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workbench瞬态动力分析

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Ansys-Workbench动力学分析

Ansys-Workbench动力学分析


4.1: 动力学绪论
第一节 动力学分析目的及定义 为什么要对结构进行动力学分析？
土木建筑、地质工程领域
1940年11月7日倒塌—风载
1940年7月1日通车 美国塔科曼悬索大桥
交通运输、航空航天领域
机械、机电领域
什么是结构动力学？
定义：研究结构在动力荷载作用下的动力反应。
目的：动力荷载作用下结构的内力和变形；
4.2: 模态分析
第一节 模态分析的含义
什么是模态分析?
模态分析是用来确定结构的振动特性（固有频率和振型） 的一种技术。 模态分析的好处：
– 使结构设计避免共振或以特定频率进行振动（例如 扬声器）；
– 使工程师可以认识到结构对于不同类型的动力载荷 是如何响应的。
建议： 在准备进行其它动力分析之前首先要进行
单地用简谐函数来表示。
FP
t
（3）冲击荷载 荷载的幅值(大小)在很短时间内急剧增大或急剧减小。
FP 冲击荷载
t
FP 突加荷载
t
（4）随机荷载 荷载的幅值变化复杂、难以用解析函数解析表示的荷载。
风荷载 地震作用
25 Wind speed (m/s) 20
15
10
5
0
0
50
100
脉动风
平均风
150
200
fn
n 2
为系统的固有频率，Hz
1 2
T
fn n
为系统的周期，s
2.二自由度无阻尼线性系统
对质量块m1、 m2受力分析， 由Newton第二定律得
mm12xx12 kk13xx12kk22(
x2 x1) (x2 x1)
mm12xx12(kk21x1
基于ANSYS Workbench的摇摆装置模态和瞬态分析

基于ANSYS Workbench的摇摆装置模态和瞬态分析


ｅａｃｈ ｏｒｄｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｓｗｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｗｈｉｌｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｔｒａ ｎ ｓｉｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｍ￣ ｉｍｕｍ ｖａｒ ｉａｂｌｅ ｔｏｒｑｕｅ．
Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｗｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｗｉｌｌ ｎｏｔ ｇｅｎｅｒａｔｅ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｄｕｒ ｉｎｇ ｗｏｂｂｌｅ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ
ｏ３＝￣－ｓｉｎ（斋 ￡）
（４）
对 角 位 移 函 数 求 二 阶导 数 ，可 得 角 加 速 度 函 数 ：
所 示 。 已 知 摇 摆 装 置 存 在 三 种 比较 危 险 的 工 况 ，这 三 种
一 号 （｝）ｓｉｎ＂ｉＴ— ）
（５）
工 况 下 的 摆 动 角 度 和 时 间 满 足 正 弦 关 系 。摇 摆 件 的 摆 角 为 ３。、７．５。、２２．５。，对 应 的摆 动 周 期 ｔ依 次 为 １２ Ｓ、
Ｏｔ２－．－吾 （号 ）ｓｉｎ（号 ）
（６）
２４ Ｓ－，４０ ｓ『３１。
根 据 摆 动 件 的 三 维 模 型 ，借 助 计 算 机 软 件 求 得 摆 动 轴 到 质 心 的 距 离 为 ０．８２２ ｉｎ。 由 于 摇 摆 装 置 的 运 动 为 简 谐 运 动 ，因 此 其 摆 长 Ｌ＝０．８２２ Ｉｎ，摆 动 周 期 为 ：
ｎａｖａｌ ｖｅｓｓｅｌｓ ａｎｄ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｅｌ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｏｎ ｎａｖａｌ ｖｅｓｓｅｌｓ．ＳｏｌｉｄＷ ｏｒｋｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ
ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｔｈｅ ３Ｄ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓｗｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ
workbench动力学分析实例PPT学习教案

workbench动力学分析实例PPT学习教案


– Minimum CFL Time Step = 1.0e-7 sec
7.b Set the Solve Units = mm, mg, ms Note:
The mm, mg, ms unit system is the most accurate in most simulations, so it is the only one currently available. Although more solver unit systems will be available in the future, any unit system in the drop-down list may be used to enter data and/or display the results.
3.c Enter material model name: “My_Aluminum”
SC
library.
3.b Select the last slot under Engineering Data to define a new material model.
第4页/共37页
Step 3 – Define
Step 2 – Specify the
Project U2n.aitSselect MKS for
the Project Units from the Units List provided
2.b RequestNtEohtneg:ainteering
Native
Applications Data is native in Workbench,
Engineering Data
Material ... 3.d Make sure the new material is active in order to define its properties SC
ansys_workbench瞬态动力分析(4)分析

ansys_workbench瞬态动力分析(4)分析


积分时间步长
Training Manual
• AUTOTS对于全瞬态分析缺省是打开的. 对于缩 减法和模态叠加法，是不可用的. • AUTOTS 会减小ITS (直到 Dtmin) 在下列情况:
– – – – – – 在响应频率处，小于20个点 求解发散 求解需要大量的平衡迭代（收敛很慢） 塑性应变在一个时间步内累积超过15% 蠕变率超过0.1 如果接触状态要发生变化 ( 决大多数接触单元可由 KEYOPT(7) 控制)
缩减/完整结构矩阵
Training Manual
• 求解时既可用缩减结构矩阵，也可用完整结构矩阵； • 缩减矩阵：
– 用于快速求解； – 不允许非线性因素存在 – 根据主自由度写出[K]、[C]和[M]等矩阵，主自由度是完全自由度 的子集； – 缩减的 [K] 是精确的，但缩减的 [C] 和 [M] 是近似的。
Training Manual
DYNAMICS 11.0
• 求解方法
– 完整矩阵方法为缺省方法。允许下列非 线性选项：
• 大变形 • 应力硬化 • Newton-Raphson 解法
• 集中质量矩阵
– 主要用于细长梁和薄壁壳或波的传播
• 方程求解器
– 由程序自行选择
分析选项
• 求解选项 • 选择大位移瞬态分析 或小变形瞬态分析 .
DYNAMICS 11.0
• 完整矩阵：
– 不进行自由度缩减，采用完整的[K]、[C]和[M]矩阵； – 下面的讨论都是基于此种方法。
积分时间步长
Training Manual
• 积分时间步长（亦称为ITS 或 Dt ）是时间积 分法中的一个重要概念
– ITS = 两个时刻点间的时间增量 Dt ； – 积分时间步长决定求解的精确度，因而其数值应仔 细选取。 – 对于缩减矩阵法与模态叠加法瞬态分析ANSYS 只 允许ITS常值. – 完全法瞬态分析， ANSYS 可以自动调整时间步大 小在用户指定的范围内
ansysworkbench瞬态动力学实例

ansysworkbench瞬态动力学实例

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。

workbench瞬态动力分析

workbench瞬态动力分析

第四章 瞬态动力分析
瞬态动力分析总论
• 定义：
– 确定结构在任意随时间变化载荷作用下系统瞬 态响应特性的技术。
• 输入数据：
– 最一般形式是载荷为时间的任意函数；
• 输出数据：
– 随时间变化的位移和其它的导出量，如：应力 和应变。
运动方程
• 基本运动方程
M u C u K u F t
– 用来设置初始条件
• 阶跃或渐进载荷
• 指定阻尼 • 使用缺省积分参数值
分析选项
• 阻尼
– α和b阻尼均可用； – 在大多数情况下，忽略α阻尼（粘性阻尼），仅指定b 阻尼（由滞后造成的阻尼）：
b = 2/w
式中 为阻尼比，w 为主要响应频率 （rad/sec）。
典型命令: ALPHAD，… BETAD，…
分析过程
• 讨论完全法瞬态分析过程. • 五个主要步骤:
– – – – – 建立模型 选择分析类型和选项 指定边界条件和初始条件 施加载荷历程并求解 查看结果
模型： 所有的非线性因素可允许注意要求密度！
分析选项
– – – – 进入求解阶段，并选择瞬态分析. 选择完全法 求解选项 阻尼
• 求解方法
分析选项
• 输出控制
–用来控制写到结果文件的内容. –使用命令 OUTRES 或选择 Solution > Sol’n Control.. > Basic –通常的选项用来将每个子步的结果写到结果文件中去.
• 可光滑绘制结果与时间的关系曲线. • 可能造成结果文件庞大.
分析选项
• 瞬态效应 on/off
零初始位移和零初始速度
• 是缺省的初始条件，即如果u0 = v0 = 0 ，则不需 要指定任何条件。 • 在第一个载荷步中可以加上对应于载荷 — 时间 关系曲线的第一个拐角处的载荷。 • 非零初始位移及 / 或非零初始速度 ─ 可以用 IC 命 令设置这些初始条件。 • 命令：IC
workbench动力学分析实例 PPT

workbench动力学分析实例 PPT


Step 1 – Create the Project Schematic
Start ANSYS Workbench and follow the sequenced steps using the abbreviations shown below:
– DC = Double Click with Left Mouse Button – SC = Single Click with Left Mouse Button – RMB = Right Mouse Button Selection – D&D = Drag and Drop = Hold Left Mouse Button down on item while
Since the material is sufficiently defined, the blue question marks and yellow fields are no longer present in the data table.
Note: The resulting stress-strain curve is elastic – perfectly plastic. No strain hardening can develop.
Data to define a new material model.
Note: An existing material model in the Explicit Materials library could have been selected, but there are restrictions on element types that can be used with certain material models, which will be discussed later.
Ansys Workbench动力学分析PPT幻灯片

Ansys Workbench动力学分析PPT幻灯片

17
4.2: 模态分析
18
第一节 模态分析的含义
什么是模态分析?
模态分析是用来确定结构的振动特性（固有频率和振型 ）的一种技术。 模态分析的好处：
– 使结构设计避免共振或以特定频率进行振动（例如 扬声器）；
– 使工程师可以认识到结构对于不同类型的动力载荷 是如何响应的。
建议： 在准备进行其它动力分析之前首先要进行 19
50
对连续体的通用运 动 方程 M x C x K x F
[F]矩阵和 {x}矩阵是简谐的，频率为:
谐响应分析的运动方程: ) ( F 1 i F 2 )
51
第三节 谐分析步骤
2 0
k21m21
2 0
k12m12
2 0
0
k22m22
2 0
0 2[M ][K]0 特征方程
上述方程可求得两个根 01 、02
对于 01
可求得
A 11 A 21
,
对于 02
可求得
A 12 A 22
25
3.多自由度无阻尼线性系统
系统运动方程： M x K x 0 xRn
结构 （系统）
输出 （动力反应）
9
第三类问题：荷载识别
输入 （动力荷载）
结构 （系统）
第四类问题：控制问题
输入 （动力荷载）
结构 （系统）
控制系统 （装置、能量）
输出 （动力反应）
输出 （动力反应）
10
第三节 动力学分析类型
1.动荷载 静荷载：
动荷载：
大小、方向和作用点不随时间变化或变化很 缓慢的荷载。如：结构的自重、雪荷载等。
48
系统的全解为：
x ( t) C e n tc o s (d t ) A H ()c o s (t )
workbench瞬态分析—脚轮冲击

workbench瞬态分析—脚轮冲击


Workshop 6 -环境
Workshop Supplement
Workbench-Simulation Dynamics
•
施加重力惯性载荷
15. 右键选择 >Insert>Standard Earth Gravity，考虑冲击物的重量和加速 度对轮冲击影响. 16. 在 Details窗口中, 改变方向为+X.
Workbench-Simulation Dynamics
• 目的在于分析脚轮在边缘受到冲击后的动力学响应。 • 该过程可以通过在轮边释放一个重锤这样的物理样机试 验来实现.
– 跌落高度表示对脚轮的冲击作用.
• 轮和重锤是用钢材制成的.
– 假设轮的底部的面是被约束的. – 假设重锤被约束为只能沿竖直轴上下运动. – 假设阻尼比为0.02.
•
当所有分支都准备完毕，即可求解动力学 分析. 经过最后的校核，所有的分支的符号必须 是下面的一种：
– – (准备好) (完成)
•
25
25. 求解.
• 工具栏按钮 >Solve The “mouse menu” >Solve may only solve a single object and not evaluate objects elsewhere in the Outline Tree
Workbench-Simulation Dynamics
8. 9.
8
选择和确认轮上部如图所示的面 作为目标面“Target”.
10. 选择和确认冲击块底部的面作为接触面“Contact”. • 将“Update Stiffness” 改变为“Each Equilibrium Iteration”
随时间和空间变化的Ansys Workbench分析实例

随时间和空间变化的Ansys Workbench分析实例

随时间和空间变化的Ansys Workbench分析实例例如对一个长为1米，截面是50mm*50mm的梁，施加一个随时间和轴线坐标X变化的载荷其变化规律是这里的x是从左端点开始的杆件上各点的X坐标而t是时间。

因此这是一个瞬态动力学问题。

要求在此载荷规律作用下梁的变形。

下面是用ANSYS WORKBENCH计算该问题的过程。

（1）打开ANSYS WORKBENCH14.5。

（2）创建瞬态动力学项目示意图。

（3）创建几何模型。

双击geometry,打开DM,在其中创建一个长1米，截面是50mm*50mm的长方体。

其细节视图的设置是然后退出DS.（4）创建局部坐标系。

双击Model，进入到mechanical中，并把长度单位切换成米，角度单位切换成radian.然后添加一个局部坐标系，把该坐标系的坐标原点定位在长方体的上表面的左边一个顶点上。

该坐标系用于对后面施加的载荷提供坐标系，以确定方程中的X是从哪里开始定义的。

（5）划分网格。

设置单元尺寸为25mm,划分网格如下（6）设置载荷步。

对于分析设置进行如下定义即计算1秒，而只有1个载荷步，该载荷步被均分为10个载荷子步。

（7）固定左端面。

选择左边的端面进行固定。

（8）施加随时间和空间变化的分布载荷。

选择上表面，施加分布载荷。

在其细节视图的magnitude中首先选择function.说明要用函数进行定义然后在magnitude中输入表达式如下注意到此时的坐标系统切换成了上面定义的坐标系。

此时主窗口中显示如下图同时在图形窗口显示了在1秒时候的载荷曲线可见，此时的载荷曲线是抛物线。

（9）仿真并查看结果计算，然后查看位移的结果如下图。

WORKBENCH中的动力学分析简介

WORKBENCH中的动力学分析简介

– 即使有间隙存在，“Pinball Region” 的大小也能够改变和被显示出来. 这样 ，就能很好地确保绑定和不分离接触的建立.
• 有关pinball region的内容和如何定义其大小，请参考第 3 和 4章
• 对于ANSYS 结构licenses和更高的licenses, 假如表面将要被接触，但 实际上是自由面（没有接触），那么摩擦接触和绑定接触将变得非常的 相似.
Training Manual
DYNAMICS 8.1
WORKBENCH中的动力学分析
… ANSYS WORKBENCH概述
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Training Manual
DYNAMICS 8.1
Design Simulation 概述
• DS可以做的分析类型(续):
– 谐分析: • 计算结构在正弦激励下的响应.
– 线性屈曲: • 计算屈曲的失效载荷和安全系数及其屈曲形态.
对于相同的模型模态分析比起静态分析通常要花费更多的计算因为他们的求解方程是不solution分支条里的worksheet表提供了详细的求解输出内容包括所使用的内存数和已经提取了的模态阶如果在一个求解完成之后需要获得应力应变或者更多的频率振型那ansyslicenseavailabilitydesignspaceentra求解完成后将可获得振型的结果由于没有激励作用在结构上因此振型只是与自由振动相关的相对值振型位移量应力和应变只是相对值而不是绝对在detailsview里面能够看到每个结果的频率值
Training Manual
• 在模态分析中，不能使用结构和热载荷
– 关于预应力模态分析的内容，参见本节后面的部分B. 在这种情况下，只是 为了体现预应力效果，载荷才被考虑.

瞬态动力学

– 柔体动力学同时也称为时程分析或者瞬态动力学分析。
– 要进行柔体动力学分析， 必须要有以下license： ANSYS Structural, ANSYS Mechanical, 或者 ANSYS Multiphysics
Assembly shown here is from an Autodesk Inventor sample model 4-2
4-14
Workbench-Simulation Dynamics
…包含非线性
Training Manual
• 缺省地，大变形效应和自动时间步长是被激活的:
– 为了考虑非线性效应，用户并不需要做特别的操作.
• 然而，如前所提，如果非线性占主导，时间步长就以非线性考虑，而不是动态响应. • 在“Analysis Settings” 分支下，大变形效应（Large Deflection）可以在Details
Workbench-Simulation Dynamics
Workbench-Simulation Dynamics
A. 介 绍
Training Manual
• 柔体动力学分析用于评估惯性效应不可忽视的柔性体系统的动力学响应
– 如果惯性和阻尼效应可以忽略的话，可以考虑用线性或非线性静力分析替代 – 如果载荷呈正弦变化以及响应是线性的，采用谐响应分析会更为有效
• 非线性的行为具有几种来源，柔体动力学分析通常会包含以下几种非线性：
– 几何非线性:如果结构发生了大变形，变化后的 几何构型会引起非线性行为。
– 材料非线性: 非线性的应力应变关系，比如右 图所示的金属的塑性，是另外一种非线性的来源。
– 接触: 包含接触效应是状态非线性的一种， 部件之间发生接触或者分离的时候引起刚 度的突然变化。

WorkBench静力学瞬态动力学计算案例

WorkBench静力学瞬态动力学计算案例首先，我将介绍一个WorkBench静力学的案例。

然后，我将讨论WorkBench瞬态动力学计算的案例。

最后，我会提供一些对于这两个案例的建议和总结。

假设我们正在设计一座桥梁，我们需要确定它的静力学行为以确保其结构的合理性。

我们可以使用WorkBench来进行强度和稳定性分析。

首先，我们需要将桥梁的CAD模型导入到WorkBench中。

然后，我们可以定义网格和边界条件。

例如，我们可以定义桥墩和桥面板的材料属性，包括弹性模量、杨氏模量和泊松比。

接下来，我们可以施加荷载并进行分析。

我们可以定义静态荷载，如自重和交通荷载，并在WorkBench中进行分析。

通过分析，我们可以确定桥梁在荷载下的应力和变形情况，以评估结构的强度和稳定性。

现在，让我们转向WorkBench瞬态动力学计算的案例。

在这个案例中，我们将考虑一个弹性球在斜面上滚动的情况。

首先，我们需要建立一个球体的模型并将其导入到WorkBench中。

我们可以定义球体的材料特性，如弹性模量和泊松比。

然后，我们可以定义质量、初速度和斜面的角度等初始条件。

我们可以施加一个与时间相关的荷载，如斜面的施加力。

通过在一段时间内对系统进行求解，我们可以计算出球体在斜面上的运动轨迹。

通过WorkBench完成这个案例，我们可以得到球体滚动的速度、加速度和位置等信息。

这些信息对于设计和分析滚动机械系统或运动物体的行为非常重要。

对于这两个案例，以下是一些建议和总结：1.在进行静力学和瞬态动力学计算之前，务必要仔细定义模型的几何形状、边界条件和材料特性。

确保这些定义准确无误，以获得准确的分析结果。

2.在进行瞬态动力学计算时，考虑时间因素非常重要。

确保选择适当的时间步长和求解方法，以获得准确和稳定的计算结果。

3.在分析结果时，关注关键参数如应力、变形、速度和加速度。

这些参数可以帮助我们评估系统的安全性和性能。

4. WorkBench提供了丰富的后处理工具，如图形可视化和报告生成。

Workbench行星齿轮瞬态动力学分析(甲类精制)

首先拿到模型可以看出这里是个行星轮结构。在这里首先将三角形的齿轮架给刚化，因为整个分析中ຫໍສະໝຸດ 考虑它的影响，主要考虑齿轮之间的作用。
然后我们就需要对模型添加约束和连接，主要包括有joints和frictionless contacts，添加完的效果如图。添加过程请看下面详述。
首先添加三个类似的运动副，都是需要Body-Ground形式。
第一个添加太阳轮的旋转副。revolute joint。Body-ground。
再添加三角架的旋转副。revolute joint。Body-ground。
再添加内齿圈的固定副。fixed joint。Body-ground。
接着添加一个Body-Body的旋转副，也就是三角板与行星轮之间的旋转连接。revolute。Body-Boby。

ANSYS Workbench 17·0有限元分析：第10章-瞬态动力学分析

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。

ANSYS workbench 多体动力学分析功能说明

ANSYS Workbench 刚柔混合－－多体 刚柔混合－－ －－多体 动力学分析
刚体动力学分析模块（ 刚体动力学分析模块（ANSYS Rigid Dynamics） ）
ANSYS Rigid Dynamics是ANSYS 产品的一个附加模块，它集成于ANSYS Workbench环境下（继承了 Workbench与各种CAD软件之间的良好接口能力，如双向参数链接和互动等），在ANSYS 所具有的柔性 体动力学（瞬态动力学）分析功能的基础上，基于全新的模型处理方法和求解算法（显式积分技术），专 用于模拟由运动副和弹簧连接起来的刚性组件的动力学响应。其功能简述如下： 自动探测运动副 利用自动探测运动副功能来建立零件之间的连接关系。 根据自动探测的结果，可以快速修改运动副的连接关系。 完整的运动副类型和弹簧 利用完整的运动副类型（固定、转动、柱面滑动和转动、平动、滑槽、万向连接、球铰、平 面运动、自定义等） 和弹簧来建立零件之间的连接，提供精确的定位方法保证零件间的定位。 提供体对体(BTB)和体对地(BTG)等连接方法。 与Flexible Dynamics直接耦合 直接耦合 可以和ANSYS 模块的Flexible Dynamics功能在Workbench中实现无缝集成，一次求解同时 得到结构运动结果和强度/变形结果等，并支持柔性体的各种非线性特性（如接触、大变形、 材料非线性等）。 用户可自由定义零件为刚体或柔体，设置相关求解属性，直接计算刚体的位移、速度、加速 度和反作用力以及柔体的变形和应力。真正意义上实现了刚柔动力学分析的直接耦合。 Rigid Dynamics独特的前后处理 独特的前后处理 Windows操作风格 目录树管理模型数据库 支持两个零件连接面（运动关系）的清晰显示 快速高质量的动画显示效果 支持多窗口画面分割显示 自动生成计算报告

基于ANSYSWorkbench对凸轮结构动力学分析

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。

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Dx IT20 L 波长方向的长度 c 弹性波速 E 杨氏模量 E

质量密度
非线性响应
• 非线性响应
–全瞬态分析可包括任何非线性类型. – 更小的 ITS 通常有助于平衡迭代收敛. – 塑性、蠕变及摩擦等非线性本质上是非保守的，需 要精确地遵循载荷加载历程.小的 ITS 通常有助于精 确跟踪载荷历程. – 小的ITS可跟踪接触状态的变化.
– 模态叠加法 – 直接积分法
• 运动方程可以直接对时间按步积分。在每个时间点（time = 0, Dt , 2Dt, 3Dt,….) ，需求解一组联立的静态平衡方程 （F=ma）；
– 需假定位移、速度和加速度是如何随时间而变化的， (积分方案选择) – 有多种不同的积分方案，如中心差分法，平均加速度 法, Houbolt, WilsonQ, Newmark 等.
积分时间步长
• 如何选择 ITS? • 推荐打开自动时间步长选项 (AUTOTS), 并设置 初始时间步长Dtinitial和最小时间步长Dtmin 、最 大时间步长Dtmax. ANSYS 会利用自动时间步长 功能来自动决定最佳时间步长Dt. • 例如: 如果AUTOTS 是打开的， 并且Dtinitial= 1 sec, Dtmin= 0.01 sec, and Dtmax= 10 sec; 那 ANSYS 起始采用 ITS= 1 sec ，并依据结构的响 应允许其在0.01 和 10 之间变动.
缩减/完整结构矩阵
• 求解时既可用缩减结构矩阵，也可用完整结构矩阵； • 缩减矩阵：
– 用于快速求解； – 不允许非线性因素存在 – 根据主自由度写出[K]、[C]和[M]等矩阵，主自由度是完全自由度 的子集； – 缩减的 [K] 是精确的，但缩减的 [C] 和 [M] 是近似的。
• 完整矩阵：
– 不进行自由度缩减，采用完整的[K]、[C]和[M]矩阵； – 下面的讨论都是基于此种方法。
积分时间步长
• ITS 小到足够获取下列动力学现象：
– – – – 响应频率 载荷突变 接触频率 波传播效应
响应频率
• 响应频率
– 不同类型载荷激发系统不同的响 应频率； – ITS小到足够获取所关心的最高 响应频率（最低响应周期）； – 每个循环中有20个时刻点应是足 够的，即：
Dt = 1/20f
式中 ，f 是所关心的最高响应频率。
响应周期
载荷突变
• 载荷突变
– ITS 小到足够获取载荷 突变现象
Load
t
Load
t
接触频率
• 接触频率
– 当两个物体发生接触，间隙或接触 表面通常用刚度（间隙刚度）来描 述； – ITS小到足够获取间隙“弹簧”频 率； – 建议每个循环三十个点，才足以获 取两物体间的动量传递。更小的 ITS 会造成能量损失，并且冲击可 能不是完全弹性的。
1 ITS 30 f c 1 fc 2 k m
f c 接触频率 k 间隙刚度 m 有效质量
波传播
• 波传播
– 由冲击引起。在细长结构中 更为显著（如下落时以一端 着地的细棒） – 需要很小的ITS ，并且在波 传播方向需要精细的网格 – 显式积分法（在ANSYSLS/DYNA采用）可能对此更 为适用
积分时间步长
• AUTOTS对于全瞬态分析缺省是打开的. 对于缩 减法和模态叠加法，是不可用的. • AUTOTS 会减小ITS (直到 Dtmin) 在下列情况:
求解方法
• 时间积分方案 – 两种积分方案 Newmark 和 HHT. 缺省为 Newmark
• 不同的a 和d 造成积分方案的变化 (隐式 / 显式 / 平均加速度 ). • Newmark 是隐式积分方案. • ANSYS/LS-DYNA 利用显式积分方案.
求解方法
• 时间积分方案 HHT 方法 :
第四章 瞬态动力分析
瞬态动力分析总论
• 定义：
– 确定结构在任意随时间变化载荷作用下系统瞬 态响应特性的技术。
• 输入数据：
– 最一般形式是载荷为时间的任意函数；
• 输出数据：
– 随时间变化的位移和其它的导出量，如：应力 和应变。
运动方程
• 基本运动方程
C u K u F t M u
指定 GAMMA 或 ALPHAF/ALPHAM
0 < af < 0.5 am < af
求解方法
• 时间积分方案 – 为了稳定性与精度要求,下列关系需满 足. (HHT 方法退化成 Newmark 当af与am ＝0时）
HHT法可以通过简单指定GAMMA值或指定ALPHAF与 ALPHAM可以得到其他的方法 Hilber, Hughes and Taylor (HHT) Wood, Bossack and Zienkiewicz Chung and Hulbert
积分时间步长
• 积分时间步长（亦称为ITS 或 Dt ）是时间积 分法中的一个重要概念
– ITS = 两个时刻点间的时间增量 Dt ； – 积分时间步长决定求解的精确度，因而其数值应仔 细选取。 – 对于缩减矩阵法与模态叠加法瞬态分析ANSYS 只 允许ITS常值. – 完全法瞬态分析， ANSYS 可以自动调整时间步大 小在用户指定的范围内
• 这是动力学最通常的方程形式，载荷 可以是任意随时间变化的. • 按照求解方法， ANSYS 允许在瞬态动 力分析中包括各种类型的非线性 —— 大变形、接触、塑性等等.
求解方法
求解运动方程
直接积分法
模态叠加法
隐式积分
显式积分
完整矩阵法
缩减矩阵法
完整矩阵法
缩减矩阵法
求解方法
• 两种求解运动学方程方法:
Newmark 方法是求解 t n+1时刻的运动 方程
HHT 方法 –求解中间时间点的运动 方程然后外推到 t n+1. (Note: 缺省HHT方法 am = 0 )
求解方法
• 时间积分方案 - 时间积分参数, γ, a, d, af, am, 通过 求解控制选项输入
– TRNOPT, FULL ,,, ,, NMK|HHT ! 缺省 Newmark – [TINTP,GAMMA,ALPHA,DELTA,THETA ,,, ,,, ALPHAF,ALPHAM]