ANSYS-动力分析

ANSYS动力学分析-瞬态分析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/Professional产品中只允许用模态叠加法。

在研究如何实现这些方法之前，让我们先探讨一下各种方法的优点和缺点。

完全法完全法采用完整的系统矩阵计算瞬态响应（没有矩阵缩减）。

它是三种方法中功能最强的，允许包括各类非线性特性（塑性、大变形、大应变等）。

注─如果并不想包括任何非线性，应当考虑使用另外两种方法中的一种。

这是因为完全法是三种方法中开销最大的一种。

完全法的优点是：·容易使用，不必关心选择主自由度或振型。

·允许各种类型的非线性特性。

·采用完整矩阵，不涉及质量矩阵近似。

·在一次分析就能得到所有的位移和应力。

·允许施加所有类型的载荷：节点力、外加的（非零）位移（不建议采用）和单元载荷（压力和温度），还允许通过TABLE数组参数指定表边界条件。

·允许在实体模型上施加的载荷。

完全法的主要缺点是它比其它方法开销大。

模态叠加法模态叠加法通过对模态分析得到的振型（特征值）乘上因子并求和来计算结构的响应。

此法是ANSYS/Professional程序中唯一可用的瞬态动力学分析法。

模态叠加法的优点是：·对于许多问题，它比缩减法或完全法更快开销更小；·只要模态分析不采用PowerDynamics方法，通过LVSCALE 命令将模态分析中施加的单元载荷引入到瞬态分析中；·允许考虑模态阻尼（阻尼比作为振型号的函数）。

模态叠加法的缺点是：·整个瞬态分析过程中时间步长必须保持恒定，不允许采用自动时间步长；·唯一允许的非线性是简单的点点接触（间隙条件）；·不能施加强制位移（非零）位移。

缩减法缩减法通过采用主自由度及缩减矩阵压缩问题规模。

在主自由度处的位移被计算出来后，ANSYS可将解扩展到原有的完整自由度集上。

（参见“模态分析”中的“矩阵缩减”部分对缩减过程的详细讨论。

）缩减法的优点是：·比完全法快且开销小。

缩减法的缺点是：·初始解只计算主自由度的位移，第二步进行扩展计算，得到完整空间上的位移、应力和力；·不能施加单元载荷（压力，温度等），但允许施加加速度。

·所有载荷必须加在用户定义的主自由度上（限制在实体模型上施加载荷）。

·整个瞬态分析过程中时间步长必须保持恒定，不允许用自动时间步长。

·唯一允许的非线性是简单的点—点接触（间隙条件）。

（1）完全法施加载荷下表总结了瞬态动力分析允许施加的载荷。

除惯性载荷外，其他载荷可以施加到实体模型（关键点、线和面）或有限元模型（节点和单元）上。

<<ANSYS基本过程分析指南>>的§2.3.4施加载荷对各类载荷有详细的介绍。

在分析中，可以施加、运算或删除载荷。

关于实体模型载荷—有限元载荷之间关系的讨论参见<<ANSYS基本过程分析指南>>第二章载荷。

还可以利用一维表（TABLE类型数组）来施加随时间变化的边界条件，详情参见§2.3.4.2.1使用TABLE类型数组参数施加载荷。

瞬态动力学分析中可用的载荷载荷类型范畴更多信息参见：Displacement：UX,UYUZ约束ANSYS基本分析指南中“DOF约束”ROTX,ROTY,ROTZForce,Moment：力ANSYS基本分析指南中“力（集中载荷）”FX,FY,FZMX,MY,MZPressure：PRES 面载荷ANSYS基本分析指南中“表面载荷”Temperature：TEMP体载荷ANSYS基本分析指南中“体载荷”Fluence：FLUEGravity,Spinning等惯性载荷ANSYS基本分析指南中“惯性载荷”完全法瞬态分析的典型命令流下面给出的是可以概括用完全法进行瞬态动力学分析的过程的输入命令流：!Build the Model/FILNAM,...!Jobname/TITLE,...!Title/PREP7!Enter PREP7------!Generate model---FINISH!Apply Loads and Obtain the Solution/SOLU!Enter SOLUTIONANTYPE,TRANS!Transient analysisTRNOPT,FULL!Full methodD,...!ConstraintsF,...!LoadsSF,...ALPHAD,...!Mass dampingBETAD,...!Stiffness dampingKBC,...!Ramped or stepped loadsTIME,...!Time at end of load stepAUTOTS,ON!Auto time steppingDELTIM,...!Time step sizeOUTRES,...!Results file data optionsLSWRITE!Write first load step------!Loads,time,etc.for2nd load step---LSWRITE!Write2nd load stepSA VELSSOLVE,1,2!Initiate multiple load step solutionFINISH!!Review the Results/POST26SOLU,...!Store solution summary dataNSOL,...!Store nodal result as a variableESOL,,,,!Store element result as a variableRFORCE,...!Store reaction as a variablePLV AR,...!Plot variablesPRV AR,...!List variablesFINISH/POST1SET,...!Read desired set of results into databasePLDISP,...!Deformed shapePRRSOL,...!Reaction loadsPLNSOL,...!Contour plot of nodal resultsPRERR!Global percent error(a measure of mesh adequacy)------!Other postprocessing as desired---FINISH（2）模态叠加法施加载荷“模态分析”中已经介绍过模态分析的方法，这里必须注意下面几点：·模态提取法应为子空间法，分块Lanczos法（缺省）、缩减法、子空间法、PowerDynamics 法或QR法（非对称法或阻尼法不能用于模态叠加法）。

另外，PowerDynamics法无法创建载荷矢量；·务必提取出可能对动力学响应有贡献的所有模态；·如果采用缩减法提取模态，则一定要在那些定义了力和间隙条件的节点处指定主自由度；·如果使用QR法提取模态，必须在前处理或模态分析过程中指定所需阻尼（在模态叠加法瞬态动力分析中指定的阻尼将被忽略）。

此时，可以指定ALPHAD 、BETAD 、MP 、DAMP或单元阻尼；不能指定DMPRAT 和MDAMP ；·如果有位移约束，指定之。

如果约束是在模态叠加法的瞬态分析求解过程中指定的而不是在模态分析求解中指定，这些约束将被忽略；·如果在瞬态动力学分析中需要单元载荷（压力、温度、加速度等等），则必须在模态分析中施加它们。

这些载荷在模态分析中将被忽略，但程序会计算出一个载荷向量并将其写入振型文件（Jobname.MODE），然后可以在瞬态分析中用这个载荷向量；·模态叠加法不要求扩展模态。

（但如果要观察振型，则必须扩展振型。

）；·在模态分析与瞬态分析之间不能改变模型数据（例如节点旋转）。

因此在模态叠加法中不能施加压力，否则最后结果全部为0模态叠加法瞬态分析的典型命令流下面是典型的用模态叠加法进行瞬态动力学分析的输入命令流：!Build the Model/FILNAM,...!Jobname/TITLE,...!Title/PREP7!Enter PREP7------!Generate model---FINISH!Obtain the Modal Solution/SOLU!Enter SOLUTIONANTYPE,MODAL!Modal analysisMODOPT,REDU!Reduced methodM,...!Master DOFTOTAL,...D,...!ConstraintsSF,...!Element loadsACEL,...SA VESOLVEFINISH!Obtain the Mode Superposition Transient Solution/SOLU!Re-enter SOLUTIONANTYPE,TRANS!Transient analysisTRNOPT,MSUP,...!Mode superposition methodLVSCALE,...!Scale factor for element loadsF,...!Nodal LoadsMDAMP,...!Modal damping ratiosDELTIM,...!Integration time step sizesLSWRITE!Write first load step(Remember:the first load step ---!is solved statically at time=0.)------!Loads,etc.for2nd load stepTIME,...!Time at end of second load stepKBC,...!Ramped or stepped loadsOUTRES,...!Results-file data controls---LSWRITE!Write2nd load step(first transient load step)SA VELSSOLVE!Initiate multiple load step solutionFINISH!Review results of the mode superposition solution/POST26!Enter POST26FILE,,RDSP!Results file is Jobname.RDSPSOLU,...!Store solution summary dataNSOL,...!Store nodal result as a variablePLV AR,...!Plot variablesPRV AR,...!List variablesFINISH!Expand the Solution/SOLU!Re-enter SOLUTIONEXPASS,ON!Expansion passNUMEXP,...!No.of solutions to expand;time range OUTRES,...!Results-file data controlsSOLVEFINISH!Review the Results of the Expanded Solution/POST1SET,...!Read desired set of results into database PLDISP,...!Deformed shapePRRSOL,...!Reaction loadsPLNSOL,...!Contour plot of nodal resultsPRERR!Global percent error(a measure of mesh adequacy) ------!Other postprocessing as desired---FINISH。