1、MIDAS NFX非线线性动动力学学1.介绍绍非线线性动动力学学-彼得Stepien2.分析工作流程和设设置非线线性动动力分析模型-彼得Stepien3.介绍绍有关关的非线线性显显式/隐隐理论论和实实例-由Renier范Vuuren4.项项目申请请-彼得Stepien2 0 1 3 midas NFXIntroduction to Nonlinear Dynamics2 0 1 3 midas NFX动载动载荷结构结构瞬态响应态响应分析频频率响应响应分析反应谱应谱分析随随机分析如何在输输入载载荷下做一个结构个结构行为为？把握结构结构的天然特性（模态态分析）响应响应负负荷施加基于时间时间（冲击负
2、载击负载等）负载负载循环环且重复复施加地震荷载载及其他不规则规则的负载负载（各种频种频率）质质量刚刚度促进能量速度反应力位移应力线线性动态动态分析概概述固有频率普通模式形状01Nonlinear Dynamics in midas NFX01大部分的物理现现象是非线线性Nonlinear Dynamics in midas NFX动态动态分析直接积积分法模态叠态叠加法正常的模态态分析（特征值值分析）瞬态响应态响应分析频频率响应响应分析冲击与响应击与响应分析Linear/Nonlinear AnalysisLinear AnalysisCreate Response Spectrum隐隐式显显示
3、动态动态分析概概述02Nonlinear Dynamics in midas NFX静态准静态 动态动态 结构问题结构问题 金金属属成型成型 影影响问题响问题 IMPLICIT METHODEXPLICIT METHODImplicit/Explicit Nonlinear Dynamic Analysis01StepNonlinear Dynamics in midas NFX2.分析工作流程和设设置非线线性动动力分析模型2 0 1 3 midas NFXPiotr StepienCAE EngineerInternational Support3.显显性/隐隐性理论论和实实例-由Renie
4、r范Vuuren2 0 1 3 midas NFXwww.excellutions.co.zaRenier J.Van VuurenMidas NFX PartnerExcelutions,South AfricaMa+Cv+Kx=F Nonlinear Dynamics in midas NFXImplicit/Explicit Nonlinear Dynamics03www.excellutions.co.za加速度矢量 速度矢量 位移矢量 外力矢量 刚度矩阵 减震矩阵 质量矩阵 avxFKCM计算线性和非线性能力的材料的代价：当我们大多使用线性，则分析相对昂贵的（解决可逆的变形和位移小）
5、当使用非线性能力相对经济（解决永久变形和/或大的位移）Nonlinear Dynamics in midas NFXAnother World Exist03www.excellutions.co.za质量质量减震减震刚性刚性From:Time=T1To:Time=T2Study/Design Events促进促进速度速度移位移位属性Time Domain矢量Subjected其中，永久变形，大位移和复杂的其中，永久变形，大位移和复杂的接触比较复杂接触比较复杂Nonlinear Dynamics in midas NFXA Need Exist!03www.excellutions.co.za
6、非线性非线性显式显式/隐式隐式动力动力材料几何接触惯性惯性电阻电阻我们如何通过时域从我们如何通过时域从T1转移到转移到T2计算计算结果？结果？Its in the name:Nonlinear Dynamics in midas NFX用什么么工具?03www.excellutions.co.za运动方程是解决方案-问题是用有限元的方法对方程进行描述-用数值方法得到的解决方案-数值解的性质是把加在一起增量结果-通过穿越时间域在增量步骤中求解而得到结果-隐式和显式方法的增量计算的结果彼此不同 Sum(Ma+Cv+Kx=F incremental time steps)Nonlinear Dyna
7、mics in midas NFX数值积数值积分03www.excellutions.co.za隐式时间积分专注于位移刚度矩阵的逆隐式时间积分专注于位移刚度矩阵的逆：x=K-1 (F and other components here)刚度矩阵的逆是一项艰巨的任务（CPU和内存贵）平均加速度和位移计算在时间步显式时间积分专注于加速质量矩阵的逆显式时间积分专注于加速质量矩阵的逆：a=M-1 (F and other components here)通常情况下，质量集中和质量矩阵成为对角矩阵.对角矩阵求逆容易（CPU和内存经济）从这里我们明确推进时间和计算速度，然后位移Nonlinear Dyna
8、mics in midas NFX隐隐式/显显式方法03www.excellutions.co.za隐式的隐式的方法：方法：无条件稳定：线性近似通过融合算法，反复寻求一个解决无条件稳定：线性近似通过融合算法，反复寻求一个解决方案方案显式显式的的方法：方法：有条件稳定：最大临界时间步长存在，以确保稳定。有条件稳定：最大临界时间步长存在，以确保稳定。Nonlinear Dynamics in midas NFX隐隐/显显式的方法-稳稳定性03www.excellutions.co.za隐式方法隐式方法无条件无条件稳定稳定在在解决方案中使用可变的时间增量（启动大步骤解决方案中使用可变的时间增量（启动
9、大步骤，也可，也可以以变得很小，如果衔接变得很小，如果衔接困难的话）。困难的话）。如果解如果解收敛，它会非常收敛，它会非常准确准确高度非线性问题可能不高度非线性问题可能不收敛收敛该解决方案需要的刚度矩阵的逆该解决方案需要的刚度矩阵的逆Nonlinear Dynamics in midas NFX隐隐/显显式的方法 03www.excellutions.co.za显显式的的方法方法对角质量矩阵求逆对角质量矩阵求逆刚度矩阵的逆否刚度矩阵的逆否不收敛算法不收敛算法有条件稳定（时间步有条件稳定（时间步临界时间步长）临界时间步长）关键时刻关键时刻步步取决于取决于最小的最小的单元单元和声音在材料和声音在材
10、料（密度（密度）的速度，如）的速度，如C=5000米米/秒，单元尺寸秒，单元尺寸=10毫米因此时间步长毫米因此时间步长210-6秒秒为了评估该为了评估该事件，事件，1秒钟需要秒钟需要50万的增量万的增量Nonlinear Dynamics in midas NFX隐隐/显显式的方法03www.excellutions.co.za显示算法显示算法FEA的用于碰撞和影响分析的用于碰撞和影响分析记住其对波的传播，这意味着记住其对波的传播，这意味着-从细节比所需的关键要素规模较小的平滑和干净的几何从细节比所需的关键要素规模较小的平滑和干净的几何生成均匀的正交网格，这意味着网格线跟随部分边界，同时保持元
11、件的大小，类型和质量生成均匀的正交网格，这意味着网格线跟随部分边界，同时保持元件的大小，类型和质量在溃缩或皱纹的区域在溃缩或皱纹的区域 在溃缩在溃缩区至少区至少6-8单元单元保持保持关键单元关键单元大小接近大小接近板材厚度最好板材厚度最好着力提高精细的网格区段比的质量和着力提高精细的网格区段比的质量和尺寸，而不是缩放尺寸，而不是缩放元件的元件的质量来增加质量来增加时间步长时间步长产生产生的网格必须能够代表一个准确的变形状态的网格必须能够代表一个准确的变形状态将发生在不利的网格阻尼将发生在不利的网格阻尼/波色散，即使这些网格是可以接受的，甚至最好在正常应力分析波色散，即使这些网格是可以接受的，甚
12、至最好在正常应力分析 Nonlinear Dynamics in midas NFX提示-做更好的显显式有限元分析03www.excellutions.co.zaNonlinear Dynamics in midas NFX隐隐/显显式方法03www.excellutions.co.zaCost of the AnalysisImplicit:Speed Deformation蠕变蠕变液压成型液压成型缓慢的深冲缓慢的深冲按按挤压挤压辊压成型辊压成型邮票邮票扣扣伪造伪造冲床冲床快照快照冲击冲击/碰撞碰撞Explicit:Nonlinear Dynamics in midas NFX典型应应用03
13、www.excellutions.co.za电缆电缆捕捉案例捕捉案例问题：问题：防止当电缆失效防止当电缆失效或被切断或被切断停留时拉紧停留时拉紧电缆和过多的电缆和过多的反冲。反冲。产生概念产生概念使用显式动态使用显式动态FEA确定：确定：将钳上的电缆将钳上的电缆“松配合松配合”运用运用足够足够的摩擦力来启动的摩擦力来启动电缆电缆案例案例将夹紧结构能够处理的加速度和挥鞭效应将夹紧结构能够处理的加速度和挥鞭效应引起引起SEVER挥鞭挥鞭构建和测试原构建和测试原Nonlinear Dynamics in midas NFX显显式应应用实实例03www.excellutions.co.za电缆电缆捕捉
14、捕捉例子例子概念概念Nonlinear Dynamics in midas NFX03显显式应应用实实例www.excellutions.co.za捕捉捕捉例子例子视频视频.Nonlinear Dynamics in midas NFX03显显式应应用实实例www.excellutions.co.za摩擦回升鞭打摩擦回升鞭打Nonlinear Dynamics in midas NFX03显显式应应用实实例www.excellutions.co.za实际实际行动单位行动单位Nonlinear Dynamics in midas NFX03隐隐式应应用实实例www.excellutions.co
15、.zaNonlinear Dynamics in midas NFX03显显式应应用实实例www.excellutions.co.za成型节节点Nonlinear Dynamics in midas NFX03隐隐式应应用实实例www.excellutions.co.zaNonlinear Dynamics in midas NFX03隐隐式应应用实实例www.excellutions.co.zaNonlinear Dynamics in midas NFX03隐隐式应应用实实例www.excellutions.co.zaNonlinear Dynamics in midas NFX03隐隐式应应用实实例www.excellutions.co.za4.Project Applications Piotr Stepien2 0 1 3 midas NFXNonlinear Dynamics in midas NFX03显显式式应应用实实例Nonlinear Dynamics in midas NFX03显显式应应用实实例Nonlinear Dynamics in midas NFX03隐隐式应应用实实例Nonlinear Dynamics in midas NFX03显显式应应用实实例
