ANSYS刚柔混合多体动力学分析技术

本文主要介绍使用SolidWorks、HyperMesh、ANSYS和ADAMS软件进行刚柔耦合动力学分析的主要步骤。

一、几何建模在SolidWorks中建立几何模型，将模型调整到合适的姿态，保存。

此模型的姿态不要改动，否则以后的MNF文件导入到ADAMS中装配起来麻烦。

二、ADAMS动力学仿真分析将模型导入到ADAMS中进行动力学仿真分析。

为了方便三维模型的建立，SolidWorks中是将每个零件单独进行建模然后在装配模块中进行装配。

这一特点导致三维模型导入到ADAMS软件后，每一个零件都是一个独立的part，由于工作装置三维模型比较复杂，因此part数目也就相应的比较多，这样就对仿真分析的进行产生不利影响。

下面总结一下从三维建模软件SolidWorks导入到ADAMS中进行机构动力学仿真的要点。

（1）首先在SolidWorks中得到装配体。

（2）分析该装配体中，至U底有几个构件。

（3）分别隐藏其他构件而只保留一个构件，并把该构件导出为*.x_t格式文件。

（4）在ADAMS中依次导入各个*.x_t文件，并注意是用part的形式导入的。

（5）对各个构件重命名，并给定颜色，设置其质量属性。

（6）对于产生相对运动的地方，建议先在此处创建一个marker,以方便后面的操作。

否则，三维模型进入ADAMS后，线条繁多，在创建运动副的时候很难找到对应的点。

部件的导入如下图1所示：图1文件输入File Type 选择Parasolid;File To Read找到相应的模型；将Model Name 切换到Part Name,然后在输入框中右击，一次单击part宀create然后在弹出的新窗口中设置相应的Part Name,然后单击OK宀0K。

将一个部件导入，重复以上步骤将部件依次导入。

这里输入的技巧是将部件名称按顺序排列，如zpt_1、zpt_2、zpt_3.,然后在图1中只需将zpt_1改为zpt_2、将PART_1改为PART_2即可。

ANSYS 动力学分析指南目 录第1章 模态分析 (1)§1.1 模态分析的定义及其应用 (1)§1.2 模态分析中用到的命令 (1)§1.3 模态提取方法 (1)§1.3.1 分块Lanczos法 (2)§1.3.2 子空间法 (3)§1.3.3 PowerDynamics法 (3)§1.3.4 缩减法 (3)§1.3.5 非对称法 (3)§1.3.6 阻尼法 (4)§1.3.7 QR阻尼法 (4)§1.4 矩阵缩减技术和主自由度选择准则 (5)§1.4.1矩阵缩减 技术 (5)§1.4.2人工选择主自由度的准则 (5)§1.4.3程序选择主自由度的要点 (7)§1.5 模态分析过程 (7)§1.6 建模 (7)§1.7 加载及求解 (8)§1.7.1 进入ANSYS求解器 (8)§1.7.2 指定分析类型和分析选项 (8)§1.7.3 定义主自由度 (10)§1.7.4 在模型上加载荷 (11)§1.7.5 指定载荷步选项 (12)§1.7.6 参与系数表输出 (12)§1.7.7 求解 (13)§1.7.8 退出求解器 (14)§1.8 扩展模态 (14)§1.8.1 注意要点 (14)§1.8.2 扩展模态 (14)§1.9观察结果 (16)§1.9.1 注意要点 (16)§1.9.2 观察结果数据的过程 (16)§1.9.3 选项：列表显示所有频率 (17)§1.9.4 选项：图形显示变形 (17)§1.9.5 选项：列表显示主自由度 (17)§1.9.6 选项：线单元结果 (17)§1.9.7 选项：等值图显示结果项 (18)§1.9.9 选项：列表显示结果项 (18)§1.9.10 其它功能 (18)§1.10 有预应力模态分析 (18)§1.11 大变形预应力模态分析 (19)§1.12 循环对称结构的模态分析 (20)§1.12.1 基本扇区 (20)§1.12.2 节径 (20)§1.12.3 标准（无应力）循环对称结构模态分析 过程 (21)§1.12.4 有预应力循环对称结构模态分析 (24)§1. 13 模态分析实例 (25)§1.13.1飞机机翼模态分析实例 (25)§1.13.2 循环对称结构模态分析实例－简化齿轮的模态分析 (31)§1.13.3 其它模态分析实例的出处 (38)第2章 谐响应分析 (40)§2.1谐响应分析 的定义与应用 (40)§2.2谐响应分析中用到的命令 (40)§2.3三种求解方法 (40)§2.3.1完全法 (41)§2.3.2缩减法 (41)§2.3.3模态叠加法 (41)§2.3.4三种方法共同的局限性 (42)§2.4完全法谐响应分析 (42)§2.4.1完全法谐响应分析过程 (42)§2.4.2建模 (42)§2.4.3加载并求解 (42)§2.4.4观察结果 (49)§2.5缩减法谐响应分析 (51)§2.5.1加载并求得缩减解 (52)§2.5.2观察缩减法求解的结果 (53)§2.5.3扩展解（扩展过程） (53)§2.5.4观察已扩展解的结果 (55)§2.5.5典型的缩减法谐响应分析命令流 (56)§2.6模态叠加法谐响应分析 (57)§2.6.1获取模态分析解 (57)§2.6.2获取模态叠加法谐响应解 (58)§2.6.3扩展模态叠加解 (59)§2.6.4观察结果 (59)§2.6.5典型的模态叠加法谐响应分析命令流 (59)§2.7有预应力的完全法谐响应分析 (61)§2.7.1 有预应力的完全法谐响应分析 (61)§2.7.2有预应力的缩减法谐响应分析 (61)§2.7.3有预应力的模态叠加法谐响应分析 (61)§2.8谐响应分析实例 (61)§2.8.1“工作台-电动机”系统谐响应分析 (62)§2.8.2有预应力的吉他弦的谐响应 (66)§2.8.3其它谐响应分析实例的出处 (73)第3章 瞬态动力学分析 (74)§3.1 瞬态动力学分析的定义 (74)§3.2 学习瞬态动力学的预备工作 (74)§3.3 三种求解方法 (74)§3.3.1 完全法 (75)§3.3.2 模态叠加法 (75)§3.3.3 缩减法 (75)§3.4 完全法瞬态动力学分析 (76)§3.4.1 建造模 型 (76)§3.4.2 建立初始条件 (77)§3.4.3 设置求解控制 (79)§3.4.4 设置其他求解选项 (82)§3.4.5 施加载荷 (84)§3.4.6 存储当前载荷步的载荷配置 (84)§3.4.7 针对每个载荷步重复§3.4.3-6 (85)§3.4.8 存储数据库备份文件 (85)§3.4.9 开始瞬态求解 (85)§3.4.10 退出求解器 (86)§3.4.11 观察结果 (86)§3.4.12 完全法瞬态分析的典型命令流 (87)§3.5 模态叠加法瞬态动力分析 (89)§3.5.1 建造模型 (89)§3.5.2 获取模态解 (89)§3.5.3 获取模态叠加法瞬态分析解 (90)§3.5.4 扩展模态叠加解 (93)§3.5.5 观察结果 (94)§3.5.6 模态叠加法瞬态分析的典型命令流 (94)§3.6 缩减法瞬态动力学分析 过程 (95)§3.6.1 获取缩减解 (96)§3.6.2 观察缩减法求解的结果 (100)§3.6.3 扩展解（扩展处理） (100)§3.6.4 观察已扩展解的结果 (102)§3.7 有预应力瞬态动力学分析 (103)§3.7.1 有预应力的完全法瞬态动力学分析 (103)§3.7.2 有预应力的模态叠加法瞬态动力学分析 (103)§3.7.3 有预应力的缩减法瞬态动力学分析 (103)§3.8 瞬态分析的关键技术细节 (104)§3.8.1 积分时间步长选取准则 (104)§3.8.2 自动时间步长 (106)§3.8.3 阻尼 (106)§3.9 瞬态动力学分析实例 (109)§3.9.1 瞬态完全法分析板-梁结构实例 (109)§3.9.2 瞬态缩减法分析简支梁－质量系统实例 (114)§3.9.3 瞬态模态叠加法分析板-梁结构实例 (119)§3.9.4 其它的分析实例的出处 (124)第4章 谱分析 (125)§4.1 谱分析的定义 (125)§4.2 什么是谱 (125)§4.2.1 响应谱分析 (125)§4.2.2 动力设计分析方法 (126)§4.2.3 功率谱密度 (126)§4.2.4 确定性分析与概率分析 (126)§4.3 谱分析使用的命令 (126)§4.4 单点响应谱(SPRS)分析步骤 (126)§4.4.1 建造模型 (127)§4.4.2 获得模态解 (127)§4.4.3 获得谱解 (127)§4.4.4 扩展模态 (129)§4.4.5 合并模态 (130)§4.4.6 观察结果 (132)§4.4.7 典型的单点响应谱分析命令流 (133)§4.5 随机振动(PSD)分析步骤 (134)§4.5.1 扩展模态 (135)§4.5.2 获得谱解 (135)§4.5.3 合并模态 (138)§4.5.4 观察结果 (139)§4.5.5 典型的PSD分析命令流 (141)§4.6 随机振动分析结果应用 (143)§4.6.1 随机振动结果与失效计算 (143)§4.6.2 随机疲劳失效 (144)§4.7 DDAM（动力设计分析方法）谱分析 (146)§4.8 多点响应谱（MPRS）分析 (146)§4.9 谱分析的实例（GUI命令流和批处理） (147)§4.9.1 单点响应谱分析的算例 (147)§4.9.2 多点响应谱分析的算例 (153)§4.9.3 随机振动和随机疲劳分析算例 (156)§4.9.4 谱分析的其他例题 (165)第1章 模态分析§1.1 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。

这个例子如下图所示，是一个曲柄摇杆机构。

左边是曲柄，右边是摇杆，中间是连杆，所有连接的地方都是转动副。

现在曲柄与地面的转动副上施加一个匀加速转动，而在摇杆与地面的转动副之间施加一个反向的力偶。

曲柄和摇杆都是刚体，而中间的连杆是柔性体。

现在想考察在机构转动1秒以后，连杆上的应力分布及位移。

由于连杆是柔性体，而曲柄和摇杆是刚体，所以这是一个刚柔耦合仿真问题。

要完成这个刚柔耦合仿真，需要经历如下步骤。

1.使用SOLIDWORKS创建四杆机构并装配使用SOLIDWORKS创建三根杆件，并在两端钻孔，然后使用轴对齐的方式进行装配。

为了简化起见，这里没有创建连接的销钉。

所以只有三根杆件。

装配完毕以后，导出为*.x_t格式。

2.在AWB中创建瞬态动力学分析刚柔耦合动力学仿真要在瞬态动力学分析中进行，如下图。

3.导入模型把前面的几何装配体导入到geometry单元格中，如下图。

4.设置杆件的属性曲柄和摇杆都设置为刚体。

连杆设置为柔性体。

5.设置运动副在曲柄-地面；摇杆-地面之间设置转动副。

使用如下工具栏。

在曲柄-连杆；连杆-摇杆之间设置转动副，使用如下工具栏。

6.划分网格7.设置分析选项这里仅仅是一个示意，最简单的设置。

仿真1秒，随便给一些时间步，打开大变形开关。

8.给原动件施加角加速度给曲柄-地面之间的转动副施加角加速度。

9.给从动件施加反向力偶给摇杆-地面之间的转动副施加反向力偶。

10.求解开始求解。

大概2分钟左右，计算结束。

11.查看连杆的应力12.查看总体位移动画13.结束。

A N S Y S刚体运动学分析详解LELE was finally revised on the morning of December 16, 2020刚体运动学分析一、前处理1.创建分析项目双击主界面Toolbox中的Analysis System>Rigid Dynamics（刚体动力学）选项，在项目管理区创建分析项目A，如图所示。

2.定义材料数据1)双击项目A中的A2栏Engineering Data项，进入材料参数设置界面，在该界面下即可进行材料参数设置。

2)根据实际工程材料的特性，在Properties of Outline Row 2: Structure Steel表中可以修改材料的特性。

3)关闭A2:Engineering Data，返回到Workbench主界面，材料库添加完毕。

3.添加几何模型1)在A2栏的Geometry上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Import Geometry>Browse，此时会弹出“打开”对话框。

2)在弹出的对话框中选择文件路径，导入chap16几何体文件，此时A2栏Geometry后的？变为√，表示实体模型已经存在。

3)单击DM（DesignModeler）界面右上角的“关闭”按钮退出DM，返回到Workbench主界面。

4. 定义零件行为1)双击主界面项目管理区项目A中的A3栏Model项，进入Mechanical界面，在该界面下即可进行网格的划分、分析设置、结果查看等操作。

2)选择Mechanical界面左侧Outline树结构图中Geometry选项下的所有Solid，在Details of “Solid”中确保所有的Solid对象的Stiffness Behavior（刚度特性）均为Rigid（刚性），如图所示。

5.设置连接1)查看是否生成了Contact接触，如存在，则全部删除，如图所示。

2)选择Mechanical界面左侧Outline树结构图中的Connections对象，然后在工具箱中选择Body-Ground>Revolute，此时树结构图中出现Revolute对象。

.第一章模态分析§1.1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产品家族中的模态分析是一个线性分析。

任非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。

ANSYS提供了七种模态提取法，它们分别是子空间法、分块Lanczos法、PowerDynamics 法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法。

阻尼法和QR阻尼法允在结构中存在阻尼。

后面将详细介绍模态提取法。

§1.2模态分析中用到的命令模态分析使用所有其它分析类型相同的命令来建模和进行分析。

同样，无论进行种类型的分析，均可从用户图形界面（GUI）上选择等效于命令的菜单选项来建模和求解问题。

后面的“模态分析实例（命令流或批处理式）”将给出进行该实例模态分析时要输入的命令（手工或以批处理式运行ANSYS时）。

而“模态分析实例（GUI式）”则给出了以从ANSYS GUI中选择菜单选项式进行同一实例分析的步骤。

（要想了解如使用命令和GUI选项建模，请参阅<<ANSYS建模与网格指南>>）。

<<ANSYS命令参考手册>>中有更详细的按字母顺序列出的ANSYS命令说明。

§1.3模态提取法典型的无阻尼模态分析求解的基本程是经典的特征值问题：其中：=刚度矩阵,=第阶模态的振型向量（特征向量）,=第阶模态的固有频率（是特征值）,=质量矩阵。

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。

第一章模态分析§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产品家族中的模态分析是一个线性分析。

任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。

ANSYS提供了七种模态提取方法，它们分别是子空间法、分块Lanczos法、PowerDynamics法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法。

阻尼法和QR阻尼法允许在结构中存在阻尼。

后面将详细介绍模态提取方法。

§模态分析中用到的命令模态分析使用所有其它分析类型相同的命令来建模和进行分析。

同样，无论进行何种类型的分析，均可从用户图形界面（GUI）上选择等效于命令的菜单选项来建模和求解问题。

后面的“模态分析实例（命令流或批处理方式）”将给出进行该实例模态分析时要输入的命令（手工或以批处理方式运行ANSYS时）。

而“模态分析实例（GUI方式）” 则给出了以从ANSYS GUI中选择菜单选项方式进行同一实例分析的步骤。

（要想了解如何使用命令和GUI选项建模，请参阅<<ANSYS建模与网格指南>>）。

<<ANSYS 命令参考手册>>中有更详细的按字母顺序列出的ANSYS命令说明。

§模态提取方法典型的无阻尼模态分析求解的基本方程是经典的特征值问题：其中：=刚度矩阵,=第阶模态的振型向量（特征向量）,=第阶模态的固有频率（是特征值）,=质量矩阵。

第一章模态分析§1.1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产品家族中的模态分析是一个线性分析。

任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。

ANSYS提供了七种模态提取方法，它们分别是子空间法、分块Lanczos法、PowerDynamics法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法。

阻尼法和QR阻尼法允许在结构中存在阻尼。

后面将详细介绍模态提取方法。

§1.2模态分析中用到的命令模态分析使用所有其它分析类型相同的命令来建模和进行分析。

同样，无论进行何种类型的分析，均可从用户图形界面（GUI）上选择等效于命令的菜单选项来建模和求解问题。

后面的“模态分析实例（命令流或批处理方式）”将给出进行该实例模态分析时要输入的命令（手工或以批处理方式运行ANSYS时）。

而“模态分析实例（GUI方式）” 则给出了以从ANSYS GUI中选择菜单选项方式进行同一实例分析的步骤。

（要想了解如何使用命令和GUI选项建模，请参阅<<ANSYS建模与网格指南>>）。

<<ANSYS命令参考手册>>中有更详细的按字母顺序列出的ANSYS命令说明。

§1.3模态提取方法典型的无阻尼模态分析求解的基本方程是经典的特征值问题：其中：=刚度矩阵,=第阶模态的振型向量（特征向量）,=第阶模态的固有频率（是特征值）,=质量矩阵。

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它除了提供全面的结构、热、压电、声学、以及耦合场等分析功能外，还创造性地实现了与ANSYS新一代计算流体动力学分析程序CFX的任意双向流固耦合计算。

完整的分析功能、先进的仿真技术、独特的易学易用性等是它的最主要特色。

ANSYS Mechanical——集功能完整性、技术先进性与易学易用性于一体的高端通用机械分析程序集功能完整性、技术先进性与易学易用性于一体的高端通用机械分析程序镍钛形状记忆合金材料模拟索膜找形分析橡胶护套分析线面接触弹簧模拟白车身的模态分析发动机叶盘循环对称模态分析利用模态综合法进行飞机整机模态分析悬架刚柔混合动力分析双体船波浪冲击分析多转子临界转速计算Campbell 图储油罐固液耦合地震响应分析（象腿现象）弹射座椅瞬态冲击响应■ 非线性分析● 几何非线性● 材料非线性● 接触非线性● 单元非线性■ 动力学分析● 模态分析- 自然模态- 预应力模态- 阻尼复模态- 循环模态- 模态综合法● 瞬态分析- 非线性全瞬态- 线性模态叠加法● 谐响应分析● 响应谱分析- 单点谱- 多点谱● 随机振动● 转子动力学- 临界转速- 不平衡响应- 稳定性- 2d 或平面单元的陀螺效应；● 多刚体、多柔体动力学■叠层复合材料■屈曲分析航天蒙皮板承受极限压力载荷考虑时效特征的复合材料板屈曲分析4层复合材料层间失效模拟加筋板复合材料屈曲分析VLCC极限承载能力分析薄膜的褶皱分析油桶的后屈曲分析●非线性叠层壳单元●高阶叠层实体单元●单元特征- 初应力- 层间剪应力- 温度相关的材料属性- 应力梯度跟踪- 中面偏置● Tsai-Wu失效准则●图形化- 图形化定义材料截面- 3D方式察看板壳结果- 逐层查看纤维排布- 逐层查看分析结果●线性屈曲分析●非线性屈曲分析●后屈曲分析●循环对称屈曲分析集功能完整性、技术先进性与易学易用性于一体的高端通用机械分析程序■ 断裂力学分析● 应力强度因子计算● J 积分计算● 能量释放率计算■ 大题化小● P 单元技术● 子结构分析技术● 子模型分析技术船体模型大题化小■ 热分析● 稳态、瞬态● 传导、对流、辐射● 相变（热焓）● 流体单元● 非线性- 材料特性与温度相关- 表面热交换系数与温度相关- 面面接触传热- 单元生死BGA电子封装瞬态热分析裂纹扩展区域预测初始缺陷引起的裂纹扩展坝体浇筑过程的热分 雷达发射机冷板热分析摩擦生热相互辐射热流量橡胶密炼室温度场分布发动机热冲击■耦合分析●热-结构耦合分析●热-电分析●静流体-结构完全耦合●声场分析，声-结构耦合分析- 近/远场模拟- 模态、谐响应、瞬态分析●压电分析- 电激励、机械激励- 模态、谐响应、瞬态分析■设计优化●优化算法- 子空间迭代法- 一阶法●多种辅助工具- 随机搜索法- 等步长搜索法- 乘子计算法- 最优梯度法- 设计灵敏度分析●拓扑优化●变分优化技术发声器周围声压分布电解铝设备温度场分析采用直接耦合法一次计算到焊接过程中的温度、应力分布压电材料MEMS谐振器通过施加电压改变谐振频率ANSYS与CFX双向瞬态流-固-热直接耦合分析结构尺寸对应力影响的响应图开孔的位置作为优化参数响应参数蜘蛛网图拓扑优化200个优化参数采用变分优化技术后，计算时间由两周缩减到两个小时集功能完整性、技术先进性与易学易用性于一体的高端通用机械分析程序■ 概率设计系统(PDS)● 十种概率输入参数● 考虑参数的相关性● 两种概率计算方法- 蒙特卡罗法直接抽样Latin Hyper cube 抽样- 响应面法中心合成Box-Behnken 设计● 支持分布式并行计算● 可视化概率设计结果- 输出响应参数的离散程度Statistics Histogram Sample Diagram- 输出参数的失效概率Cumulative Function Probabilities- 离散性灵敏度Sensitivities Scatter DiagramResponse Surface结果离散图灵敏度的直方图与饼图■ 二次开发特征● ANSYS 参数化设计语言(APDL)● 用户可编程特性（UPF ） ● 用户界面设计语言(UIDL)● 专用界面开发工具（TCL/TK ）● 外部命令● 面向对象编程语言(SDK)广州日立自动扶梯专用分析系统■ 求解器● 迭代求解器- 分布式预条件共轭梯度(DPCG)- 分布式雅可比共轭梯度 (DJCG)- 非完全共轭梯度(ICCG)● 直接求解器- 稀疏矩阵- 波前求解器● 特征值- 分块 Lanczos 法- 子空间法- 凝聚法- QR 阻尼法(阻尼特征值)- 非对称法- LANPCG- 超节点法（SNODE ）● VT 求解加速技术- 减少迭代的次数- 对于初次求解可以加快2至5倍- 对于参数的改变（如尺寸、材料、载荷等）可以加快3至10倍采用VT 求解加速技术后，求解时间加快了2.9倍PCG 求解器速度随CPU 数量增加，求解速度基本线性加快悬架动力分析(2.5千万DOF)■ 并行求解器● 分布式并行求解器- 自动将大型问题拆分为多个子域，分发给分布式结构并行机群的不同CPU （或节点）求解- 支持不限CPU 数量的共享式并行机或机群- 求解效率与CPU个数呈线性提高气动载荷作用下飞机整机强度分析集功能完整性、技术先进性与易学易用性于一体的高端通用机械分析程序● 代数多重网格求解器- 支持多达8个CPU 的共享式并行机- CPU 每增加一倍，求解速度提高80%-对病态矩阵的处理性能优越将模型分为多个区域，分配给不同的机器计算随着有限元算法理论、计算机硬件和软件技术的进步和实际工业需求的提高，现代CAE 技术的应用已逐步由以线性模拟为主向以非线性模拟为主快速发展。

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。