1、谐响应分析谐响应分析第三章谐响应分析M3-2第一节：谐响应分析的定义和目的第一节：谐响应分析的定义和目的第二节：关于谐响应分析的基本术语和概念第二节：关于谐响应分析的基本术语和概念第三节：谐响应分析在第三节：谐响应分析在ANSYS中的应用中的应用第四节：谐响应分析的实例练习第四节：谐响应分析的实例练习M3-2 第三章：谐响应分析M3-3什么是谐响应分析？什么是谐响应分析？确定一个结构在已知频率的正弦（简谐）载荷作用下结构响应的技术确定一个结构在已知频率的正弦（简谐）载荷作用下结构响应的技术。输入：输入：已知大小和频率的谐波载荷（力、压力和强迫位移）；已知大小和频率的谐波载荷（力、压力和强迫位移
2、）；同一频率的多种载荷，可以是同相或不同相的。同一频率的多种载荷，可以是同相或不同相的。输出：输出：每一个自由度上的谐位移，通常和施加的载荷不同相；每一个自由度上的谐位移，通常和施加的载荷不同相；其它多种导出量，例如应力和应变等。其它多种导出量，例如应力和应变等。M3-3 谐响应分析第一节：定义和目的什么是谐响应分析？M3-4谐响应分析用于设计：谐响应分析用于设计：旋转设备（如压缩机、发动机、泵、涡轮机械等）的支座、固定旋转设备（如压缩机、发动机、泵、涡轮机械等）的支座、固定装置和部件；装置和部件；受涡流（流体的漩涡运动）影响的结构，例如涡轮叶片、飞机机受涡流（流体的漩涡运动）影响的结构，例如
3、涡轮叶片、飞机机翼、桥和塔等。翼、桥和塔等。M3-4 谐响应分析第一节：定义和目的（接上页）谐响应分析用M3-5为什么要作谐响应分析？为什么要作谐响应分析？确保一个给定的结构能经受住不同频率的各种正弦载荷（例如：以确保一个给定的结构能经受住不同频率的各种正弦载荷（例如：以不同速度运行的发动机）；不同速度运行的发动机）；探测共振响应，并在必要时避免其发生（例如：借助于阻尼器来避探测共振响应，并在必要时避免其发生（例如：借助于阻尼器来避免共振）。免共振）。M3-5 谐响应分析第一节：定义和目的（接上页）为什么要作谐M3-6包含的主题：包含的主题：运动方程运动方程谐波载荷的本性谐波载荷的本性复位移复
4、位移求解方法求解方法M3-6 谐响应分析第二节：术语和概念包含的主题：M3-7通用运动方程：通用运动方程：F矩阵和矩阵和 u矩阵是简谐的，频率为矩阵是简谐的，频率为 w w:谐响应分析的运动方程：谐响应分析的运动方程：FuKuCuM titiititiieuiueeuueFiFeeFFwwww)()(21max21max )()(21212FiFuiuKCiMwwM3-7 通用运动方程：谐响应分析-术语和概念运动方程M3-8Fmax=载荷幅值载荷幅值I =-1 =载荷函数的相位角载荷函数的相位角F1 =实部实部,Fmaxcos F2 =虚部虚部,Fmaxsin umax=位移幅值位移幅值f=载
5、荷函数的相位角载荷函数的相位角u1=实部实部,umaxcosf fu2=虚部虚部,umaxsinf fM3-8 谐响应分析-术语和概念运动方程(接上页)F ma x M3-9在已知频率下正弦变化；在已知频率下正弦变化；相角相角 允许不同相的多个载荷同时允许不同相的多个载荷同时作用，作用，缺省值为零；缺省值为零；施加的全部载荷施加的全部载荷都假设是简谐的，都假设是简谐的，包括温度和重力。包括温度和重力。实部虚部M3-9 谐响应分析-术语和概念谐波载荷的本性在已知频率下正M3-10在下列情况下计算出的位移将是复数在下列情况下计算出的位移将是复数 具有阻尼具有阻尼 施加载荷是复数载荷（例如：虚部为非
6、零的载荷）施加载荷是复数载荷（例如：虚部为非零的载荷）复位移滞后一个相位角复位移滞后一个相位角（相对于某一个基准而言）（相对于某一个基准而言）可以用实部和虚部或振幅和相角的形式来查看可以用实部和虚部或振幅和相角的形式来查看M3-1 0 谐响应分析-术语和概念复位移在下列情况下计算出的M3-11求解简谐运动方程的三种方法：求解简谐运动方程的三种方法：完整法完整法为缺省方法，是最容易的方法；为缺省方法，是最容易的方法；使用完整的结构矩阵，且允许非对称矩阵（例如：声学矩阵）。使用完整的结构矩阵，且允许非对称矩阵（例如：声学矩阵）。缩减法缩减法*使用缩减矩阵，比完整法更快；使用缩减矩阵，比完整法更快；
7、需要选择主自由度，据主自由度得到近似的需要选择主自由度，据主自由度得到近似的 M矩阵和矩阵和C矩阵。矩阵。模态叠加法模态叠加法*从前面的模态分析中得到各模态；再求乘以系数的各模态之和；从前面的模态分析中得到各模态；再求乘以系数的各模态之和；所有求解方法中最快的。所有求解方法中最快的。M3-1 1 谐响应分析-术语和概念求解方法求解简谐运动方程的M3-12完整法完整法缩减法缩减法模态叠加法模态叠加法相对求解时间慢较快最快相对的使用容易程度最容易较容易难允许元素载荷（例如压强）吗？允许不允许允许(一个载荷向量)允许非零位移载荷吗？允许允许不允许允许模态阻尼吗？不允许不允许允许能处理预应力吗？不能能
8、能能进行“Restart“吗？能能不能允许非对称矩阵吗？允许不允许不允许需要为了求解而选择模态吗？不需要不需要需要需要选择主自由度吗？不需要需要需要(如果选用缩减法)M3-1 2 谐响应分析-术语和概念求解方法（接上页）M3-13四个主要步骤：四个主要步骤：建模建模选择分析类型和选项选择分析类型和选项施加谐波载荷并求解施加谐波载荷并求解观看结果观看结果M3-1 3 谐响应分析第三节：步骤四个主要步骤：M3-14模型模型只能用于线性单元和材料，忽略各种非线性；只能用于线性单元和材料，忽略各种非线性；记住要输入密度；记住要输入密度；注意：注意：如果如果ALPX（热膨胀系数）和（热膨胀系数）和 T均
9、不为零，就有可能不经意均不为零，就有可能不经意地包含了简谐热载荷。为了避免这种事情发生，请将地包含了简谐热载荷。为了避免这种事情发生，请将ALPX设置为设置为零零.如果参考温度如果参考温度 TREF与均匀节点温度与均匀节点温度 TUNIF不一致不一致,那么那么 T为非零值为非零值；请参阅第一章中的建模需要考虑的问题。请参阅第一章中的建模需要考虑的问题。M3-1 4 谐响应分析-步骤建模模型M3-15/PREP7ET,.MP,EX,.MP,DENS,!建立几何模型建立几何模型!划分网格划分网格.M3-1 5 谐响应分析-步骤建模命令(接上页)/P R E P 7M3-163 建模建模选择分析类型
10、和选项选择分析类型和选项输入求解器，选择谐响应分析；输入求解器，选择谐响应分析；主要分析选项是求解方法主要分析选项是求解方法-在后面讨在后面讨论；论；规定阻尼规定阻尼-在后面讨论。在后面讨论。典型命令典型命令:/SOLUANTYPE,HARMIC,NEWM3-1 6 谐响应分析-步骤选择分析类型和选项建模典型命令:M3-17分析选项分析选项求解方法求解方法-完整法、缩减法和模态完整法、缩减法和模态叠加法。缺省为完整法；叠加法。缺省为完整法；自由度输出格式自由度输出格式-主要用于批处理主要用于批处理方式中；方式中；集中质量矩阵。集中质量矩阵。推荐用于如果结构的一个方向推荐用于如果结构的一个方向的
11、尺寸远小于另两个方向的尺的尺寸远小于另两个方向的尺寸的情况中。例如：细长梁与寸的情况中。例如：细长梁与薄壳。薄壳。典型命令典型命令:HROPT,.HROUT,LUMPM,.M3-1 7 谐响应分析-步骤选择分析类型和选项（接上页）分析M3-18阻尼阻尼从从-阻尼、阻尼、-阻尼和阻尼率中选取阻尼和阻尼率中选取阻尼率最常用阻尼率最常用典型命令典型命令:ALPHAD,BETAD,DMPRAT,.M3-1 8 谐响应分析-步骤选择分析类型和选项（接上页）阻尼M3-193建模建模3选择分析类型和选项选择分析类型和选项施加谐波载荷并求解施加谐波载荷并求解所有施加的载荷以规定的频率（或频率所有施加的载荷以规
12、定的频率（或频率范围）简谐地变化范围）简谐地变化“载荷载荷”包括：包括：位移约束位移约束-零或非零的零或非零的作用力作用力压强压强注意：注意：如果要施加重力和热载荷，它如果要施加重力和热载荷，它们也被当作简谐变化的载荷来考虑！们也被当作简谐变化的载荷来考虑！典型命令典型命令:DK,!或或 D或或DSYMDA,.DL,M3-1 9 谐响应分析-步骤施加谐波载荷并求解建模典型命令:M3-20规定谐波载荷时要包括：规定谐波载荷时要包括：振幅和相角振幅和相角频率频率阶梯载荷对线性变化载荷的说明阶梯载荷对线性变化载荷的说明振幅和相角振幅和相角载荷值（大小）代表振幅载荷值（大小）代表振幅 Fmax相角相角
13、 f f 是在两个或两个以上谐波载荷间的是在两个或两个以上谐波载荷间的相位差，单一载荷不需要相角相位差，单一载荷不需要相角 f f 实部虚部fF1maxF2maxM3-2 0 谐响应分析-步骤施加谐波载荷并求解（接上页）规定M3-21振幅和相角（接上页）振幅和相角（接上页）ANSYS 不能直接输入振幅和相角，而是规定不能直接输入振幅和相角，而是规定实部和虚部分量；实部和虚部分量；例如，施加两个简谐力例如，施加两个简谐力 F1和和 F2，其相角相差其相角相差 f f:F1real=F1max(F1的振幅)F1imag=0F2real=F2maxcosfF2imag=F2maxsinf可以使用可以
14、使用APDL语言计算，但要确保角度单位语言计算，但要确保角度单位为度（缺省为弧度）为度（缺省为弧度）。实部虚部fF1maxF2maxM3-2 1 谐响应分析-步骤施加谐波载荷并求解（接上页）振幅M3-22*AFUN,DEGFK,F,SFA,SFL,SFE,SF,M3-2 2 谐响应分析-步骤施加谐波载荷并求解命令（接上页）M3-23M3-2 3 谐响应分析-步骤施加谐波载荷并求解（接上页）M3-24谐波载荷的频率：谐波载荷的频率：通过频率范围和在频率范围内的子步数量来规通过频率范围和在频率范围内的子步数量来规定每秒的循环次数（赫兹）；定每秒的循环次数（赫兹）；例如，在例如，在0-50频率范围内
15、有频率范围内有10个子步时将给出个子步时将给出在在5，10，15.45和和50Hz等频率上的解；而同等频率上的解；而同一频率范围只有一个子步时，则只给出一频率范围只有一个子步时，则只给出50Hz频频率上的解率上的解。典型命令典型命令:HARFRQ,NSUBST,KBC,1M3-2 4 谐响应分析-步骤施加谐波载荷并求解（接上页）谐波M3-25阶梯载荷对线性变化载荷：阶梯载荷对线性变化载荷：采用若干子步，可以逐渐地施加载荷（线性变化载荷），或者在第采用若干子步，可以逐渐地施加载荷（线性变化载荷），或者在第一个子步立刻施加载荷（阶梯载荷）；一个子步立刻施加载荷（阶梯载荷）；谐波载荷通常是阶梯加载，
16、因为载荷值代表的是最大振幅。谐波载荷通常是阶梯加载，因为载荷值代表的是最大振幅。M3-2 5 谐响应分析-步骤施加谐波载荷并求解（接上页）阶梯M3-26在施加谐波载荷后，下一步就是开始求解在施加谐波载荷后，下一步就是开始求解通常采用一个载荷步，但是可以采用若干子通常采用一个载荷步，但是可以采用若干子步，且每个子步具有不同的频率范围步，且每个子步具有不同的频率范围典型命令典型命令:HARFRQ,NSUBST,KBC,1M3-2 6 谐响应分析-步骤施加谐波载荷并求解（接上页）在施M3-273健摸健摸3选择分析类型和选项选择分析类型和选项3施加谐波载荷并求解施加谐波载荷并求解观看结果观看结果分三步
17、分三步 绘制结构上的特殊点处的位移绘制结构上的特殊点处的位移-频率曲线频率曲线 确定各临界频率和相应的相角确定各临界频率和相应的相角 观看整个结构在各临界频率和相角时的位移观看整个结构在各临界频率和相角时的位移和应力和应力采用采用POST26，时程后处理，时程后处理器器采用采用POST1，通用后处理，通用后处理器器M3-2 7 谐响应分析-步骤观看结果健摸采用P O S T 2 6，时M3-28位移位移-频率关系曲线频率关系曲线首先定义首先定义 POST26 变量变量 节点和单元数据表节点和单元数据表 用大于等于二的数据识别用大于等于二的数据识别 变量变量1包含各频率，并是预先定义了的包含各频
18、率，并是预先定义了的M3-2 8 谐响应分析-步骤观看结果-P O S T 2 6 位移-M3-29定义变量（接上页）定义变量（接上页）挑选可能发生最大变形的节点，然后选择自由度的方向；挑选可能发生最大变形的节点，然后选择自由度的方向；定义变量的列表被更新。定义变量的列表被更新。M3-2 9 谐响应分析-步骤观看结果-P O S T 2 6（接上M3-30定义变量定义变量画变量关系曲线画变量关系曲线典型命令典型命令:/POST26NSOL,PLVAR,.M3-3 0 谐响应分析-步骤观看结果-P O S T 2 6（接上M3-31确定各临界频率和相角确定各临界频率和相角用图形显示最高振幅发生时
19、的频率；用图形显示最高振幅发生时的频率；由于位移与施加的载荷不同步（如果存在阻尼的话），需要确定出现最大由于位移与施加的载荷不同步（如果存在阻尼的话），需要确定出现最大振幅时的相角；振幅时的相角；要进行上述工作，首先要选择振幅要进行上述工作，首先要选择振幅+相位选项。相位选项。M3-3 1 谐响应分析-步骤观看结果-P O S T 2 6（接上M3-32 然后用表列出变量。然后用表列出变量。注意：最大振幅注意：最大振幅=3.7出现在出现在48Hz,85.7时时下一步就是观看整个模型在该频率和相角下一步就是观看整个模型在该频率和相角下的位移和应力（使用下的位移和应力（使用POST1)典型命令典型
20、命令:PRCPLX,1PRVAR,FINISHM3-3 2 谐响应分析-步骤观看结果-P O S T 2 6（接上M3-33观看整个结构的结果观看整个结构的结果进入进入POST1，且列出结果综述表，确定临界频率的载荷步和子步序号，且列出结果综述表，确定临界频率的载荷步和子步序号；典型命令典型命令:/POST1SET,LISTM3-3 3 谐响应分析-步骤观看结果-P O S T 1 观看整个M3-34使用使用 HRCPLX 命令读入在期望频率和相角命令读入在期望频率和相角时的结果：时的结果：HRCPLX,LOADSTEP,SUBSTEP,PHASE,.例如：例如：HRCPLX,2,4,85.7
21、绘制变形图，应力等值线图和其它期望的结绘制变形图，应力等值线图和其它期望的结果。果。典型命令典型命令:HRCPLX,PLDISP,2PLNSOL,FINISHM3-3 4 谐响应分析-步骤观看结果-P O S T 1（接上页M3-353 建立模型建立模型3 选择分析类型和选项选择分析类型和选项3 施加谐波载荷和求解施加谐波载荷和求解3 观看结果观看结果M3-3 5 谐响应分析步骤建立模型M3-36在这个实例分析中，结果考察由安装在两端固支梁上的旋转机械产在这个实例分析中，结果考察由安装在两端固支梁上的旋转机械产生的简谐力在该梁上引起的谐响应；生的简谐力在该梁上引起的谐响应；详细内容请参阅动力学
22、实例分析补充资料。详细内容请参阅动力学实例分析补充资料。M3-3 6 第四节：实例-谐响应分析在这个实例分析中，结果瞬态动力分析瞬态动力分析第四章瞬态动力分析M3-38第一节：瞬态动力分析的定义和目的第一节：瞬态动力分析的定义和目的第二节：瞬态分析状态的基本术语和概念第二节：瞬态分析状态的基本术语和概念第三节：在第三节：在ANSYS中如何进行瞬态分析中如何进行瞬态分析第四节：瞬态分析实例第四节：瞬态分析实例M3-3 8 第四章：瞬态动力分析M3-39什么是瞬态动力分析什么是瞬态动力分析?它是确定随时间变化载荷（例如爆炸）作用下它是确定随时间变化载荷（例如爆炸）作用下结构响应的技术；结构响应的技
23、术；输入数据：输入数据：作为时间函数的载荷作为时间函数的载荷 输出数据：输出数据：随时间变化的位移和其它的导出量，如：应随时间变化的位移和其它的导出量，如：应力和应变。力和应变。M3-3 9 瞬态分析第一节：定义和目的什么是瞬态动力分析?M3-40瞬态动力分析可以应用在以下设计中：瞬态动力分析可以应用在以下设计中：承受各种冲击载荷的结构，如：汽车中的门和缓承受各种冲击载荷的结构，如：汽车中的门和缓冲器、建筑框架以及悬挂系统等；冲器、建筑框架以及悬挂系统等；承受各种随时间变化载荷的结构，如：桥梁、地承受各种随时间变化载荷的结构，如：桥梁、地面移动装置以及其它机器部件；面移动装置以及其它机器部件；
24、承受撞击和颠簸的家庭和办公设备，如：移动电承受撞击和颠簸的家庭和办公设备，如：移动电话、笔记本电脑和真空吸尘器等。话、笔记本电脑和真空吸尘器等。M3-4 0 瞬态分析定义和目的（接上页）瞬态动力分析可以应用M3-41包括的主题如下：包括的主题如下：运动方程运动方程求解方法求解方法积分时间步长积分时间步长M3-4 1 瞬态分析第二节：术语和概念包括的主题如下：M3-42 用于瞬态动力分析的运动方程和通用运动方程相同；用于瞬态动力分析的运动方程和通用运动方程相同；这是瞬态分析的最一般形式，载荷可为时间的任意函数；这是瞬态分析的最一般形式，载荷可为时间的任意函数；按照求解方法，按照求解方法，ANSY
25、S 允许在瞬态动力分析中包括各种类允许在瞬态动力分析中包括各种类型的非线性型的非线性-大变形、接触、塑性等等。大变形、接触、塑性等等。tFuKuCuM M3-4 2 瞬态分析 术语和概念运动方程用于瞬态动力分析M3-43求解运动方程求解运动方程直接积分法直接积分法模态叠加法模态叠加法隐式积分隐式积分显式积分显式积分完整矩阵法完整矩阵法缩减矩阵法缩减矩阵法完整矩阵法完整矩阵法缩减矩阵法缩减矩阵法M3-4 3 瞬态分析-术语和概念求解方法求解运动方程直接积M3-44运动方程的两种求解法：运动方程的两种求解法：模态叠加法（在第六章中讨论）模态叠加法（在第六章中讨论）直接积分法：直接积分法：运动方程可
26、以直接对时间按步积分。在每个时间点，运动方程可以直接对时间按步积分。在每个时间点，需求解一组联立的静态平衡方程（需求解一组联立的静态平衡方程（F=ma）；）；ANSYS 采用采用Newmark 法这种隐式时间积分法；法这种隐式时间积分法；ANSYS/LS-DYNA 则采用显式时间积分法；则采用显式时间积分法；有关显式法和隐式法的讨论请参见第一章。有关显式法和隐式法的讨论请参见第一章。M3-4 4 瞬态分析 术语和概念求解方法（接上页）运动M3-45求解时即可用缩减结构矩阵，也可用完整结构矩阵；求解时即可用缩减结构矩阵，也可用完整结构矩阵；缩减矩阵：缩减矩阵：用于快速求解；用于快速求解；根据主自
27、由度写出根据主自由度写出K，C，M等矩阵，主自由度是完全自由等矩阵，主自由度是完全自由度的子集；度的子集；缩减的缩减的 K 是精确的，但缩减的是精确的，但缩减的 C 和和 M 是近似的。此外，还是近似的。此外，还有其它的一些缺陷，但不在此讨论。有其它的一些缺陷，但不在此讨论。完整矩阵：完整矩阵：不进行缩减。不进行缩减。采用完整的采用完整的K，C，和和 M矩阵；矩阵；在本手册中的全部讨论都是基于此种方法。在本手册中的全部讨论都是基于此种方法。M3-4 5 瞬态分析-术语和概念求解方法（接上页）求解时即M3-46积分时间步长（亦称为积分时间步长（亦称为ITS 或或 t）是时间积分法中的一个重要概）
28、是时间积分法中的一个重要概念念 ITS=从一个时间点到另一个时间点的时间增量从一个时间点到另一个时间点的时间增量 t；积分时间步长决定求解的精确度，因而其数值应仔细选取。积分时间步长决定求解的精确度，因而其数值应仔细选取。ITS 应足够小以获取下列数据：应足够小以获取下列数据：响应频率响应频率 载荷突变载荷突变 接触频率（如果存在的话）接触频率（如果存在的话）波传播效应（若存在）波传播效应（若存在）M3-4 6 瞬态分析-术语和概念积分时间步长积分时间步长（M3-47响应频率响应频率不同类型载荷会在结构中激发不同不同类型载荷会在结构中激发不同的频率的频率（响应频率响应频率）；ITS应足够小以获
29、取所关心的最高应足够小以获取所关心的最高响应频率响应频率（最低响应周期最低响应周期）；每个循环中有每个循环中有20个时间点应是足够个时间点应是足够的，即：的，即：t=1/20f式中式中，f 是所关心的最高响应频率是所关心的最高响应频率。响应周期M3-4 7 瞬态分析-术语和概念积分时间步长（接上页）响M3-48载荷突变载荷突变 ITS 应足够小以获取载荷应足够小以获取载荷突变突变LoadtLoadtM3-4 8 瞬态分析-术语和概念积分时间步长（接上页）载M3-49接触频率接触频率当两个物体发生接触，间隙或接触表面当两个物体发生接触，间隙或接触表面通常用刚度（间隙刚度）来描述；通常用刚度（间隙
30、刚度）来描述；ITS应足够小以获取间隙应足够小以获取间隙“弹簧弹簧”频率频率；建议每个循环三十个点，这才足以获取建议每个循环三十个点，这才足以获取在两物体间的动量传递，比此更小的在两物体间的动量传递，比此更小的ITS 会造成能量损失，并且冲击可能不会造成能量损失，并且冲击可能不是完全弹性的。是完全弹性的。mass effectivestiffness gapfrequencycontact 21301mkfmkffITScccM3-4 9 瞬态分析-术语和概念积分时间步长（接上页）接M3-50波传播波传播由冲击引起。在细长结构中更由冲击引起。在细长结构中更为显著（如下落时以一端着地为显著（如下
31、落时以一端着地的细棒）的细棒）需要很小的需要很小的ITS，并且在沿波并且在沿波传播的方向需要精细的网格划传播的方向需要精细的网格划分分显式积分法（在显式积分法（在ANSYS-LS/DYNA采用）可能对此更为采用）可能对此更为适用适用density massmodulus sYoung speed waveelasticdirection wavealonglength 20/sizeelement 3EEcLLxcxITSM3-5 0 瞬态分析-术语和概念积分时间步长（接上页）波M3-51 在此节中只讨论完整矩阵在此节中只讨论完整矩阵 五个主要步骤：五个主要步骤：建模建模 选择分析类型和选项选
32、择分析类型和选项 规定边界条件和初始条件规定边界条件和初始条件 施加时间历程载荷并求解施加时间历程载荷并求解 查看结果查看结果M3-5 1 瞬态分析第三节：步骤在此节中只讨论完整矩阵M3-52模型模型允许所有各种非线性允许所有各种非线性记住要输入密度！记住要输入密度！其余参见第一章建模所要考虑的问题其余参见第一章建模所要考虑的问题M3-5 2 瞬态分析步骤建 模模型M3-53/PREP7ET,.MP,EX,.MP,DENS,!建立几何模型建立几何模型!划分网格划分网格.M3-5 3 瞬态分析步骤/P R E P 7M3-543 建模建模选择分析类型和选项：选择分析类型和选项：进入求解器并选择瞬
33、态分析进入求解器并选择瞬态分析求解方法和其它选项求解方法和其它选项-将在下面讨论将在下面讨论阻尼阻尼 将在下面讨论将在下面讨论典型命令典型命令:/SOLUANTYPE，TRANS，NEWM3-5 4 瞬态分析步骤选择分析类型和选项建模典型命令:M3-55求解方法求解方法完整矩阵方法为缺省方法。允许下列非完整矩阵方法为缺省方法。允许下列非线性选项：线性选项：大变形大变形 应力硬化应力硬化 Newton-Raphson 解法解法集中质量矩阵集中质量矩阵主要用于细长梁和薄壁壳或波的传播主要用于细长梁和薄壁壳或波的传播公式求解器公式求解器由程序自行选择由程序自行选择M3-5 5 瞬态分析步骤选择分析类
34、型和选项（接上页）求解方法M3-56TRNOPT，FULLNLGEOM，SSTIF，NROPT，LUMPM，EQSLV，.M3-5 6 瞬态分析步骤选择分析类型和选项命令（接上页）T RM3-57阻尼阻尼 和和 阻尼均可用；阻尼均可用；在大多数情况下，忽略在大多数情况下，忽略阻尼（粘性阻阻尼（粘性阻尼），仅规定尼），仅规定 阻尼（由滞后造成的阻阻尼（由滞后造成的阻尼）：尼）：=2/w w式中式中 为阻尼比，为阻尼比，w w 为主要响应频率为主要响应频率（rad/sec）。）。典型命令典型命令:ALPHAD，BETAD，M3-5 7 瞬态分析步骤选择分析类型和选项（接上页）阻尼典型M3-583
35、建模建模3 选择分析类型和选项选择分析类型和选项规定边界条件和初始条件规定边界条件和初始条件在这种情况下边界条件为载荷或在整在这种情况下边界条件为载荷或在整个瞬态过程中一直为常数的条件，例个瞬态过程中一直为常数的条件，例如：如：固定点（约束）固定点（约束）对称条件对称条件 重力重力初始条件将在下面讨论初始条件将在下面讨论M3-5 8 瞬态分析步骤规定边界条件和初始条件建模M3-59DK，!或或 D或或 DSYMDL，DA，ACEL，OMEGA，.M3-5 9 瞬态分析步骤规定边界条件和初始条件命令(接上页)M3-60初始条件初始条件时间时间t=0时的条件：时的条件：u0，v0，a0 它们的缺省
36、值为它们的缺省值为，u0=v0=a0=0 可能要求非零初始条件的实例：可能要求非零初始条件的实例：飞机着陆飞机着陆(v0 0)高尔夫球棒击球高尔夫球棒击球(v0 0)物体跌落试验物体跌落试验(a0 0)M3-6 0 瞬态分析步骤规定边界条件和初始条件（接上页）初始M3-61施加初始条件的两种方法：施加初始条件的两种方法：以静载荷步开始以静载荷步开始 当只需在模型的一部分上施加初始条件时，例如，用强加的位移当只需在模型的一部分上施加初始条件时，例如，用强加的位移将悬臂梁的自由端从平衡位置将悬臂梁的自由端从平衡位置“拨拨”开时，这种方法是有用的；开时，这种方法是有用的；用于需要施加非零初始加速度时
37、。用于需要施加非零初始加速度时。使用使用IC 命令命令 Solution Apply Initial Conditn Define+当需在整个物体上施加非零初始位移或速度时当需在整个物体上施加非零初始位移或速度时IC 命令法是有用命令法是有用的。的。M3-6 1 瞬态分析步骤规定边界条件和初始条件（接上页）施加M3-62实例实例-物体从静止状态下落物体从静止状态下落这种情况这种情况 a0=g（重力加速度）重力加速度）v0=0采用静载荷步法采用静载荷步法载荷步载荷步1：关闭瞬态效应。用关闭瞬态效应。用TIMINT，OFF 命令或命令或Solution Time/Frequenc Time Int
38、egration.采用小的时间间隔，例采用小的时间间隔，例，0.001；采用采用2 个子步个子步，分步加载分步加载（如果采用线性载荷或一个子步，如果采用线性载荷或一个子步，v0 就将是非零的）；就将是非零的）；保持物体静止，例如，固定物体的全部自由度；保持物体静止，例如，固定物体的全部自由度；施加等于施加等于 g 的加速度；的加速度；求解。求解。M3-6 2 瞬态分析步骤规定边界条件和初始条件（接上页）实例M3-63!载荷步载荷步 1TIMINT，OFF!关闭瞬态效应关闭瞬态效应TIME，0.001!小的时间间隔小的时间间隔NSEL，!选择所有小物体的所有节点选择所有小物体的所有节点D，ALL
39、，ALL，0!并在所有方向上定义固定约束并在所有方向上定义固定约束NSEL，ALLACEL，!加速度值加速度值NSUBST，2!两个子步两个子步KBC，1 !阶梯载荷阶梯载荷SOLVEM3-6 3 瞬态分析步骤规定边界条件和初始条件命令（接上页）M3-64载荷步载荷步 2：打开瞬态效应；打开瞬态效应；释放物体，例如释放物体，例如，删除物体上的删除物体上的 DOF 自由度约束；自由度约束；规定终止时间，连续进行瞬态分析。规定终止时间，连续进行瞬态分析。Acelt0.00050.001Load step 1M3-6 4 瞬态分析步骤规定边界条件和初始条件（接上页）载荷M3-65!载荷步载荷步 2T
40、IMINT，ON !打开瞬态效应开关打开瞬态效应开关TIME，!指定载荷步实际的终点时刻指定载荷步实际的终点时刻NSEL，!选择所有小物体的所有节点选择所有小物体的所有节点DDELE，ALL，ALL!并删除所有约束并删除所有约束NSEL，ALLSOLVE.M3-6 5 瞬态分析步骤规定边界条件和初始条件命令（接上页）M3-66实例实例 将悬臂梁的自由端从平衡位置将悬臂梁的自由端从平衡位置“拨拨”开开“这种情况时，在梁的自由端这种情况时，在梁的自由端 u0 0，v0=0；用静载荷步法；用静载荷步法；载荷步载荷步 1：关闭瞬态效应。用关闭瞬态效应。用 TIMINT，OFF 命令或命令或Soluti
41、on Time/Frequenc Time Integration.采用小的时间间隔，例如，采用小的时间间隔，例如，0.001；2个子步个子步，分步加载（如果采用线性载荷或用一个子步，分步加载（如果采用线性载荷或用一个子步，v0 就将就将是非零的）；是非零的）；在梁的自由端施加所要求的非零位移；在梁的自由端施加所要求的非零位移；求解。求解。M3-6 6 瞬态分析步骤规定边界条件和初始条件（接上页）实例M3-67!载荷步载荷步 1TIMINT，OFF!关闭瞬态效应关闭瞬态效应TIME，0.001!小的时间间隔小的时间间隔D，!在指定节点定义强制位移在指定节点定义强制位移NSUBST，2!两个子步
42、两个子步KBC，1 !阶梯载荷步阶梯载荷步SOLVEM3-6 7 瞬态分析步骤规定边界条件和初始条件命令（接上页）M3-68载荷步载荷步2：打开瞬态效应；打开瞬态效应；删除强加位移；删除强加位移；指定终止时间，连续进行瞬态分析。指定终止时间，连续进行瞬态分析。M3-6 8 瞬态分析步骤规定边界条件和初始条件（接上页）载荷M3-69!载荷步载荷步 2TIMINT，ON !打开瞬态效应开关打开瞬态效应开关TIME，!指定载荷步实际的终点时刻指定载荷步实际的终点时刻DDELE，!删除所有强制位移删除所有强制位移.SOLVE.M3-6 9 瞬态分析步骤规定边界条件和初始条件命令（接上页）M3-70实例
43、实例-高尔夫球棒端头的初速度高尔夫球棒端头的初速度假定只对高尔夫球棒端头建模，并且整个端头运动假定只对高尔夫球棒端头建模，并且整个端头运动，这时有初始条件，这时有初始条件v0 0。同时又假定同时又假定 u0=a0=0；在这种情况下使用在这种情况下使用IC 命令法是方便的命令法是方便的1 选择球棒上的全部节点；选择球棒上的全部节点；2 用用 IC 命令施加初始速度或；命令施加初始速度或；选择选择 Solution Apply Initial Conditn Define+选用全部节点选用全部节点 选择方向并输入速度值选择方向并输入速度值3 激活全部节点；激活全部节点；4 规定终止时间，施加其它载
44、荷条件（如果存在规定终止时间，施加其它载荷条件（如果存在的话），然后求解。的话），然后求解。M3-7 0 瞬态分析步骤规定边界条件和初始条件（接上页）实例M3-71NSEL，IC，NSEL，ALLTIME，SOLVEM3-7 1 瞬态分析步骤规定边界条件和初始条件命令（接上页）M3-72实例实例 承受冲击载荷的固定平板承受冲击载荷的固定平板此种情况下此种情况下 u0=v0=a0=0；这些初始条件都是这些初始条件都是ANSYS中的缺省初始条件值，所以这里不必再规中的缺省初始条件值，所以这里不必再规定它们！定它们！只施加边界条件和冲击载荷，然后求解。只施加边界条件和冲击载荷，然后求解。M3-7 2
45、 瞬态分析步骤规定边界条件和初始条件（接上页）实例M3-733 建模建模3 选择分析类型和选项选择分析类型和选项3 规定边界条件和初始条件规定边界条件和初始条件施加时间施加时间-历程载荷和求解历程载荷和求解时间时间-历程载荷是随时间变化的载荷历程载荷是随时间变化的载荷这类载荷有两种施加方法：这类载荷有两种施加方法：列表输入法列表输入法 多载荷步施加法多载荷步施加法LoadtLoadtLoadtM3-7 3 瞬态分析步骤施加时间-历程载荷并求解建模L o a dM3-740.5Forcet列表输入法列表输入法允许定义载荷随时间变化的表（用数组参数）并采用此表作为允许定义载荷随时间变化的表（用数组
46、参数）并采用此表作为载荷；载荷；尤其是在同时有几种不同的载荷，而每种载荷又都有它自己的尤其是在同时有几种不同的载荷，而每种载荷又都有它自己的时间历程时很方便；时间历程时很方便；例如，要施加下图所示的力随时间变化曲线：例如，要施加下图所示的力随时间变化曲线：1.选择选择 Solution Apply Force/Moment On Nodes，然后拾然后拾取所需节点取所需节点22.5101.01.5M3-7 4 0.5 F o r c e t 瞬态分析步骤施加时间-历程载荷M3-75!首先定义载荷首先定义载荷-时间数组时间数组*DIM，FORCE，TABLE，5，1，TIME!类型表数组类型表数
47、组FORCE(1，0)=0，0.5，1，1.01，1.5!时间值时间值FORCE(0，1)=0，22.5，10，0，0!载荷值载荷值!然后将力数组定义到指定的节点上然后将力数组定义到指定的节点上NSEL，!选择指定的节点选择指定的节点F，ALL，FZ，%FORCE%!在所有选择节点上定义表载荷在所有选择节点上定义表载荷NSEL，ALL.M3-7 5 瞬态分析步骤施加时间-历程载荷并求解命令（接上页M3-762.选择力方向和选择力方向和“新表新表New table”，然后确定（然后确定（OK）；）；3.输入表名和行数（时间点的数输入表名和行数（时间点的数量），然后确定（量），然后确定（OK）；）
48、；4.填入时间和载荷值，然后填入时间和载荷值，然后File Apply/Quit；M3-7 6 瞬态分析步骤施加时间-历程载荷并求解（接上页）2M3-775.规定终止时间和积分时间步长规定终止时间和积分时间步长 Solution Time/Frequenc Time-Time Step 不必指定载荷的分步或线性条件，这已包含在载荷曲线中不必指定载荷的分步或线性条件，这已包含在载荷曲线中6.激活自动时间步，规定输出控制，然后求解（稍后讨论）。激活自动时间步，规定输出控制，然后求解（稍后讨论）。典型命令典型命令:TIME，!终点时间终点时间DELTIM，0.002，0.001，0.1!起始起始,最
49、小和最大最小和最大 ITSAUTOTS，ONOUTRES，SOLVEM3-7 7 瞬态分析步骤施加时间-历程载荷并求解（接上页）5M3-78多载荷步法多载荷步法 允许在单个的载荷步中施加载荷允许在单个的载荷步中施加载荷时间曲线中时间曲线中的一段载荷；的一段载荷；不必用数组参数，只需施加每段载荷并且或者不必用数组参数，只需施加每段载荷并且或者求解该载荷步或者将其写入一个载荷步文件中求解该载荷步或者将其写入一个载荷步文件中(LSWRITE)。M3-7 8 瞬态分析步骤施加时间-历程载荷并求解（接上页）多M3-79实例实例，施加前面所述的力随时间变化曲线：施加前面所述的力随时间变化曲线：1.对施加方
50、法作出计划，这种情况需用三个对施加方法作出计划，这种情况需用三个载荷步：一个为递增线性载荷，一个为递载荷步：一个为递增线性载荷，一个为递减线性载荷，另一个为阶梯式的除去载荷减线性载荷，另一个为阶梯式的除去载荷；Forcet22.5100.51.01.52.定义载荷步定义载荷步 1：在要求的节点上施加在要求的节点上施加22.5单位的力；单位的力；规定施加此力的终止时间规定施加此力的终止时间(0.5)，指出时间步长和线性载荷；指出时间步长和线性载荷；激活自动时间步功能激活自动时间步功能*，规定输出控制规定输出控制*，或者进行求解，或或者进行求解，或将此载荷步写入载荷步文件中。将此载荷步写入载荷步文
