瞬态动力学

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：M KJ+ C KJ+ K K}= F （t）}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。

表16-2常用的分析类型和分析选项 Full （完全）法采用完整的系统矩阵计算瞬态响应。

功能最强大，允许包括非线性的类型。

瞬态动力学
嘿，咱来说说瞬态动力学哈。

有一回啊，我看到一个新闻，说有个地方发生了地震。

那场面可吓人了，房子都在摇晃，地面也在震动。

我就想啊，这地震到底是咋回事呢？后来我才知道，这就和瞬态动力学有点关系。

瞬态动力学呢，就是研究物体在瞬间受到外力作用时的运动状态。

比如说，地震的时候，地面突然受到巨大的力量，房子啊、桥梁啊这些建筑物就会发生震动。

这时候，我们就得用瞬态动力学的知识来分析这些建筑物的受力情况，看看它们会不会倒塌。

我记得有一次，我去游乐场玩。

有个游乐项目是过山车。

当过山车快速启动和刹车的时候，我就感觉身体猛地一震。

这其实也是瞬态动力学的一种表现。

过山车在瞬间加速和减速，我们的身体就会受到不同的力的作用。

还有啊，汽车在行驶过程中，如果突然刹车或者撞到什么东西，也会涉及到瞬态动力学。

比如说，汽车的安全气囊就是为了在瞬间碰撞的时候保护乘客。

安全气囊会在瞬间充气，
减轻乘客受到的冲击力。

总之啊，瞬态动力学虽然听起来很复杂，但其实在我们的生活中很常见。

我们可以通过了解瞬态动力学的知识，更好地理解一些自然现象和生活中的事情。

嘿，这就是我对瞬态动力学的理解啦。

第章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A NSYS 17.0中文版有限元分析从入门到精通Note10.1 瞬态动力学概论可以用瞬态动力学分析确定结构在静载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下随时间变化的位移、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显著。

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。

首先分析一个比较简单的模型，由梁、质量体、弹簧组成的模型可以以最小的代价对问题提供有效、深入的理解，简单模型或许正是确定结构所有的动力学响应所需要的。

如果分析中包含非线性，可以首先通过进行静力学分析尝试了解非线性特性如何影响结构的响应。

有时在动力学分析中没必要包括非线性。

了解问题的动力学特性。

通过做模态分析计算结构的固有频率和振型，便可了解当这些模态被激活时结构如何响应。

固有频率同样也对计算出正确的积分时间步长有用。

对于非线性问题，应考虑将模型的线性部分子结构化以降低分析代价。

子结构在帮助文件中的ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide里有详细的描述。

进行瞬态动力学分析可以采用3种方法，即Full Method（完全法）、Mode Superposition Method （模态叠加法）和Reduced Method（减缩法）。

下面来比较一下各种方法的优缺点。

10.1.1 Full Method（完全法）Full Method采用完整的系统矩阵计算瞬态响应（没有矩阵减缩）。

有限元分析丨瞬态动力学分析瞬态动力学分析（Transient Structural）是结构有限元分析中非常重要的模块，下文是学习过程的一些积累，仅供参考学习使用，如有错误请指正！目录9.1 瞬态动力学分析简介瞬态动力学分析（Transient Structural）是用于分析载荷随时间变化的结构的动力学响应的方法。

用于确定结构在受到稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合下随时间变化的位移、应变和应力。

惯性力和阻尼在瞬态动力学中非常重要，如果惯性力和阻尼可以忽略，则可以用静力学分析代替瞬态动力学分析。

瞬态动态分析比静态分析更复杂，计算消耗和时间消耗较大。

通过做一些初步的工作来理解问题的物理性质，可以节省大量的资源。

9.2 瞬态动力学分析应用承受各种冲击载荷的结构，如：汽车中的门、导弹发射阶段等；承受各种随时间变化载荷的结构，如：桥梁、地面移动装置等；承受撞击和颠簸设备，如：机器设备运输过程。

9.3 瞬态动力学行业标准GB/T 2423.35-1995 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ea和导则：冲击GJB 150-18 军用设备环境试验方法：冲击试验表9.1 脉冲加速度和持续时间（1）半正弦波半正弦形脉冲适用于模拟线性系统的撞击或线性系统的减速所引起的冲击效应，例如弹性结构的撞击。

图半正弦脉冲例：峰值加速度为15G，脉冲持续时间为11ms，Z方向冲击为例图 workbench中输入半正弦波输入载荷类型为加速度（Acceleration）条件，其中Define By选择Components，在Z Component处选择函数（Function），在等号后输入：Asin（ωt），ω=2π/Ta=14700*sin（2π*time/0.022）=14700*sin（2*180*time/0.022）=14700*sin((16363.636*time)^2)^0.5)mm/s2。

注意：单位为角度制，由于此处函数符号不支持绝对值运算符（abs）。

瞬态现象的时间特性与动力学分析瞬态现象是一种在自然界中普遍存在的现象，它可以在许多领域中观察到，如物理学、化学、生物学等。

瞬态现象通常指的是一种短暂的变化或事件，在时间上存在一定的特性与规律。

在本文中，我们将探讨瞬态现象的时间特性以及与动力学之间的关系。

首先，我们来了解一下瞬态现象的时间特性。

瞬态现象往往发生得非常迅速，持续时间很短。

它们的发生可以是由外界刺激引起的，也可以是由系统内部的变化所导致的。

无论是哪种原因引起的，瞬态现象往往都具有一个明确的起点和终点。

正是因为这种短暂且具有明确时限的特性，瞬态现象才显得尤为有趣和重要。

接下来，我们来分析瞬态现象与动力学之间的关系。

动力学是研究物体运动及其与力的关系的分支学科，它研究的是物体随时间的变化。

而瞬态现象正是动力学中的一种重要现象。

在动力学的理论框架下，我们可以通过描述瞬态现象的动力学方程来理解其时间特性。

动力学方程可以描述系统在某一时刻的运动状态以及其随时间的变化规律。

通过分析瞬态现象的动力学方程，我们可以获得关于瞬态现象的更深入的理解。

此外，瞬态现象的时间特性对于我们理解自然界的一些重要现象具有重要意义。

例如，在化学反应中，一些反应的速率非常快，导致瞬态现象的出现。

瞬态现象的短暂性使得我们能够观察到一些在平衡状态下无法观察到的现象。

通过研究瞬态反应过程中的时间特性，我们可以揭示出反应机理和反应过程中的关键因素，对于化学反应的控制和优化具有重要的意义。

此外，在物理学领域，许多实验现象也表现出瞬态性。

例如，光的传播和干涉现象，声波的传播和共振现象等。

瞬态现象使得我们能够研究和理解这些现象的特性和规律。

通过对瞬态现象的时间特性的深入研究，我们可以更好地理解自然界中的各种物理现象。

总结起来，瞬态现象的时间特性与动力学之间存在紧密的联系。

瞬态现象的存在让我们能够观察到一些平衡状态下无法察觉到的现象，通过对瞬态现象的时间特性和动力学方程的分析，我们可以深入探究这些现象背后的机制和规律。

瞬态动力学准静态
瞬态动力学和准静态是两种不同的概念，它们之间没有直接的关系。

瞬态动力学是研究物体在随时间变化的载荷作用下的动态响应的学科。

它考虑了时间因素对系统性能的影响，可以分析系统在不同时间点的运动状态和受力情况，如冲击、振动、噪声等。

准静态是一种理想化的力学模型，用于描述物体在近似静态的条件下（即加载速度很小）的响应。

它忽略了惯性、阻尼和频率等影响因素，只考虑边界条件随时间变化的状况，可以近似描述一些缓慢变化的过程，如材料的蠕变、应力松弛等。

在某些情况下，瞬态动力学和准静态可能会有一些近似的关系。

例如，当一个系统受到冲击载荷时，如果冲击速度不是很大（相对于材料的动态性能而言），那么系统可以近似地看作是在准静态条件下响应的。

但是，如果冲击速度很高，那么就必须考虑瞬态动力学的影响。

需要注意的是，虽然准静态模型可以提供一些有用的近似解，但它并不完全准确。

为了获得更精确的结果，需要考虑更多的影响因素和更复杂的模型。

一、概述在工程领域中，研究物体相对移动的动力学行为具有重要意义。

在实际工程应用中，瞬态动力学分析是评估机械设计的重要手段之一。

本文将通过ANSYS软件进行瞬态动力学设置，研究两物体相对移动的问题。

二、瞬态动力学分析基本原理1. 瞬态动力学分析瞬态动力学分析是指在物体受到外部力或扭矩作用下，物体产生瞬时运动或者受到瞬时力的影响时的动力学分析方法。

该方法适用于应用于工程领域中需要考虑加速度、惯性力、阻尼等瞬态动力学因素的问题。

2. ANSYS软件ANSYS软件是一种用于工程仿真和设计的有限元分析软件。

它能够模拟和分析多种工程问题，包括结构分析、热分析、流体力学分析等。

在瞬态动力学分析中，ANSYS软件可以模拟物体的瞬时运动、应力分布等。

三、两物体相对移动问题分析1. 问题描述假设有两个物体A和B，它们之间通过一根弹簧相连。

当施加外力使得物体A移动时，弹簧会受到拉力，同时对物体B施加相等反作用力。

我们希望通过瞬态动力学分析，研究物体A和B在相对移动过程中的动力学行为。

2. ANSYS设置我们需要建立物体A和B的几何模型，并在ANSYS中导入。

根据物体的材料属性、外部力的施加情况等，设置瞬态动力学分析的条件和参数。

在设置过程中，需注意考虑物体的刚度、弹簧的刚度、阻尼等因素。

3. 模拟过程在模拟过程中，我们可以通过ANSYS软件对物体A施加外力，观察物体A和B在相对移动过程中的运动状态、应力分布等动力学行为。

通过分析模拟结果，可以得出两物体在相对移动过程中所受到的动力学影响。

四、模拟结果分析1. 动态响应通过模拟分析，我们可以观察到物体A受到外力作用后的瞬时加速度、速度和位移变化。

物体B也会在弹簧的作用下产生相对运动。

通过观察动态响应，我们可以得出两物体相对移动的动力学特性。

2. 应力分布在瞬态动力学分析中，我们还可以观察到物体A和B在相对移动过程中受到的应力分布情况。

弹簧受到的拉力、物体产生的应力等都可以得到清晰的分析和展示。

§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。

第三章瞬态动力学分析瞬态动力学分析是一种用来描述系统在外部扰动下的短期响应情况的方法。

在工程领域中，瞬态动力学分析常常用于评估系统的稳定性、性能和安全性。

本章将介绍瞬态动力学分析的基本原理和具体应用。

1.原理瞬态动力学分析的基本原理是基于系统的动力学特性进行建模和分析。

首先，需要建立系统的数学模型，包括系统的方程、初值和边界条件。

系统的方程可以通过物理定律、动力学原理或实验数据等方法确定。

然后，通过求解数学模型的解析解或数值解的方式，可以得到系统在不同时间下的响应。

2.方法瞬态动力学分析的方法可以分为解析方法和数值方法两种。

解析方法是通过求解系统的微分方程或差分方程得到解析解，从而得到系统的瞬态响应。

常见的解析方法有变量分离法、特征根法和拉普拉斯变换法等。

数值方法则是通过离散化连续系统，将微分方程或差分方程转化为差分方程或代数方程，利用计算机进行数值求解。

常见的数值方法有欧拉法、龙格-库塔法、增量法和有限元法等。

3.应用瞬态动力学分析在工程中的应用非常广泛，下面简要介绍几个典型的应用场景。

（1）电力系统瞬态分析：电力系统瞬态分析是电力工程中的一个重要问题，它用于评估电力系统的稳定性、动态响应和故障处理能力。

通过瞬态动力学分析，可以控制系统的电压、频率和功率稳定性，提高电力系统的可靠性和安全性。

（2）水力系统瞬态分析：水力系统瞬态分析主要用于评估水力系统中的液压冲击、水锤和阀门控制等问题。

通过瞬态动力学分析，可以确定系统中各个节点的压力和流量变化规律，以及液压冲击和水锤的大小和位置，为系统设计和维护提供依据。

（3）机械系统瞬态分析：机械系统瞬态分析主要用于评估机械系统的运动学和动力学性能，如加速度、速度、力和位移等。

通过瞬态动力学分析，可以分析系统中的动力学特性，确定系统的自然频率、阻尼比和共振点等参数，为系统的设计和优化提供参考。

总结：瞬态动力学分析是一种用来描述系统在外部扰动下的短期响应情况的方法。

瞬态动力学1. 瞬态动力学啊，那可真是神奇得很！就像一场激烈的赛车比赛，速度瞬间提升，刺激极了！比如地震时房子的晃动，不就是瞬态动力学在起作用嘛。

2. 瞬态动力学呀，这不就是生活中那些突然的变化嘛！好比突然刮起的一阵狂风，让人措手不及。

像火箭发射时那强大的冲击力，不就是典型的瞬态动力学嘛！3. 哇塞，瞬态动力学！它就像是一个隐藏在幕后的大力士，关键时刻能爆发出惊人的力量！就像急刹车时车辆的反应，这就是瞬态动力学的表现啊。

4. 嘿，瞬态动力学可太有意思了！它就像一场惊喜派对，突然就出现了让人意想不到的状况。

比如说爆炸产生的冲击波，这可绝对是瞬态动力学的杰作呀！5. 瞬态动力学啊，那可是有着无穷的魅力！就像闪电划过夜空那般耀眼而迅速。

想想看，打乒乓球时球的快速运动，不也包含着瞬态动力学嘛。

6. 哎呀呀，瞬态动力学！它就好像是个调皮的小精灵，总是在不经意间出现。

像突然跳闸时电灯的熄灭，这就是瞬态动力学在搞鬼呀！7. 瞬态动力学，这可真是个让人着迷的东西！宛如一场刺激的冒险，充满了未知。

好比短跑运动员起跑的那一瞬间，不就是瞬态动力学的功劳嘛。

8. 哇哦，瞬态动力学！这不就是生活中的那些瞬间爆发嘛！像鞭炮爆炸的那一刻，就是瞬态动力学的生动体现呀。

9. 瞬态动力学呀，它就像一阵突如其来的暴雨，猛烈而直接。

例如车祸时车辆的碰撞变形，不就是瞬态动力学在发挥作用嘛。

10. 嘿！瞬态动力学可真是神奇！它就如同一个神秘的魔法，在瞬间改变一切。

想想飞机起飞时那强大的动力，不正是瞬态动力学的杰作嘛。

我觉得瞬态动力学在我们生活中无处不在，它既有着让人惊叹的力量，又有着让人好奇的神秘，真的非常值得我们去深入了解和研究啊！。

瞬态动力学和稳态动力学
瞬态动力学指的是系统在开始阶段或者在外部条件发生改变时的
响应和变化。

瞬态动力学研究系统的瞬间行为和瞬间变化情况，把握
系统从开始到稳定状态的过程。

稳态动力学指的是系统在长时间运行后，达到一个平衡状态时的
行为和特征。

稳态动力学研究系统在稳定状态下的性质、稳定性和平
衡点的特点。

瞬态动力学和稳态动力学是研究系统动力学行为的两个重要方面，它们相互关联和相互作用。

瞬态动力学是系统达到稳态前的过渡过程，稳态动力学则是系统达到稳定状态后的长期行为。

二者共同揭示了系
统在不同时间尺度下的性质和演化规律，对于了解系统的动力学特性
和优化系统设计具有重要意义。

瞬态化学反应动力学模型建立一、瞬态化学反应动力学模型概述瞬态化学反应动力学是指在化学反应过程中，反应物和生成物的浓度随时间变化的规律。

这种变化不仅影响反应的速率和效率，还对反应的机理和过程有重要影响。

因此，建立准确的瞬态化学反应动力学模型对于理解和控制化学反应具有重要意义。

1.1 瞬态化学反应动力学的基本特性瞬态化学反应动力学的基本特性包括反应速率、反应时间、反应物和生成物的浓度变化等。

这些特性可以通过数学模型来描述，从而预测和控制反应过程。

1.2 瞬态化学反应动力学的应用场景瞬态化学反应动力学在许多领域都有应用，包括但不限于化学工业、环境科学、材料科学和生物化学等。

通过研究瞬态反应动力学，可以优化反应条件，提高反应效率，减少副反应的发生。

二、瞬态化学反应动力学模型的建立瞬态化学反应动力学模型的建立是一个复杂的过程，需要考虑多种因素。

以下是建立模型的基本步骤和关键技术。

2.1 反应速率方程的建立反应速率方程是描述反应速率随时间变化的数学表达式。

常见的反应速率方程包括零级反应、一级反应、二级反应等。

通过实验数据，可以确定反应的级数，并建立相应的速率方程。

2.2 反应机理的确定反应机理是指反应过程中分子之间相互作用的具体过程。

通过理论分析和实验验证，可以确定反应的机理，从而为建立动力学模型提供基础。

2.3 反应物和生成物浓度的数学模型反应物和生成物的浓度变化是瞬态化学反应动力学的核心。

通过建立浓度变化的数学模型，可以预测反应过程中浓度的变化趋势，从而优化反应条件。

2.4 模型参数的确定模型参数是影响反应速率和浓度变化的关键因素。

通过实验数据，可以确定模型参数的值，从而提高模型的准确性和可靠性。

2.5 模型验证和优化通过实验数据验证模型的准确性，并根据验证结果对模型进行优化。

优化的方法包括调整模型参数、改进模型结构等。

三、瞬态化学反应动力学模型的应用瞬态化学反应动力学模型在实际应用中具有广泛的价值。

以下是一些典型的应用场景和应用效果。