成宏的基础。这样可以减少生成宏的时间和精力!
一根钢梁支撑着集中质量并承受一个动态载荷（如图1所示）。钢梁长为L，支撑着一个集中质量M。这根梁承受着一个上升时间为t1大值为F1的动态载荷F （t）。梁的质量可以忽略，确定产生最大位移响应时的时间t max和响应y max。同时要确定梁中的最大弯曲应力。 图1 钢梁支撑集中质量的几何模型 材料特性：弹性模量为2e5MPa，质量为M＝0.0215t，质量阻尼为8； 几何尺寸为：L＝450mm，I＝800.6mm4，h＝18mm； 载荷为：F1＝20N，t1＝0.075s 操作步骤： 1．定义单元类型：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，出现一个对话框，单击“Add”，又出现一个对话框，在对话框左面的列表栏中选择“Structural Beam”，在右面的列表栏中选择“2D elastic 3”，单击“Apply”，在对话框左面的列表栏中选择“Structural Mass”，在右边选择“3D mass 21”，单击“OK”，在单击“Options”，弹出对话框，设置K3为“2-D W/O rot iner”，单击“OK”，再单击“Close”。 2．设置实常数：Main Menu>Preprocessor>Real Constants> Add/Edit/Delete，出现对话框，单击“Add”，又弹出对话框，选择“Type1 BEAM3”，单击“OK”，
又弹出对话框，输入AREA为1，IZZ＝800.6，HEIGHT＝18，单击“OK”，在单击“Add”，选择Type 2 MASS21，单击“OK”，设置MASS为0.0215，单击“OK”，再单击“Close”。 3．定义材料属性：Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Modls，出现对话框，在“Material Models Available”下面的对话框中，双击打开“Structural>Linear>Elastic>Isotropic”，又出现一个对话框，输入弹性模量EX＝2e5，泊松比PRXY＝0，单击“OK”，单击“Materal>Exit”。 4．建立模型： 1）创建节点：依次单击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>In Active CS，在弹出对话框中，依次输入节点的编号1，节点坐标x＝0，y ＝0，然后单击“Apply”，输入节点编号2，节点坐标x＝450/2，y＝0，然后单击“Apply”，输入节点编号3，节点坐标x＝450，y＝0。单击“OK”。2）创建单元：依次单击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements >Auto Numbered>Thru Nodes，弹出拾取框，拾取节点1和2，2和3，单 击“OK”。 3）指定单元实常数：Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements> Elem Attributes，弹出对话框，设置TYPE为2，REAL为2，单击“OK”。4）创建单元：依次单击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements >Auto Numbered>Thru Nodes，弹出拾取框，拾取节点2，单击“OK”。 5 定义分析类型：Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis，弹出对话框，选择Trasiernt，单击“OK”，又弹出对话框，选择Reduced，单击“OK”。 6) 设置分析选项：Main Menu>Solution>Analysis Type>Analysis Options，弹出对话框，单击“OK”。
1、基本介绍 ANSYS的参数菜单包含Functions，即函数功能项，它包含两个子菜单项： 1）函数编辑器：Utility Menu>Parameters>Functions>Define/Edit； 2）函数加载器：Utility Menu>Parameters>Functions>Read from file； 对应于ANSYS函数编辑器，有几个专门的专用术语，需要首先了解和学习，它对理解函数编辑器的使用方法非常重要。主要包括： 1）Function:函数，即一系列的方程联立在一起用于定义一个高级边界条件； 2）Primary Variable:基本变量，也叫独立变量，在求解过程中需要计算和使用的变量； 3）Regime: 状态控制，根据状态控制变量的设计空间或运算范围划分为多个部分，每个部分就就是一个状态控制区间。状态控制区间是根据状态控制变量的上限和下限进行网格划分的，并且要求状态控制变量必须是连续变量，每个状态控制区间对应与一个独立方程用于定义函数关系； 4）Regime Variable: 状态控制变量，序列方程的定义变量，用于函数计算； 5）Equation Variable: 方程变量，在一个方程中用户采用的未知变量，当加载一个函数时会定义该变量的数值。 函数编辑器可用于定义方程和控制条件爱你，使用一组基本变量、方程变量和数学函数去建立方程，可以建立单个方程或一个函数，其中函数是由一系列方程联立组成，每个方程对应于一个特定的状态控制区间，最终用作函数边界条件施加到分析模型中。函数编辑器的工作界面像一个计算器，包括7个选项卡，分别是Function（函数定义）、Regime1（状态1）、Regime2（状态控制2）、Regime3（状态控制3）、Regime4（状态控制4）、Regime5（状态控制5）、Regime6（状态控制6）。函数编辑器工作界面如图1所示。 图1 函数加载器工作界面
ANSYS模态分析步骤 第1步：载入模型Plot>V olumes，输入/units，SI（即统一单位M/Kg/S）。若为组件，则进行布尔运算：Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue(或Add)>V olumes 第2步：指定分析标题/工作名/工作路径，并设置分析范畴 1 设置标题等Utility Menu>File>Change Title/ Change Jobname/ Change Directory 2 设置分析范畴Main Menu>Preference，单击Structure，OK 第3步：定义单元类型 Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，→Element Types对话框，单击Add→Library of Element Types对话框，选择Structural Solid，再右滚动栏选择Brick 20node 95，然后单击OK，单击Element Types对话框中的Close按钮就完成这项设置了。 第4步：指定材料性能 Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models→Define Material Model Behavior，右侧Structural>Linear>Elastic>Isotropic，指定弹性模量EX、泊松系数PRXY；Structural>Density指定密度。第5步：划分网格 Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool，出现MeshTool对话框，一般采用只能划分网格，点击SmartSize，下面可选择网格的相对大小，保留其他选项，单击Mesh出现Mesh V olumes对话框，其他保持不变单击Pick All，完成网格划分。当内存不足时，取消SmartSize 第6步：进入求解器并指定分析类型和选项 Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis，出现New Analysis对话框，选择Modal，OK。Main Menu>Solution> Analysis Type>Analysis Options，将出现Modal Analysis对话框，选中Subspace 模态提取法，在No. of modes to extract处输入相应的值（一般为5或10），单击OK，出现Subspace Model Analysis对话框，输入Start Freq值，即频率的起始值，其他保持不变（也可输入End Frequency，即输入频率范围；此时扩展模态仅在此范围内取值），单击OK。 第7步：施加边界条件 Main Menu>Solution>Define loads>Apply>Structural>Displacement，出现ApplyU，ROT on KPS对话框，选择在点、线或面上施加位移约束，单击OK会打开约束种类对话框，选择（All DOF，UX，UY，UZ）相应的约束，单击apply(多次选择)或OK即可。 第8步：指定要扩展的模态数 Main Menu>Solution>Load Step Opts>ExpansionPass>Single Expand>Expand Modes，出现Expand Modes对话框，在No. of modes to expand 处输入第6步相应的数字，单击OK即可。 注意：在第6步NMODE No. of modes to expand输入扩展模态数后，第8步可省略。 第9步：进行求解计算 Main Menu>Solution>Solve>Current LS。浏览在/STAT命令对话框中出现的信息，然后使用File>Close 关闭该对话框，单击OK。在出现警告（不一定有）“A check of your model data produced 1 Warning。Should the SOLV command be executed?”时单击Yes，求解过程结束后单击close。 第10步：列出固有频率 Main Menu>General Postproc>Results Summary。 第11步：动画显示模态形状 查看某阶模态的变形，先读入求解结果。执行Main Menu>General Postproc>Read results>first Set，然后执行1.Main Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shape，在弹出对话框中选择“Def+undefe edge”或执行 2.PlotCtrls>Animate>mode shape，出现对话框，左边滚动栏不变，在右边滚动栏选择“Def+undefe edge”，单击OK，可查看动画效果。如果需要看其他阶模态，执行Main Menu>General Postproc>Read results>Next Set，重复执行上述步骤即可。 第12步：结束分析SA VE_DB; Main Menu>Finish