ANSYS结构动力学分析-1

第一章ANSYS与结构分析1.1 ANSYS功能与软件结构工程和制造业的生命力在于产品的创新，而计算机的发展和广泛应用大大提高了产品开发、设计、分析和制造的效率和产品性能，用计算机对设计产品实时或进行随后的分析称为计算机辅助工程。

即CAE（Computer Aided Engineering）。

该技术是由计算机技术和工程分析技术相结合形成的新兴技术，它涉及计算力学、计算数学、结构动力学、数字仿真技术、工程管理学与计算机技术等学科。

随着有限元理论和计算机硬件的发展，CAJ软件和技术越来越成熟，已逐渐成为工程师实现工程创新和产品创新的得力助手和有效工具。

大型通用CAE软件可对多种类型功能和产品物理力学性能进行分析，其应用范围及其广泛，如ANSYS、ADINA、NASTRAN、MARC、ABAQUS、ADAMS、I-DEAS、SAP 等。

ANSYS软件是融结构、流体、电磁场、声场和热场分析于一体的大型大型通用有限元分析软件，可广泛应用于土木、地质、矿业、材料、机械、仪器仪表、热工电子、水利、生物医学和原子能等工程的分析和科学研究。

它可在大多数计算机和操作系统（如Windows、UNIX、Linux、HP-UX等）中运行，可与大多数CAD软件接口。

1970年，Dr.John.Swanson成立了Swanson Analysis System，Inc，后来重组后改称AN-SYS公司，总部设在美国宾西法尼亚州的匹兹堡。

近几年来，ANSYS 软件发展迅速，功能不断增强，目前最高版本为11.0beta。

1.1.1 ANSYS软件的技术特点ANSYS的主要技术特点如下：（1）强大的建模能力：仅靠ANSYS本身就可建立各种复杂的几何模型，可采用自底向上、自顶向下或两者混合建模方法，通过各种布尔运算和操作建立所需几何实体。

（2）强大的求解能力：ANSYS提供了数种求解器，主要类型有迭代求解器（预条件共轭梯度、雅可比共轭梯度、不完全共轭梯度），直接求解器（波前、稀疏矩阵）、特征值求解法（分块Lanczos法、子空间法、凝聚发、QR阻尼法）、并行求解器(分布式并行、代数多重网格)等,用户可根据问题类型选择合适的求解器。

ANSYS结构静力学与动力学分析教程第一章：ANSYS结构静力学分析基础ANSYS是一种常用的工程仿真软件，可以进行结构静力学分析，帮助工程师分析和优化设计。

本章将介绍ANSYS的基本概念、步骤和常用命令。

1.1 ANSYS的基本概念ANSYS是一款基于有限元方法的仿真软件，可以用于解决各种工程问题。

其核心思想是将结构分割成有限数量的离散单元，并通过求解线性或非线性方程组来评估结构的行为。

1.2 结构静力学分析的步骤进行结构静力学分析一般包括以下步骤：1）几何建模：创建结构的几何模型，包括构件的位置、大小和形状等信息。

2）网格划分：将结构离散为有限元网格，常见的有线性和非线性单元。

3）边界条件：定义结构的边界条件，如固定支座、力、力矩等。

4）材料属性：定义结构的材料属性，如弹性模量、泊松比等。

5）加载条件：施加外部加载条件，如力、压力、温度等。

6）求解方程：根据模型的边界条件和加载条件，通过求解线性或非线性方程组得到结构的响应。

7）结果分析：分析模拟结果，如应力、应变、变形等。

1.3 ANSYS常用命令ANSYS提供了丰富的命令，用于设置分析模型和求解方程。

以下是一些常用命令的示例：1）/PREP7：进入前处理模块，用于设置模型的几何、边界条件和材料属性等。

2）/SOLU：进入求解模块，用于设置加载条件和求解方程组。

3）/POST1：进入后处理模块，用于分析和可视化模拟结果。

4）ET：定义单元类型，如BEAM、SOLID等。

5）REAL：定义单元材料属性，如弹性模量、泊松比等。

6）D命令：定义位移边界条件。

7）F命令：定义力或压力加载条件。

第二章：ANSYS结构动力学分析基础ANSYS还可以进行结构动力学分析，用于评估结构在动态载荷下的响应和振动特性。

本章将介绍ANSYS的动力学分析理论和实践应用。

2.1 结构动力学分析的理论基础结构动力学分析是研究结构在动态载荷下的响应和振动特性的学科。

它基于质量、刚度和阻尼三个基本量，通过求解动态方程来描述结构的振动行为。

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。

ANSYS结构动力学分析ANSYS（Analysis System）是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件。

它可以用于解决多种工程问题，包括结构动力学分析。

结构动力学分析是研究结构物在外部载荷作用下的响应和行为的过程。

通过使用ANSYS进行结构动力学分析，可以更好地理解结构物的振动特性、响应状况和其对外部激励的耐受能力。

ANSYS结构动力学分析的基本原理是有限元分析。

有限元分析是一种将结构物划分为多个小单元，然后通过数学模型对这些单元进行计算的方法。

在结构动力学分析中，需要考虑结构物的材料特性、物理特性以及外部载荷的作用。

ANSYS提供了丰富的材料模型和边界条件设置，可以满足不同结构物的分析需求。

1.建立模型：首先需要根据实际结构物的几何形状和尺寸，在ANSYS中建立结构物的有限元模型。

可以通过几何建模工具进行模型构建，也可以导入CAD软件中的模型。

2.材料定义：根据结构物的实际材料特性，在ANSYS中定义材料属性。

可以选择已有材料库中的材料，也可以自定义材料特性。

3.网格划分：将结构物分割为小单元，即有限元网格。

网格划分的质量和密度对分析结果影响很大，需要根据结构物的特点进行合理划分。

4.条件加载：设置结构物的边界条件和加载条件。

边界条件包括约束条件和加载条件。

约束条件固定结构物的一些边界或节点，而加载条件是施加在结构物上的外部载荷。

5.求解器设置：选择适当的求解器来求解结构动力学问题。

ANSYS提供了多种求解器，包括静态求解器和动态求解器。

6.分析和评估：运行结构动力学分析，获得结构物在外部载荷下的响应结果。

可以通过动力响应、位移、应力、变形等指标来评估结构物的性能。

7.结果后处理：根据分析结果进行后处理，生成相应的报告和图形。

可以通过ANSYS提供的后处理工具进行结果可视化和数据分析。

ANSYS结构动力学分析在工程领域有着广泛的应用。

例如，可以用于评估建筑物、桥梁、风力发电机组等结构物的自然频率、模态形态和振动特性，从而进行设计优化和结构安全性评估。

§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。

ANSYS动力学分析指南——模态分析ANSYS动力学分析是一种用于评估和优化机械结构、系统或装置的动态性能的分析方法。

其中模态分析是其中一种常见的分析类型，通过模态分析可以获取结构的固有频率、振型和模态质量等信息，从而更准确地评估结构的动态响应。

下面是一个ANSYS动力学模态分析的步骤指南：1.导入几何模型：首先，需要将几何模型导入到ANSYS中。

可以使用ANSYS自带的几何建模工具创建模型，也可以从CAD软件中导入现有模型。

在导入几何模型时，需要确保模型的几何尺寸和几何形状正确无误。

2.建立材料属性：为了进行动力学分析，在模型中必须定义材料的属性。

这包括材料的密度、弹性模量、泊松比等。

如果需要考虑材料的各向异性，还需要定义合适的各向异性参数。

3.设置边界条件：为了模拟真实工程环境下的载荷作用，需要为模型设置适当的边界条件。

这包括固支约束、加载条件和约束条件等。

在模型中的各个节点上，需要确保边界条件的正确性和合理性。

4.选择求解器类型：ANSYS提供了多种求解器类型，可以根据实际需求选择合适的求解器。

在动力学模态分析中，通常使用的是频域求解器或模型超级定法(Modal Superposition Method)求解器。

5.网格划分：在进行动力学模态分析之前，需要对模型进行网格划分。

网格划分的目的是将连续的结构离散为有限的单元，从而对模型进行数值求解。

在网格划分时，需要根据模型的复杂程度和准确性要求进行适当的划分。

6.设置求解参数：在进行动力学模态分析之前，需要设置一些求解参数。

这包括求解器的收敛准则、求解的频率范围和预期的模态数量等。

这些参数的设置可以影响到求解结果的准确性和计算效率。

7.进行模态分析：设置好求解参数后，可以进行动力学模态分析。

在分析过程中，ANSYS会通过计算结构的固有频率和振型来评估结构的动态响应。

如果需要获取更多的信息，可以通过后处理功能查看模态质量、模态阻尼和模态形状等结果。

基于ANSYS的机械结构动力学仿真分析随着科技的发展和计算机技术的进步，基于数值仿真的工程分析已经成为工程师们不可或缺的工具。

机械结构动力学仿真分析是其中的重要一环，它可以帮助我们在设计过程中预测和优化结构的动态响应。

本文将介绍基于ANSYS的机械结构动力学仿真分析的基本原理和应用，并探讨其在实际工程中的意义和局限性。

1. 简介机械结构动力学仿真分析是通过计算机模拟机械结构在不同工况下的动态行为。

它基于有限元方法和数值分析理论，将结构划分为许多小的有限元单元，通过求解其力学方程和模态方程，得到结构在不同载荷下的位移、应力和模态等关键参数。

2. 有限元建模在进行机械结构的动力学仿真分析前，首先需要进行有限元建模。

有限元建模是将实际结构的几何形状、材料特性和边界条件转化为有限元模型的过程。

我们可以使用ANSYS的建模工具，如Preprocessing模块，快速而准确地构建出机械结构的有限元模型。

3. 动力学分析在有限元建模完成后，我们可以通过ANSYS的求解器对机械结构的动力学行为进行分析。

动力学分析主要包括静态分析、模态分析和频率响应分析。

静态分析用于计算结构在受到静态载荷作用下的变形和应力分布。

模态分析则可以得到结构的固有频率和模态形态，帮助我们了解结构的共振情况。

频率响应分析可以用于预测结构在不同频率下的响应，其结果可以用于设计抗震、降噪等结构。

4. 结果分析与优化在动力学分析完成后，我们可以通过ANSYS的后处理工具，如Postprocessing模块，对分析结果进行可视化和分析。

我们可以得到结构的位移、应力、应变、模态等信息，并进行进一步的研究和分析。

我们还可以通过参数优化技术，在设计阶段对结构进行优化，以满足特定的性能需求。

5. 案例分析下面以一个简单的案例来介绍基于ANSYS的机械结构动力学仿真分析的应用。

假设我们要设计一种工业机器人的机械臂，我们需要对其进行动力学分析，以确保其在工作时具有良好的稳定性和运动性能。

ANSYS结构动力学分析解析结构动力学分析是研究结构在受到外力作用下的振动和响应情况。

在ANSYS中，结构动力学分析可以用于预测结构在振动或冲击载荷下的响应情况，进一步了解结构的强度和稳定性。

在这种分析中，结构通常被建模为弹性体，可以考虑材料的非线性性能和几何形状的复杂性。

要进行结构动力学分析，首先需要建立结构的有限元模型。

在ANSYS 中，可以使用多种方法进行建模，包括直接建模、利用CAD软件导入几何模型、导入现有的有限元模型等。

建模的关键是准确描述结构的几何形状、材料属性、约束条件等。

在建立了结构的有限元模型之后，就可以定义载荷和边界条件。

在结构动力学分析中，载荷通常包括外力和初始条件。

外力可以是静力或动力加载，可以通过施加比例和非比例的负载，来模拟不同的工况。

初始条件包括结构的初始位移、速度和加速度等。

通过定义这些载荷和边界条件，可以模拟出结构在不同工况下的运动和响应。

完成载荷和边界条件的定义后，就可以进行结构动力学分析了。

在ANSYS中，可以选择多种求解方法，包括模态分析、频率响应分析和时程分析等。

模态分析是结构动力学分析的基础，可以得到结构的固有频率、振型和模态质量等信息。

频率响应分析是针对特定的激励频率进行的分析，可以得到结构的频率响应函数和响应谱等信息。

时程分析是根据实际的载荷时间历程进行的分析，可以得到结构在时间上的响应情况。

在进行结构动力学分析时，需要对结果进行后处理和分析。

ANSYS提供了丰富的后处理工具，可以对结构的位移、应力、应变、振动模态等进行可视化和统计分析。

可以通过这些分析结果，进一步评估结构的强度、稳定性和可靠性等。

总之，ANSYS提供了强大的结构动力学分析解析方案，可用于预测结构在振动和冲击载荷下的响应情况。

通过建立有限元模型、定义载荷和边界条件、进行求解和后处理，可以对结构的运动和响应进行深入分析和评估。

这些分析结果对于设计优化、故障诊断和结构安全评估等方面具有重要意义。

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)。