瞬态电路的分析

第16章 瞬态动力学分析

第1节 基本知识

瞬态动力学分析，亦称时间历程分析，是确定随时间变化载荷作用下结构响应的技术。它的输入数据是作为时间函数的载荷，可以是静载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用。输出数据是随时间变化的位移及其它导出量，如：应力、应变、力等。

用于瞬态动力分析的运动方程为：

tFuKuCuM

其中：式中[M]为质量矩阵；[C]为阻尼矩阵；[K]为刚度矩阵。

所以在瞬态动力分析中密度或质点质量、弹性模量及泊松比、阻尼等因素均应考虑，在ANSYS分析过程中密度或质量、弹性模量是必须输入的，忽略阻尼时可以选忽略选项。

瞬态动力学分析可以应用于承受各种冲击载荷的结构，如：炮塔、汽车车门等，应用于承受各种随时间变化载荷的结构，如：混凝土泵车臂架、起重机吊臂、桥梁等，应用于承受撞击和颠簸的办公设备，如：移动电话、笔记本电脑等，同时ANSYS在瞬态动力学分析中可以使用线性和非线性单元（仅在完全瞬态动力学中使用）。材料性质可以是线性或非线性、各向同性或正交各项异性、温度恒定的或温度相关的。分析结果写入jobname.RST文件中。可以用POST1和POST26观察分析结果。

表16-1 常用的分析类型和分析选项

选项 命令 GUI 路径 备注

New Analysis Type ANTYPE MainMenu>Solution>AnalysisType>

New Analysis Transient（瞬态）

Solution Method TRNOPT Main Menu>Solution>Analysis Options Full / Reduced / Mode superpos’n

Mass Matrix Formulation LUMPM Main Menu>Solution>Analysis Options “薄膜”结构使用 如：细长梁、薄壳

电路的3种工作状态

电路是电子技术中的基础概念，它是由电子元件按照一定的组织方式连接而成的。在电路中，电子元件起到连接、控制、放大、转换电信号的作用。电路的工作状态主要有三种，分别是稳态、瞬态和暂态。本文将分别介绍这三种工作状态。

一、稳态

稳态是指电路中各个元件的电压、电流等物理量达到稳定的状态，不随时间变化。在稳态下，电路中的电子元件的特性参数保持不变，电路中的电压、电流等物理量可以通过各种方法进行计算和分析。稳态分析是电路设计和故障诊断的基础，因为在稳态下，电路中的各个元件工作可靠，电路的性能可以得到准确的评估。

稳态分析通常包括直流稳态分析和交流稳态分析。直流稳态分析主要研究电路中直流电源和直流元件的工作情况，例如电阻、电容和电感等。交流稳态分析则是研究电路中交流电源和交流元件的工作情况，例如电容、电感、电阻、二极管和晶体管等。通过稳态分析，可以确定电路中各个元件的工作状态，为电路设计和故障排查提供参考。

二、瞬态

瞬态是指电路中的各个元件在电路通电或断电的瞬间，电压、电流等物理量会发生短暂的变化。在瞬态过程中，电路中的电子元件的特性参数不再保持稳定，而是随着时间的推移而发生变化。瞬态分析主要研究电路中的电压、电流等物理量在瞬态过程中的变化规律。

瞬态分析对于电路设计和故障诊断同样重要。在电路通电或断电瞬间，电子元件可能会受到电压过高或过低的冲击，从而造成元件损坏或工作不稳定。通过瞬态分析，可以确定电路中各个元件在瞬态过程中的工作状态，为电路设计和故障排查提供参考。

三、暂态

暂态是指电路中的各个元件在电路发生突变或干扰的瞬间，电压、电流等物理量会出现瞬时的变化。暂态分析主要研究电路中各个元件在暂态过程中的响应和恢复情况。在电路发生突变或干扰时，电子元件可能会受到电压幅度、频率等参数的变化，从而导致电路的工作状态发生变化。

暂态分析对于电路设计和故障诊断同样重要。在电路发生突变或干扰时，电子元件的响应和恢复情况决定了电路的工作性能和稳定性。通过暂态分析，可以评估电路中各个元件在暂态过程中的工作状态，为电路设计和故障排查提供参考。

课 题 13—2RC电路的瞬态过程

时间：1月3日

教学目标 1．了解RC电路瞬态过程中电压和电流随时间而变化的规律。

2．能确定时间常数、初始值和稳态值三个要素，并了解其意义。

教学重点 1．时间常数的物理意义。

2．RC电路充、放电时电流、电压的变化规律。

教学难点 时间常数的物理意义。

课前复习

1．什么叫瞬态过程？

2．引起瞬态过程的原因。

3．什么是换路定律。

第二节 RC电路的瞬态过程

一、RC电路的充电。

1．电路

2．

初始值 稳态值

uC（0+）0 uC（）E

uR（0+）E uR（）0

i（0+）ER i（）0

3．电压、电流的变化规律

iREetτ

uCE (1etτ)

4．曲线

5．RC，R－电容两端的输入电阻。

 的意义：瞬态过程已经变化了总变化量的63%（下余37%）所经过的时间。 越大，则充放电的速度越慢，瞬态过程越长。

t(3～5)  时，电路进入稳态。 例：本节5例1

二、RC电路的放电

1．电路

2．电压、电流的变化规律

uCE et

uRE et

iREet

3．函数曲线

例：P 206 例2

课堂练习 习题（《电工基础》第2版周绍敏主编）

1．是非题（1）～（7）。

2．选择题（1）～（8）。

课堂小结 1．RC电路充放电电流、电压的变化规律。

2． 的物理意义。

布置作业 习题（《电工基础》第2版周绍敏主编）

4．计算题（4）、（5）。

第二章 电路的瞬态分析

课 堂 设 计

项 目 内 容

授课题目 RC电路的瞬态分析

授课目的 了解RC瞬态分析的分类和运算

教学重点 RC电路的零输入相应、零状态相应

授课方法 理论讲解 阅读自学 多媒体辅助 课堂练习

授课时间 2学时

育人措施 通过课堂练习，引发讨论，学会分析电路暂态分析。

内

容

结

构

与

方

法

步

骤 讲授

准

备 准备教具，清点人数，宣布授课提要等。 3分钟 陈述式

讲

授

实

施 授

课

内

容 RC电路的零输入响应 30分钟 ★ 理论讲解

多媒体演示

RC电路的零状态响应 25分钟 ★ 理论讲解

多媒体演示

RC电路的全响应 25分钟 课堂练习

理论讲解

思想工作 5分钟 随 机

评比竞赛

小结讲评 5分钟 陈述式

课

终

讲

评 回顾内容

强调重点

布置作业

讲 评 2分钟 集体组织

陈述式

备

注 1．总时间为2课时，100分钟；

2．★ 表示重点内容。

讲 授 准 备

１．写好教案，准备多媒体教室并试验课件；

３．清点到课人数，登记教学日志；

４．接受报告，如有首长听课，须向首长报告。

课目：RC电路的瞬态分析

目的：1、RC电路的零输入响应。

2、RC电路的零状态响应。

3、RC电路的全响应。

内容：一、RC电路的零输入响应

二、RC电路的零状态响应

三、RC电路的全响应

方法：理论讲解、多媒体演示、课堂练习

时间：2课时

地点：教室

要求：1．遵守课堂纪律，姿态端正，认真听讲；

2．理论联系实际，做到学用结合；

3．认真讨论，积极踊跃发言。

保障：１．教材和笔记本；

２．多媒体课件和教鞭。

３．多媒体教室。

讲 授 实 施

2.4 RC电路的瞬态分析

本节导学：本节主要学习RC电路的零输入相应、零状态相应和全相应的微分方程。公式比较多，其实都是全相应的微分方程的解。