Ansys Workbench动力学分析讲课稿

ANSYSWorkbench基础教程与工程分析详解第五章显式动力学分析通过第4章动力学分析的学习，相信读者对ANSYS Workbench 中的隐式动力学已经有一定的了解了，本章主要讲解显式动力学，包括三个模块，ANSYS LS-DYNA，主要完成在Workbench下的前处理工作；ANSYS AUTODYN，其功能是提供一个全面的多解决方案；ANSYS Explicit，主要用于满足固体、流体、气体及它们之间相互作用的非线性动力学仿真。

同样，本章通过图例详解来讲解显式动力学的分析流程。

本章所要学习的内容包括：了解显式动力学分析基础熟悉显式动力学分析的操作流程掌握ANSYS Workbench显式动力学中命令选项的应用了解显式动力学分析的应用场合5.1 显式动力学分析基础显式动力学通常的应用领域主要有：汽车工业，如碰撞分析、气囊设计等；航天航空，如飞机结构冲击动力分析、碰撞和坠毁、火箭级间分离模拟分析、冲击爆炸及动态载荷和特种复合材料设计等；制造业，如冲压、锻造、铸造和切割等；建筑业，如爆破拆除、地震安全和混凝土结构等；国防工业，如穿甲弹与破甲弹设计、冲击波传播和空气，水与土壤中爆炸等；电子领域，如跌落分析、包装设计和电子封装等。

当数值仿真问题涉及瞬态、大应变、大变形、材料的破坏，材料完全失效或者伴随复杂接触的结构问题时，通过显式动力学求解可以解决这些问题。

拉格朗日法，其网格是在计算模型上，受力后网格随计算模型变化而变化。

应用拉格朗日法的单元类型有三种：实体单元、壳单元和梁单元。

拉式法主要用于计算结构响应。

不同于拉格朗日法，欧拉法的网格是固定于空间，在计算力学模型流动或变形时是经过空间固定的网格，从而在计算时通常可以避免问题的网格畸变。

欧拉法主要用于计算流该软件为功能成熟、输入要求复杂的程序，是一个单独的程序，提供方便、实用的接口技术来连接有多年应用实践的显式动力学求解器。

1996年一经推出，ANSYS LS-DYNA 就帮助众多行业的客户解决了诸多复杂的设计问题。

ANSYS workbench齿轮啮合瞬态动力学分析齿轮传动是机械系统传动方式中应用最为广泛的一种，今天给介绍一下如何利用workbench实现齿轮啮合的瞬态动力学分析。

有限元分析流程分为3大步、3小步，如下图所示。

今天将以这种方式介绍使用workbench实现齿轮啮合的分析流程。

图1 有限元分析流程一、前处理1.1 几何模型的构建本文几何模型在SolidWorks中创建，并导入workbench中，如图所示图2 齿轮对几何模型1.2 材料定义材料选用结构钢：密度：7850kg/m3，杨氏模量：2.1e11Pa，泊松比：0.31.3 有限元模型的构建有限元模型的构建包括材料赋予、网格划分以及连接关系的构建1.3.1 材料赋予双击瞬态动力学分析流程中的Model，进入Mechanical界面，单击项目树Geometry 下的两个零件，左下角细节框中，Material处指派steel材料1.3.2 网格划分为便于分析及收敛，对网格进行一个简单的控制：首先在左侧项目树Mesh处插入一个method，选中两个齿轮，划分方法为MultiZone；然后插入两个Size，对几个参与啮合的齿面进行尺寸控制，得到了如图所示的网格模型。

图3 网格模型1.3.3 连接关系的构建连接关系包括两部分：接触和运动副，运动副可以实现齿轮的转动，接触可以实现齿轮的传力。

由于workbench会自动创建向邻近位置之间的接触，但默认接触为绑定接触，不符合实际情况，故直接删除，后续手动创建相应接触。

首先在左侧项目树Connections下插入一个Frictional contact，接触面选择其中一个齿轮参与接触的几个齿面，目标面选择另一个齿轮参与接触的几个齿面。

摩擦系数为0.15，Normal Stiffness为1，Update Stiffness为Each iteration，Time Step Controls为Automatic Bisection。

ansys动⼒学分析全套讲解. .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<>）。

<>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。

有多数值法可⽤于求解上⾯的程。

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10章 瞬态动力学分析
瞬态动力学分析（亦称时间历程分析）是用于确定承受任意随时间变化的载荷的结构动力学响应的一种方法。

利用瞬态动力学分析可以确定结构在静载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合下随时间变化产生的位移、应变、应力及力。

★ 了解瞬态动力学分析。

10.1 瞬态动力学分析概述
瞬态动力学分析（Transient Structural Analysis）给出的是结构关于时间载荷的响应，它不同于刚体动力学分析，在Workbench中瞬态动力学的模型可以是刚体，也可以是柔性体，而对于柔性体可以考虑材料的非线性特征，由此可得出柔性体的应力和应变值。

在进行瞬态动力学分析时，需要注意：
当惯性力和阻尼可以忽略时，采用线性或非线性的静态结构分析来代替瞬态动力学分析。

当载荷为正弦形式时，响应是线性的，采用谐响应分析更为有效。

当几何模型简化为刚体且主要关心的是系统的动能时，采用刚体动力学分析更为有效。

除上述三种情况外，其余情况均可采用瞬态动力学分析，但其所需的计算资源较其他方法要大。

10.2 瞬态动力学分析流程
在ANSYS Workbench左侧工具箱中Analysis
Systems下的Transient Structural上按住鼠标左键拖动到
项目管理区的A6栏，即可创建瞬态动力学分析项目，
如图10-1所示。

当进入Mechanical后，单击选中分析树中的
Analysis Settings即可进行分析参数的设置，如图10-2
图10-1 创建瞬态动力学分析项目。

的过程中将
图1凸轮机构三维示意图
凸轮内部的网格划分的较为粗略一点,而在
接触表面的网格划分的需要密集一些,这样研究方向为机器人领域。

动结构。

具体设置如图2、3所示。

图2杆的刚性设置
图3凸轮的柔性设置
此外,为了更好的探索到在固定转矩下的凸轮机
构的杆末端所输出的力的变化规律,在原来的模型中
又加入了弹簧,弹簧的一端连接杆的末端,另一端则
. All Rights Reserved.
与大地相连。

这样就可以在传动过程中,通过观察弹
簧的伸长量变化来获得杆末端的输出力的大小。

2结果分析。

图4凸轮应力分布图
图5凸轮传动过程曲线图(下转第68页)
图6杆末端力变化曲线图
3结论
本文首先通过对凸轮结构进行有限元模型的建立,对其在有限元软件中的边界条件进行了合理的设。

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。