ansys动力学瞬态动力分析

探讨ANSYS教程：模态叠加法瞬态动力学分析模态叠加法通过对振型（由模态分析得到）乘以因子并求和来计算谐响应。

模态叠加法的分析过程由五个基本步骤组成：1.建模2.获取模态分析解3.获取模态叠加法谐响应分析解4.扩展模态叠加解5.观察结果在用运模态叠加法瞬态动力学分析方法时应注意：（1）获取模态分析解的方法在本章模态分析中有详细描述，但如下几点应该注意：模态提取方法应该用子空间法，分块1.anCZOS法，缩减法，或PowerDynamics法中的一种（另外两种方法，即非对称法和阻尼法在模态叠加法中不能采用。

），另外，只有当没有初始的静态解时，才可以使用PowerDynamics法；务必提取出对动力学响应有奉献的的所有模态；对RedUCed模态提取法，要在那些将施加简谐载荷的方位指定主自由度；如果在瞬态动力学分析中需要单元载荷，则必须在模态分析中施加。

这些载荷在模态分析求解时会被忽略，但程序将计算出相应的载荷向量并将其写入振型文件(Jobname.MODE)o这样在瞬态动力学分析时就可以使用这些载荷向量了。

(2)在获取模态叠加法瞬态分析解这一步中，程序将根据模态分析所得到的振型来计算瞬态响应。

注意振型文件(Jobname.MODE)必须存在，且数据库中必须包含和模态分析求解过程所有模型一样的模型。

操作过程和在完全法中描述的基本一样，差异如下：模态叠加法［HROPT］；指定要用于求解的模态数［HROPT］。

此数将决定谐响应分析解的精度；可以选择在各频率处，输出一个概括了各阶模态对总响应的奉献的表格［HROUT］；只可施加力，加速度，和模态分析中生成的载荷向量。

可用1.VSCA1.E命令来施加在模态分析中生成的载荷向量。

(3)无论采用的模态提取法是那种，模态叠加法谐响应分析的解都被保存到缩减位移文件Jobname.RFRQ中。

因此，如果对应力结果感兴趣，就需要对解开展扩展。

扩展模态的步骤和在缩减法中描述的一样。

在本文中，我将为您撰写一篇关于ANSYS Workbench瞬态动力学实例的文章。

我们将深入探讨ANSYS Workbench在瞬态动力学仿真方面的应用，从简单到复杂、由浅入深地讨论其原理和实践操作，并共享个人观点和理解。

第一部分：介绍ANSYS Workbench瞬态动力学仿真ANSYS Workbench是一种用于工程仿真的全面评台，包含了结构、流体、热传递、多物理场等多种仿真工具。

瞬态动力学仿真是ANSYS Workbench的重要应用之一，它能够模拟在时间和空间上随机变化的动力学过程，并对结构在外部力作用下的动力响应进行分析。

在瞬态动力学仿真中，ANSYS Workbench可以模拟诸如碰撞、冲击、振动等动态载荷下的结构响应，用于评估零部件的耐久性、振动特性、动态稳定性等重要工程问题。

通过对这些现象的模拟和分析，工程师可以更好地了解结构在实际工况下的性能，进而进行有效的设计优化和改进。

第二部分：实例分析为了更直观地展示ANSYS Workbench瞬态动力学仿真的应用，我们以汽车碰撞仿真为例进行分析。

假设我们需要评估汽车前部结构在碰撞事故中的动态响应，我们可以通过ANSYS Workbench建立汽车前部结构的有限元模型，并对其进行碰撞载荷下的瞬态动力学仿真。

我们需要构建汽车前部结构的有限元模型，包括车身、前保险杠、引擎盖等部件，并设定材料属性、连接方式等。

接下来，我们可以在仿真中引入具体的碰撞载荷，如40km/h车速下的正面碰撞载荷，并进行瞬态动力学仿真分析。

通过仿真结果，我们可以获取汽车前部结构在碰撞中的应力、应变分布，以及变形情况，从而评估其在碰撞事故中的性能表现。

第三部分：个人观点与总结通过以上实例分析，我们可以看到ANSYS Workbench瞬态动力学仿真在工程实践中的重要应用价值。

瞬态动力学仿真不仅能够帮助工程师分析结构在动态载荷下的响应，还可以为设计优化、安全评估等工程问题提供重要参考。

（完整版）ansys动⼒学瞬态分析详解§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。

§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。

瞬态分析的第一步是建立初始条件，即零时刻的情况，瞬态动力学分析要求给定两种初始条件，：初始位移和初始速度，如果没有设置，两者都将设置为0，然后，指定后续的瞬态载荷步及载荷步选项(对于每一个载荷步都要指定载荷值和时间值，同时要指定其他载荷步选项)。

最后，需要将每一个载荷步写入文件并一次性求解所有载荷步。

具体的加载与求解步骤如下：·指定分析类型选择菜单MainMenu：Solution—NewAnalysis，选择TransientDynamic(瞬态动力学分析)。

·
指定分析选项选择菜单MainMenu：Solution—AnalysisOption，设置MODOPT 为Full(瞬态动力学分析方法，共3种)。

·定义主自由度(仅Reduced方法使用)选择菜单MainMenu：Solution—MasterDOFs—Define，设置MDOF(主自由度数，必须大于节点数的2倍)。

·
施加约束选择菜单MainMenu：Solution，单击Apply按钮，选择Dis—placement，选约束作用位置，输入约束参数。

·施加载荷选择菜单MainMenu：Solution，单击Apply按钮，选择Force，选载荷作用位置，输人载荷参数。

·指定载荷步选择菜单MainMenu：Solution—Time／Frequency，设置载荷步参数。

，
求解选择菜单MainMenu：Solution—CurrentLS。

．
设定下一个载荷步并求解，重复以上步骤。

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瞬态动力学分析理论基础本文主要介绍了ansys软件进瞬态动力分析与计算的理论，通过介绍使读者可以更好的理解软件和操作软件以便进行相关的分析。

一假设和限制1、系统的初始条件已知，即速度和位移。

2、结构瞬态分析中当需要时可以考虑陀螺或科里奥力效应。

二结构和其他二阶系统分析对于线性结构的瞬态动力学平衡方程：(1)ANSYS里使用两种方法求解方程(1)：向前差分时间积分和Newmark积分（包括改进后的算法称为HHT）。

向前差分方法适用于求解显示的瞬态分析。

Newmark和HHT方法使用隐式方法来求解瞬态问题。

Newmark方法使用有限差分法，在一个时间间隔内有，(2)(3)其中：α，δ：Newmark积分参数我们主要的目的就是计算下一时刻的位移u n+1，则在t n+1时刻的控制方程(1)为：(4)为了求解u n+1，可以把(2)和(3)重新排列，得(5)(6)其中：注意到(5)代入到(6)中，则，可以通过u n+1求出。

由(5)、(6)和(4)得(7)一旦求出u n+1，速度和加速度可以利用(5)和(6)求得。

对于初始施加于节点的速度或加速度可以利用位移约束并利用(3)计算得到。

根据Zienkiewicz的理论，利用(2)和(3)式得到的Newmark求解方法的无条件稳定必须满足：(8)Newmark参数根据下式输入：(9)其中：γ：振幅衰减因子通过观察(8)和(9)可以发现无条件稳定也可以表述为，并且γ≥0。

因此只要γ≥0，则求解就是稳定的。

对于压电分析参数设置为：α=0.25；δ=0.5并且θ=0.5。

通常情况下衰减因子γ=0.005。

当γ=0时即α=0.25，δ=0.5时Newmark方法为平均加速度法。

由于平均加速度法在位移幅值误差方面不产生任何数值阻尼。

如果其他方面也没有阻尼，缺乏数值阻尼在高频结构计算中会产生不可接受的数值噪声。

我们期望有一定水平的数值阻尼并且通过设置γ＞0来实现。

§ 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拟重要。

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。

瞬态动力学的根本运动方程是：［岡以+ ［汕］+因国二｛叫〕｝其中：[M]=质量矩阵[C]=阻尼矩阵[K]=刚度矩阵｛」｝=节点加速度向量｛乂｝=节点速度向量｛u｝=节点位移向量在任意给定的时间一，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。

ANSY程序使用Newmar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。

创立梁、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，考虑将模型的线性局部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。

结构动力分析研究结构在动荷载作用的响应(如位移、应力、加速度等的时间历程)，以确定结构的承载能力和动力特性等。

ANSYS动力分析方法有以下几种,现分别做简要介绍.1.模态分析用模态分析可以确定设计中的结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型）.它也可以作为其他更详细的动力学分析的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析、谱分析。

用模态分析可以确定一个结构的固有频率和振型。

固有频率和振型是承受动态荷载结构设计中的重要参数.如果要进行谱分析或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。

ANSYS的模态分析是一线性分析,任何非线性特性（如塑性和接触单元）即使定义了也将忽略。

可进行有预应力模态分析、大变形静力分析后有预应力模态分析、循环对称结构的模态分析、有预应力的循环对称结构的模态分析、无阻尼和有阻尼结构的模态分析。

模态分析中模态的提取方法有七种，即分块兰索斯法、子空间迭代法、缩减法或凝聚法、PowerDynamics 法、非对称法、阻尼法、QR阻尼法,缺省时采用分块兰索斯法。

2。

谐响应分析任何持续的周期荷载将在结构中产生持续的周期响应（谐响应）。

谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计能否成功地克服共振、疲劳及其他受迫振动引起的有害效果。

谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦(简谐）规律变化的荷载时的稳态响应的一种技术。

分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值（通常是位移）对频率的曲线。

从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察频率对应的应力。

这种分析技术只计算结构的稳态受迫振动.发生在激励开始时的瞬态振动不在谐响应分析中考虑。

谐响应分析是一种线性分析。

任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使被定义了也将被忽略，但在分析中可以包含非对称系统矩阵，如分析流体-结构相互作用问题。

谐响应分析同样也可以分析有预应力结构,如小提琴的弦（假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多)。

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。

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。

§ 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拟重要。

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。

瞬态动力学的根本运动方程是：［岡以+ ［汕］+因国二｛叫〕｝其中：[M]=质量矩阵[C]=阻尼矩阵[K]=刚度矩阵｛」｝=节点加速度向量｛乂｝=节点速度向量｛u｝=节点位移向量在任意给定的时间一，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。

ANSY程序使用Newmar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。

创立梁、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，考虑将模型的线性局部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。