ANSYS瞬态动力学分析步骤

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：

M KJ+ C KJ+ K K}= F （t）}

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

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<>）。<>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。

有许多数值方法可用于求解上面的方程。ANSYS提供了7种方法模态提取方法，下面分别进行讨论。

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。在实际工程中，通过ANSYS Workbench瞬态动力学仿真，工程师可以更全面、深入地了解产品性能，为工程设计和优化提供有力支持。

ANSYS

动力学分析指南

ANSYS动力学分析指南 目 录

- I - 目 录

第1章 模态分析....................................................1

§1.1 模态分析的定义及其应用............................................1

§1.2 模态分析中用到的命令..............................................1

§1.3 模态提取方法......................................................1

§1.3.1 分块Lanczos法...............................................2

§1.3.2 子空间法....................................................3

§1.3.3 PowerDynamics法.............................................3

§1.3.4 缩减法......................................................3

§1.3.5 非对称法....................................................3

§1.3.6 阻尼法......................................................4

§1.3.7 QR阻尼法....................................................4

§1.4 矩阵缩减技术和主自由度选择准则....................................5