ANSYS动力学分析报告
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ANSYS动力学分析汇总ANSYS动力学分析是一种用于研究和分析物体运动和受力的工程分析方法。
它可以帮助工程师和设计师理解和优化物体在运动过程中的性能和可靠性。
ANSYS软件提供了丰富的工具和功能,用于进行各种类型的动力学分析,包括刚体动力学、柔性体动力学、液体动力学等。
本文将对ANSYS动力学分析的基本原理和方法进行总结。
ANSYS动力学分析的基本原理是基于牛顿力学定律和动力学方程。
牛顿力学定律可以用来描述物体在受到力的作用下的运动状态。
动力学方程可以用来计算物体在运动过程中的加速度、速度和位移等参数。
在ANSYS 中,可以通过建立适当的模型和应用适当的边界条件来模拟物体的运动和受力情况,并使用动力学方程进行计算和分析。
在进行ANSYS动力学分析时,首先需要建立几何模型。
可以使用ANSYS的几何建模工具来绘制物体的几何形状,并定义其材料属性、边界条件等。
然后,需要定义物体的运动约束和受力条件。
运动约束可以用来限制物体的运动自由度,例如固定物体的特定点或轴。
受力条件可以用来模拟物体受到的外部力和力矩的作用,例如重力、摩擦力、碰撞力等。
在进行ANSYS动力学分析之前,需要定义问题的初始条件和边界条件。
初始条件是指物体在分析开始时的状态,例如初始位置、速度和加速度等。
边界条件是指物体与外界或其他物体之间的相互作用条件。
例如,在液体动力学分析中,可以定义物体与周围液体之间的流体力学条件,例如流速、压力和粘性等。
完成模型和条件的定义后,可以进行ANSYS动力学分析。
ANSYS提供了一系列求解器和分析工具,用于计算物体在运动过程中的运动和受力情况。
可以通过选择适当的求解器和设置计算参数来进行分析。
在分析过程中,可以观察物体的运动轨迹、变形情况、受力分布等变化,并根据需要进行结果的后处理和解读。
ANSYS动力学分析可以应用于多个领域和行业,例如机械工程、汽车工程、航空航天工程等。
它可以用于优化产品的设计和性能,预测物体的运动和受力情况,评估产品的可靠性和安全性等。
ANSYS动力学分析ANSYS(Analysis System)是由美国ANSYS公司开发的一款计算机辅助工程分析软件,广泛应用于工程领域的结构力学、流体力学、电磁场和热传导等方面的分析计算。
其中,动力学分析是ANSYS的一个重要模块,主要用于分析和模拟机械系统在动态载荷下的响应和行为。
动力学分析是通过模拟和分析物体的运动过程来揭示其受力和受弯的内部原因,以及预测其在不同动态载荷下的响应和行为。
通过对机械系统进行动力学分析,我们可以了解结构的强度和刚度,预测结构在运动过程中的变形和应力分布,并给出相应的改进和优化建议。
因此,动力学分析在新产品的设计改进、故障排查和现有结构评估等方面具有重要的应用价值。
动力学分析使用的数学模型主要基于牛顿力学原理,将机械系统简化为质量、刚度和阻尼等基本参数的集合。
通过在ANSYS中建立适当的几何模型和边界条件,可以通过施加合适的载荷或运动条件来模拟机械系统的运动过程。
在此基础上,ANSYS还提供了一系列强大的分析工具,如求解器、后处理和可视化工具等,使得用户可以全面、准确地分析和评估机械系统的动态响应。
在动力学分析中,常见的问题包括振动、冲击、疲劳和动态响应等。
振动分析研究结构在自身固有频率下的振动特性,包括固有频率、振型和模态质量等。
冲击分析一般用于模拟机械系统在外界冲击载荷下的响应,如撞击、爆炸等。
疲劳分析则研究结构在重复载荷作用下的寿命与损伤。
动态响应分析综合考虑质量、刚度和阻尼等因素,研究结构在动态载荷下的响应和行为。
ANSYS在动力学分析方面提供了多种分析方法和工具,包括模态分析、响应谱分析、频率响应分析、时程分析、非线性动力学分析等。
模态分析提供了机械系统的固有频率、振型和模态质量等信息,可以帮助优化结构的设计。
响应谱分析可根据外界地震激励谱进行分析,预测结构在地震等自然灾害发生时的抗震性能。
频率响应分析模拟了机械系统在受到调制频率载荷时的响应,包括位移、速度和加速度等。
ANSYS结构动力学分析ANSYS(Analysis System)是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件。
它可以用于解决多种工程问题,包括结构动力学分析。
结构动力学分析是研究结构物在外部载荷作用下的响应和行为的过程。
通过使用ANSYS进行结构动力学分析,可以更好地理解结构物的振动特性、响应状况和其对外部激励的耐受能力。
ANSYS结构动力学分析的基本原理是有限元分析。
有限元分析是一种将结构物划分为多个小单元,然后通过数学模型对这些单元进行计算的方法。
在结构动力学分析中,需要考虑结构物的材料特性、物理特性以及外部载荷的作用。
ANSYS提供了丰富的材料模型和边界条件设置,可以满足不同结构物的分析需求。
1.建立模型:首先需要根据实际结构物的几何形状和尺寸,在ANSYS中建立结构物的有限元模型。
可以通过几何建模工具进行模型构建,也可以导入CAD软件中的模型。
2.材料定义:根据结构物的实际材料特性,在ANSYS中定义材料属性。
可以选择已有材料库中的材料,也可以自定义材料特性。
3.网格划分:将结构物分割为小单元,即有限元网格。
网格划分的质量和密度对分析结果影响很大,需要根据结构物的特点进行合理划分。
4.条件加载:设置结构物的边界条件和加载条件。
边界条件包括约束条件和加载条件。
约束条件固定结构物的一些边界或节点,而加载条件是施加在结构物上的外部载荷。
5.求解器设置:选择适当的求解器来求解结构动力学问题。
ANSYS提供了多种求解器,包括静态求解器和动态求解器。
6.分析和评估:运行结构动力学分析,获得结构物在外部载荷下的响应结果。
可以通过动力响应、位移、应力、变形等指标来评估结构物的性能。
7.结果后处理:根据分析结果进行后处理,生成相应的报告和图形。
可以通过ANSYS提供的后处理工具进行结果可视化和数据分析。
ANSYS结构动力学分析在工程领域有着广泛的应用。
例如,可以用于评估建筑物、桥梁、风力发电机组等结构物的自然频率、模态形态和振动特性,从而进行设计优化和结构安全性评估。
ANSYS结构动力学分析解析结构动力学分析是研究结构在受到外力作用下的振动和响应情况。
在ANSYS中,结构动力学分析可以用于预测结构在振动或冲击载荷下的响应情况,进一步了解结构的强度和稳定性。
在这种分析中,结构通常被建模为弹性体,可以考虑材料的非线性性能和几何形状的复杂性。
要进行结构动力学分析,首先需要建立结构的有限元模型。
在ANSYS 中,可以使用多种方法进行建模,包括直接建模、利用CAD软件导入几何模型、导入现有的有限元模型等。
建模的关键是准确描述结构的几何形状、材料属性、约束条件等。
在建立了结构的有限元模型之后,就可以定义载荷和边界条件。
在结构动力学分析中,载荷通常包括外力和初始条件。
外力可以是静力或动力加载,可以通过施加比例和非比例的负载,来模拟不同的工况。
初始条件包括结构的初始位移、速度和加速度等。
通过定义这些载荷和边界条件,可以模拟出结构在不同工况下的运动和响应。
完成载荷和边界条件的定义后,就可以进行结构动力学分析了。
在ANSYS中,可以选择多种求解方法,包括模态分析、频率响应分析和时程分析等。
模态分析是结构动力学分析的基础,可以得到结构的固有频率、振型和模态质量等信息。
频率响应分析是针对特定的激励频率进行的分析,可以得到结构的频率响应函数和响应谱等信息。
时程分析是根据实际的载荷时间历程进行的分析,可以得到结构在时间上的响应情况。
在进行结构动力学分析时,需要对结果进行后处理和分析。
ANSYS提供了丰富的后处理工具,可以对结构的位移、应力、应变、振动模态等进行可视化和统计分析。
可以通过这些分析结果,进一步评估结构的强度、稳定性和可靠性等。
总之,ANSYS提供了强大的结构动力学分析解析方案,可用于预测结构在振动和冲击载荷下的响应情况。
通过建立有限元模型、定义载荷和边界条件、进行求解和后处理,可以对结构的运动和响应进行深入分析和评估。
这些分析结果对于设计优化、故障诊断和结构安全评估等方面具有重要意义。
ANSYS/FLOTRAN流体动力学分析
使用ANSYSFLOTRAN进行流体动力学分析时,首先需要建立一个几何模型。
可以使用ANSYS的几何建模工具或其他CAD软件进行建模,并将几何模型导入到FLOTRAN中。
然后,需要定义流体材料属性、边界条件和初始条件。
可以选择不同的材料模型,如理想气体、压缩流体或多相流体,并指定相应的物理参数。
边界条件定义了流体流动的入口和出口条件,例如速度、压力或温度。
初始条件是指流体的初始状态,包括速度、压力和温度。
在建立完几何模型和定义边界条件后,可以进行网格生成。
网格的质量对计算结果的准确性和稳定性至关重要,因此需要根据具体问题进行调整。
ANSYSFLOTRAN提供了丰富的网格生成工具,并支持结构化和非结构化网格。
完成网格生成后,可以设置求解器参数并开始求解。
ANSYSFLOTRAN 使用数值方法离散化方程,并通过迭代求解获得流动场的数值解。
求解器可以自动适应计算速度和精度,并提供详细的收敛信息。
求解完成后,可以进行后处理分析。
ANSYSFLOTRAN提供了多种后处理工具,如流线、压力和温度分布图、剪切应力等。
此外,还可以对结果进行比较和优化,以寻找最佳设计方案。
总之,ANSYSFLOTRAN是一种强大的流体动力学分析工具,可用于模拟和分析各种流体流动问题。
它提供了丰富的功能和工具,帮助工程师更好地理解和优化流体流动的行为。
ANSYS动力分析动力分析是指利用ANSYS软件进行物体的动力学分析。
动力学分析是一种通过分析物体所受的力以及物体内部的应力和位移等参数,来研究物体在运动过程中的行为的方法。
在进行动力学分析之前,需要先对物体进行建模和网格划分。
在ANSYS软件中,可以使用不同的建模工具来绘制模型,如实体建模工具、面片建模工具等,然后使用网格划分工具将模型划分为有限元网格。
有限元网格是动力学分析的基础,通过在网格单元上建立方程组,并对其进行离散化,可以得到物体在动力学分析过程中对应的位移、速度和加速度等信息。
在进行动力学分析时,需要先定义物体所受的外力。
外力可以分为静力和动力两种。
静力是指不随时间变化的力,如重力、约束力等。
动力是指随时间变化的力,如冲击力、振荡力等。
外力可以通过加载和施加相应的约束来定义。
在动力学分析过程中,可以通过求解物体上的运动方程来获得物体的位移、速度和加速度等信息。
根据牛顿第二定律,可以得到物体的运动方程:F=m*a,其中F为物体所受的力,m为物体的质量,a为物体的加速度。
通过求解运动方程,可以得到物体在动力学分析过程中的运动情况。
动力学分析可以用于多种应用场景,如汽车碰撞分析、风力发电机械分析、飞机结构分析等。
在汽车碰撞分析中,可以通过动力学分析来模拟汽车在碰撞过程中的行为,如车辆的变形情况、车辆上乘员的受力情况等。
在风力发电机械分析中,可以通过动力学分析来模拟风力发电机械在风力作用下的运动情况,如叶轮的转速、齿轮的受力情况等。
在飞机结构分析中,可以通过动力学分析来模拟飞机在起飞、着陆等过程中的变形和受力情况,从而评估飞机结构的稳定性和安全性。
动力学分析在工程设计和科学研究中有着广泛的应用。
通过动力学分析,可以预测物体在运动过程中的变形和破坏情况,从而指导工程设计和制造过程。
此外,动力学分析还可以用来验证理论模型和进行参数敏感性分析,从而改进和优化设计方案。
总之,ANSYS动力学分析是一种通过分析物体所受的力以及物体内部的应力和位移等参数,来研究物体在运动过程中的行为的方法。
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.模态分析的步骤模态分析过程由4个主要步骤组成,即建模、加载和求解、扩展模态,以及查看结果和后处理。
(1)建模。
指定项目名和分析标题,然后用前处理器PREP7定义单元类型、单元实常数、材料性质及几何模型。
必须指定杨氏模量EX(或某种形式的刚度)和密度DENS(或某种形式的质量),材料性质可以是线性或非线性、各向同性或正交各向异性,以及恒定或与温度有关的,非线性特性将被忽略。
(2)加载及求解。
在这个步骤中要定义分析类型和分析选项,施加载荷,指定加载阶段选项,并进行固频率的有限元求解。
在得到初始解后,应对模态进行扩展以供查看。
ANSYS提供的用于模态分析的选项如下。
•New Analysis[ANTYPE]:选择新的分析类型。
•Analysis Type:Modal[ANTYPE]:指定分析类型为模态分析。
•Mode Extraction Method [MODOPT]:可选模态提取方法如下。
Block Lanczo smethod(默认):分块的兰索斯法,它适用于大型对称特征值求解问题,比子空间法具有更快的收敛速度;Subspace method:子空间法,适用于大型对称特征值问题;Power Dynamics method:适用于非常大的模型(100 000个自由度以上)及求解结构的前几阶模态,以了解结构如何响应的情形。
该方法采用集中质量阵(LUMPM,ON);Reduced(Householder)method:使用减缩的系统矩阵求解,速度快。
但由于减缩质量矩阵识近似矩阵,所以相应精度较低;Unsymmetric method:用于系统矩阵为非对称矩阵的问题,例如流体—结构相同作用;Damped method:用于阻尼不可忽略的问题;QR Damped method:采用减缩的阻尼阵计算复杂阻尼问题,所以比Damped method方法有更快的计算速度和更好的计算效率。
•Number of Modes to Extract[MODOPT]:除Reduced方法外的所有模态提取方法都必须设置该选项。
•Number of Modes to Expand[MXPAND]:仅在采用Reduced、Unsymmetric和Damped方法时要求设置该选项。
但如果需要得到单元的求解结果,则不论采用何种模态提取方法需要得到单元的求解结果,则不论采用何种模态提取方法都需选择Calculate elem results复选框。
•Mass Matrix Formulation[LUMPML]:使用该选项可以选定采用默认的质量矩阵形成方式(和单元类型有关)或集中质量阵近似方式,建议在大多数情况下应采用默认形成方式。
但对有些包含薄膜结构的问题,如细长梁或非常薄的壳,采用集中质量矩阵近似经常产生较好的结果。
另外,采用集中质量阵求解时间短,需要内存少。
•Prestress Effects Calculation [PSTRES]:选用该选项可以计算有预应力结构的模态。
默认的分析过程不包括预应力,即结构是处于无应力状态的。
完成模态分析选项(Modal Analysis Option)对话框中的选择后,单击按钮。
一个相应于指定的模态提取方法的对话框将会出项。
对话框中给出如下选择域的组合。
•FREQB,FREQE:指定模态提取的频率范围,大多数情况无需设置。
•PRMODE:要输出的减缩模态数,只对Reduced方法有效。
•Nrmkey:关于振型归一化的设置,可选择相对于质量矩阵[M]或单位矩阵[I]进行归一化处理。
•RIGID:设置提取对已知有刚体运动结构进行子空间迭代分析时的零频模态,只对Subspace和Power Dynamics法有效。
•SUBOPT:指定多种子空间迭代选项,只对Subspace和PowerDynamics方法有效。
•CEkey:指定处理约束方程的方法,只对Block Lanczos方法有效。
(3)定义自由度。
使用Reduced模态提取法时要求定义自由度:GUI:Main Menu>Solution>Master DOFs>-user Selected-Define。
命令:M。
(4)在模型上加载荷。
在典型的模态分析中惟一有效的“载荷”是零位移约束,如果在某个DOF处指定了一个非零位移约束,则以零位移约束替代该DOF处的设置。
可以施加除位移约束之外的其他载荷,但它们将被忽略。
在未加约束的方向上,程序将解算刚体运动(零频)及高频(非零频)自由体模态。
载荷可以加在实体模型(点,线和面)上或加在有限元模型(点和单元)上。
(5)指定载荷步选项。
模态分析中可用的载荷步选项见表5-1。
阻尼只在用Damped模态提取法时有效,在其他模态提取法中将被忽略。
如果包含阻尼,且采用Damped模态提取法,则计算特征值时复数解。
表5-1 模态分析中可用的载荷步选项(6)开始求解计算。
GUI:Main Menu>Solution>-Solve-Current LS。
命令:SOLVE。
求解器的输出内容主要为写到输出文件及Jobnarne.mode振型文件中的固有频率,也可以包含减缩的振型和参与因子表,这取决于设置的分析选项的输出控制。
由于振型现在尚未写到数据库或结果文件中,因此还不能对结果进行后处理。
如果采用Subspace模态提取法,则输出内容中可能包括警告:STURM number=n should be m。
其中n和m为整数,表示某阶模态被漏掉或第m阶和第n阶模态的频率相同,而要求输出的只有第m阶模态。
如果采用Dmaped模态提取方法,求得的特征值和特征向量将是复数解。
特征值的虚部代表固有频率,实部为系统稳定性的量度。
(7)退出SOLUTION。
GUI:Main Menu>Finish。
命令:FINISH。
3.扩展模态从严格意义上来说,扩展意味着将减缩解扩展到完整的DOF集上;而缩减解常用主DOF 表达。
在模态分析中扩展指将振型写入结果文件,即扩展模态适用于Reduced模态提取方法得到的减缩振型和使用其他模态提取方法得到的完整振型。
因此如果需要在后处理器中查看振型,必须先将振型写入结果文件。
模态扩展要求振型Jobname.mode、Jobname.emat、Jobname.esav及Jobname.tri文件(如果采用Reduced方法)必须存在且数据库中必须包含和结算模态时所用模型相同的分析模型。
扩展模态的操作步骤如下。
(1)进入ANSYS求解器,可采用如下命令。
GUI:Main Menu>Solution。
命令:/SOLU。
在扩展处理前必须退出求解并重新进入(/SOLU)。
(2)激活扩展处理及相关选项(如表5-2所示)。
表5-2 扩展处理选项•Expansion Pass On/Off [EXPASS]:选择ON (打开)。
•Number of Modes to Expand [MXPAND,NMODE]:指定要扩展的模态数。
记住,只有经过扩展的模态可在后处理中查看。
默认为不进行模态扩展。
•Frequency Range for Expansion [MXPAND,,FREQB,FREQE]:这是另一种控制要扩展模态数的方法。
如果指定一个频率范围,那么只有该频率范围内的模态会被扩展。
•Stress Calculations On/Off [MXPAND,,,, Elcalc]:是否计算应力,默认为不计算。
模态分析中的应力并不代表结构中的实际应力,而只是给出一个各阶模态之间相对应力分布的概念。
(3)指定载荷步选项,模态扩展处理中惟一有效的选项是输出控制。
GUI:Main Menu>Solution>Load Step >Output Ctrls>DB/Results File。
命令:OUTRES。
(4)开始扩展处理,扩展处理的输出包括已扩展的振型,而且还可以要求包含各阶模态相对应的应力分布。
GUI:Main Menu>Solution>Current LS。
命令:SOLVE。
(5)如须扩展另外的模态(如不同频率范围的模态)重复步骤(2)~(4),每次扩展处理的结果文件中保存为单步的载荷步。
(6)退山SOLUTION,可以在后处理器中查看结果。
GUI:Main Menu>Finish。
命令:FINISH。
4.查看结果和后处理模态分析的结果(即扩展模态处理的结果)写入结构分析Jobname.rst文件中,其中包括固有频率、己扩展的振型和相对应力和力分布(如果要求输出)可以在普通后处理器(/POST1)中查看模态分析结果。
查看结果数据包括读入合适子步的结果数据。
每阶模态在结果文件中保存为一个单独的子步。
如扩展了6阶模态,结果文件中将有6个子步组成的一个载荷步。