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ANSYS瞬态动力学分析完整教程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(integrationtime 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。
§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稳态和瞬态分析步骤简述稳态和瞬态分析是工程领域中常用的计算分析方法，用于对系统的运行状态和响应进行评估和优化。
本文将简述ANSYS软件中稳态和瞬态分析的步骤。
稳态分析通常用于评估系统在稳定运行情况下的性能。
稳态分析步骤主要包括几何创建、材料定义、加载和边界条件设定、求解和结果分析。
1.几何创建：稳态分析的第一步是通过ANSYS中的CAD工具创建系统的几何模型。
可以使用ANSYS自带的几何建模工具或导入外部CAD文件。
根据具体问题的要求，可以创建二维或三维模型。
2.材料定义：在稳态分析中，需要确定系统中各个组件的材料特性。
可以从ANSYS软件的材料库中选择标准材料，也可以自定义材料特性。
对于复杂材料特性的模拟，可以使用ANSYS中的材料建模工具进行进一步定义。
3.加载和边界条件设定：在进行稳态分析前，需要确定系统的加载和边界条件。
加载可以是体力加载（如重力、力、压力等）或表面力加载（如热通量、表面摩擦等）。
边界条件设定包括约束和支撑条件，如固定支座、滑动支座等。
4.求解：稳态分析中，需要对系统的方程进行求解，得到系统在稳态运行状态下的响应。
ANSYS中使用有限元法进行求解，将系统离散为有限个单元，并对每个单元进行数学建模，建立线性方程组。
然后采用迭代算法求解方程组，得到系统的稳态响应。
5.结果分析：稳态分析完成后，可以对求解结果进行分析和评估。
ANSYS提供了丰富的结果展示和分析工具，可以对应力、位移、应变等进行可视化展示，也可以进行数据提取和报表输出。
瞬态分析通常用于评估系统在动态或瞬时加载下的响应。
瞬态分析步骤与稳态分析类似，但在加载和求解方面略有不同。
1.几何创建：瞬态分析的几何创建步骤与稳态分析相同。
2.材料定义：瞬态分析时，需要对系统的材料特性进行定义，与稳态分析相同。
3.加载和边界条件设定：在瞬态分析中，加载可以是冲击、脉冲或周期性加载等。
边界条件设定与稳态分析类似。
4.求解：瞬态分析中，需要对系统的动态方程进行求解。
瞬态动力学分析步骤进行瞬态动力学分析主要有：FULL(完全法)、Reduced(缩减法)和ModeSuperposition(模态叠加法)。
书上介绍的一般都是FULL法,其分析过程主要有8个步骤：(1)前处理(建立模型和划分网格)(2)建立初始条件(3)设定求解控制器(4)设定其他求解选项(5)施加载荷(6)设定多载荷步(7)瞬态求解(8)后处理(观察结果)1Full法步骤具体步骤如下：第1步：载入模型Plot>Volumes第2步：指定分析标题并设置分析范畴1设置标题等UtilityMenu>File>ChangeTitleUtilityMenu>File>ChangeJobnameUtilityMenu>File>ChangeDirectory2选取菜单途径MainMenu>Preference单击Structure,单击OK第3步：定义单元类型MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,出现ElementTypes对话框，单击Add出现LibraryofElementTypes对话框，选择StructuralSolid,再右滚动栏选择Brick20node95,然后单击OK,单击ElementTypes对话框中的Close按钮就完成这项设置了。
第4步：指定材料性能选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels。
出现DefineMaterialModelBehavior对话框，在右侧Structural>Linear>Elastic>Isotropic,指定材料的弹性模量和泊松系数，Structural>Density指定材料的密度，完成后退出即可。
第5步：划分网格选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool出现MeshTool对话框，一般采用只能划分网格，点击SmartSize下面可选择网格的相对大小（太小的计算比较复杂，不一定能产生好的效果，一般做两三组进行比较），保留其他选项，单击Mesh出现MeshVolumes对话框，其他保持不变单击PickAll,完成网格划分。
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。
ANSYS三种动力学分析方法的一般步骤
完全法瞬态动力分析（在ANSYS/Multiphsics、ANSYS/Mechauioal及ANSYS/Structural中可用）由以下步骤组成：
1.建造模型
2.建立初始条件
3.设置求解控制
4.设置其他求解选项
5.施加载荷
6.存储当前载荷步的载荷设置
7.重复步骤3-6定义其他每个载荷步
8.备份数据库
9.开始瞬态分析
10.退出求解器
11.观察结果
模态叠加法通过乘以放大系数后的振型（从模态分析得到）叠加求和来计算结构的动力学响应。
这种方法在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Structural及ANSYS/Professional中是可用的。
使用这种方法的过程由五个主要步骤组成：
1.建造模型；
2.获取模态解；
3.获取模态叠加法瞬态分析解；
4.扩展模态叠加解；
5.观察结果。
缩减（Reduced）法是用缩减矩阵来计算动力学响应，在ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical及ANSYS/Structural中均可采用。
如果在分析中不准备包含非线性特性（除了简单的节点对节点接触），就可以考虑使用这种方法。
缩减法瞬态动力学分析的过程由五个主要步骤组成：
1.建造模型；
2.获取缩减解；
3.观察缩减法求解结果；
4.扩展解（扩展处理）；
5.观察已扩展解的结果。
在这些步骤中，第一步和完全法中的相同，不过不允许有非线性特性（简单的节点对节点接触除外，它是被指定为间隙条件而非单元类型）。
其它步骤的细节在下面解释。
ANSYS培训教程：瞬态动力学分析的基本步骤用不同的瞬态动力学方法进行分析时，进行瞬态动力学分析的过程不尽相同。
下面我们首先描述如何用完全法进行瞬态动力学分析的基本步骤，然后在列出用缩减法和模态叠加法时的不同地方。
完全法瞬态动力学分析过程由三个主要步骤组成：1．建模2．加载及求解3．结果后处理模型的建立建模过程和其它类型的分析类似，但应注意以下几点：1．可以用线性和非线性单元。
2．必须指定弹性模量EX(或某种形式的刚度)和密度DENS(或某种形式的质量)，材料特性可以是线性的或非线性的，各向同性的或各向异性的，恒定的或和温度有关的。
在划分网格时需要记住以下几点：1. 有限元网格需要足够精度以求解所关心的高阶模态；2. 感兴趣的应力应变区域的网格密度要比只关系位移的区域相对加密一些；3．如果想包含非线性，网格应当细到能够扑捉到非线性效果。
例如，对于塑性分析来说，它要求在较大塑性变形梯度的平面内有一定的积分点密度，所以网格必须加密；4．如果对波传播效果感兴趣，网格应当细到足以解算出波。
基本准则是沿波的传播方向每一波长至少有20个单元。
加载并求解在这一步中，要定义分析类型及选项，加载，指定载荷步选项，并开始有限元求解。
具体步骤如下：1．进ANSYS求解器命令：/SOLUGUI：Main Menu | Solution2．指定分析类型和分析选项（1）指定分析类型(ANTYPE)选择开始一个新的分析。
如果已经完成了静力学预应力或完全法瞬态动力学分析并准备对时间历程进行延伸，或者想重新启动一次失败的非线性分析，则可用Restart。
(Restart要求初始求解过程中生成的文件Jobname.EMAT，Jobname.ESAV及Jobname.DB存在。
新得到的解结果将被附加在初始结果文件Jobname.RST中)。
从弹出的对话框中选择瞬态动力学分析(Transient)，并指定位完全法(Full)。
对于质量阵形成方法(Mass Matrix Formulation)建议在大多数分析应用中采用缺省的质量阵形成方式。
但对某些包含“薄膜”结构的问题，如细长梁或非常薄的壳，采用集中质量矩阵近似或许会产生较好的结果。
另外，集中质量阵所需运行时间短，所占内存较低。
命令：ANTYPE（2）指定分析选项通过GUI路径：Main Menu | Solution | Analysis Type | Analysis Options打开完全法瞬态动力学分析(Full Transient Analysis)选项对话框(见图10.12)，对话框中主要有选项组：� Large Deformation Effects (大变形选项)：NLGEOM 当需要考虑大变形(如弯曲的细长棒)或者大应变(如金属成型问题)时，打开(ON)此选项。
大变形和大应变属于几何非线性，在非线性分析中详细介绍。
程序缺省的假定是小变形和小应变。
� Stress Stiffening Effects (应力刚化效应)：SSTIF 在下列情况下选择ON(缺省是OFF)：在小变形分析中希望结构中的应力显著地增加(或降低)结构的刚度；在大变形分析中如果需要用此选项帮助收敛。
� Newton-Raphson Options (牛顿－拉普森选项)：NROPT 此选择指定在求解期间切线矩阵被刷新的频率。
仅在存在非线性时有用。
� 选择Equation Solver (求解器)：EQSLV用来指定求解器，其中Iterative(自动选择)仅用于线性静力分析/完全法瞬态动力学分析或稳态/瞬态热力学分析，建议用此求解器。
对于大型模型建议采用PCG求解器。
3．在模型上加载瞬态动力学分析包含数值为时间函数的载荷。
要指定这样的载荷，需将载荷对时间的关系曲线划分成合适的载荷步。
在载荷/时间曲线上的每个“拐角”都应做为一个载荷步，如图10.13所示。
第一个载荷步通常被用来建立初始条件，然后要指定后继的瞬态载荷及加载步选项。
对于每个载荷步，都要指定载荷值和时间值，同时要指定其它的载荷步选项，如载荷是按Stepped还是Ramped方式施加的，是否使用自动时间步长等。
最后将每一个载荷步写入文件并一次性求解所有载荷步。
（1）加初始条件施加瞬态载荷的第一步是建立初始条件(即零时刻时的情况)。
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。
如果没有进行特意设置，初始位移和初始速度都被假定为零。
下面描述了如何施加不同组合形式的初始条件。
� 零初始位移和零初始速度这是缺省的初始条件。
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。
� 零初始位移和非零初始速度。
非速度是通过对结构中需要指定速度的部分加上小时间间隔上的小位移来实现。
� 非零初始位移和非零初始速度。
上面的情形相似，不过施加的位移是真实数值而非“小”数值。
� 非零初始位移和零初始速度。
需要用两个子步[NSUBST,2]来实现，所加位移在两个子步间是阶跃变化的[KBC,1]。
如果位移不是阶跃变化的，所加位移将随时间变化，从而产生非零初速度。
� 非零初始加速度。
可以近似地通过在小的时间间隔内指定要加的加速度实现。
命令：ICGUI：Main Menu | Solution | Define Loads | Apply | Initial Condit’n | Define（2）加瞬态载荷部分ANSYS通用的约束、力、面载荷、体载荷和惯性载荷在瞬态动力学分析中都能用。
在分析过程中对载荷的施加、删除、列表或操作都跟其它分析一样。
4．设置求解控制选项（1）进入求解控制对话框选择菜单路径：Main Menu | Solution | Analysis Type | Sol’n Controls，将弹出求解控制(Solution Controls)对话框，如下图所示。
（2）Basic选项卡A：在设置ANTYPE和NLGEOM时，如果想开始一个新的分析且忽略几何非线性（如大转动、大挠度和大应变）的影响，那么选择“Small Displacement Transient”选项；入股要考虑几何非线性的影响（通常是受细长梁考虑大挠度或者金属成型时考虑大应变），则选择“Large Displacement Transient”选项；如果想重新开始一个失败的非线性分析，或者将刚做完的静力分析结果作为预应力，或者刚做完瞬态动力学分析，想要扩展其结果，选择“Restart CurrentAnalysis”选项。
B：在设置AUTOTS时，须记住荷载步选项（通常称为瞬态动力学最优时间步）是根据结构的响应来确定是否开启。
对大多数结构而言，推荐打开自动调整时间步长选项，并利用DELTIM和NSUBST设定时间积分步的最大和最小值。
（3）Transient选项卡A：TIMINT：该动态荷载选项表示是否考虑时间积分的影响。
当考虑惯性力和阻尼时，必须考虑时间积分的影响，否则，ANSYS只会给出静力分析解，所以默认情况下，该选项是打开的。
从静力学分析的结果开始瞬态动力学分析时，该选项特别有用，也就是说，第一个荷载步不考虑时间积分影响。
B：ALPHAD和BETAD：该动态选项表示阻尼。
阻尼是已知的而且不可忽略的，所以必须考虑。
C：TINTP：该动态荷载选项表示瞬态积分参数，该参数用于Newmark时间积分方法。
（4）设置其他求解控制选项在瞬态动力学中的其他求解选项（如应力刚化效应、牛顿-拉普森选项、蠕变选项、输出控制选项、结果外推选项）跟静力学分析中是一样的，不同的是预应力、阻尼、质量矩阵等几个选项。
A：预应力计算【PSTRES】ANSYS允许在分析中包含预应力，例如，可以将先前的静力学分析或动力分析结果作为预应力施加到当前分析上，它要求必须存在先前结果文件。
B：阻尼选项【MP,DAMP/COMBIN7等】利用该选项加入阻尼。
在大多数情况下，阻尼是已知的，不能忽略。
可以在瞬态动力学分析中设置如下几种阻尼形式：材料阻尼（MP,DAMP）单元阻尼（COMBIN7等）C：质量矩阵公式【LUMPM】5. 指定载荷步选项下面是瞬态动力学分析中用到的载荷步选项。
(1) 普通选项� Time (时间)这个选项指定载荷步的终止时间。
第一个载荷步的缺省值是1.0，以后每一个载荷步都递增1.0。
尽管时间对静力分析没有物理意义(除了蠕变、粘塑性或其他的依材料性质而定的行为)，但涉及到载荷步、载荷子步时是很方便的工具。
命令：TIMEGUI：Main Menu | Solution | Load Step Opts | Time/Frequence | Time & Time Step/Time & Substeps� Integration Time Step (时间步大小)这个选项用来定义当前载荷步的大小。
命令：DELTIM /NSUBSTGUI：Main Menu | Solution | Load Step Opts | Time/Frequence| Time & Time Step/Time & Substeps� Automatic Time Stepping (自动时间步)对于非线性分析，该选项决定子步间载荷增加的程度，并在求解时决定增大还是减小时间步。
缺省为程序选择(Prog Chosen) 命令：AUTOTSGUI：Main Menu | Solution | Load Step Opts | Time/Frequence | Time & Time Step/Time & Substeps� Stepped or Ramped Loads (斜坡或阶跃选项)这个选项用来确定所加载荷值是按阶跃加载(KBC,1)，还是用斜坡加载(KBC,0)，如果是阶跃加载，全部载荷值加在了第一个载荷子步，后续载荷步的载荷值和第一个保持同值。
缺省时是斜坡加载，每个子步的载荷值顺次增加。
命令：KBCGUI：Main Menu | Solution | Load Step Opts | Time/Frequence | Time & Time Step/Time & Substeps（2）动力学选项� TIMINT：Time Integration Effects (时间积分效果) 分析中考虑了惯性和阻尼影响时必须打开时间积分效果(否则将进行静力学分析)。
