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(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
快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题
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/Professional产品中只允许用模态叠加法。在研究如何实现这些方法之前，让我们先探讨一下各种方法的优点和缺点。
?3.3.1完全法
完全法采用完整的系统矩阵计算瞬态响应(没有矩阵缩减)。它是三种方法中功能最强的，允许包括各类非线性特性(塑性、大变形、大应变等)。
注?如果并不想包括任何非线性，应当考虑使用另外两种方法中的一种。这是因为完全法是三种方法中开销最大的一种。 完全法的 优点 是:
?容易使用，不必关心选择主自由度或振型。
?允许各种类型的非线性特性。
?采用完整矩阵，不涉及质量矩阵近似。
?在一次分析就能得到所有的位移和应力。
?允许施加所有类型的载荷:节点力、外加的(非零)位移(不建议采用)和单元载荷(压力和温度)，还允许通过TABLE数组参数指定表边界条件。
?允许在实体模型上施加的载荷。
完全法的 主要缺点 是它比其它方法开销大。
?3.3.2模态叠加法
模态叠加法通过对模态分析得到的振型(特征值)乘上因子并求和来计算结构的响应。此法是ANSYS/Professional程序中唯一可用的瞬态动力学分析法。
模态叠加法的 优点 是:
?对于许多问题，它比缩减法或完全法更快开销更小;
?只要模态分析不采用PowerDynamics方法，通过 LVSCALE 命令将模态分析中施加的单元载荷引入到瞬态分析中; ?允许考虑模态阻尼(阻尼比作为振型号的函数)。 模态叠加法的 缺点 是:
?整个瞬态分析过程中时间步长必须保持恒定，不允许采用自动时间步长;
?唯一允许的非线性是简单的点点接触(间隙条件); ?不能施加强制位移(非零)位移。
?3.3.3缩减法
缩减法通过采用主自由度及缩减矩阵压缩问题规模。在主自由度处的位移被计算出来后，ANSYS可将解扩展到原有的完整自由度集上。(参见―模态分析‖中的―矩阵缩减‖部分对缩减过程的详细讨论。)
缩减法的 优点 是:
?比完全法快且开销小。
缩减法的 缺点 是:
?初始解只计算主自由度的位移，第二步进行扩展计算，得到完整空间上的位移、应力和力;
?不能施加单元载荷(压力，温度等)，但允许施加加速度。 ?所有载荷必须加在用户定义的主自由度上(限制在实体模型上施加载荷)。
?整个瞬态分析过程中时间步长必须保持恒定，不允许用自动时
间步长。
?唯一允许的非线性是简单的点—点接触(间隙条件)。 ?3.4 完全法瞬态动力学分析
首先，讲述完全法瞬态动力学分析过程，然后分别介绍模态叠加法和缩减法与完全法不相同的计算步骤。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
?3.4.1建造模 型
在这一步中，首先要指定文件名和分析标题，然后用PREP7定义单元类型，单元实常数，材料性质及几何模型。这些工作在大多数分析中是相似的。<
>详细地说
明了如何进行这些工作。
对于完全法瞬态动力学分析，注意下面两点:
?可以用线性和非线性单元;
?必须指定杨氏模量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。
划分合理的网格密度:
?网格密度应当密到足以确定感兴趣的最高阶振型; ?对应力或应变感兴趣的区域比只考察位移的区域的网格密度要细一些;
?如果要包含非线性特性，网格密度应当密到足以捕捉到非线性效应。例如，塑性分析要求在较大塑性变形梯度的区域有合理的积分点密度(即要求较密的网格);
?如果对波传播效果感兴趣(例如，一根棒的末端准确落地)，网格密度应当密到足以解算出波动效应。基本准则是沿波的传播方向每一波长至少有20个单元。
?3.4.2建立初始条件
在执行完全法瞬态动力学分析之前，用户需要正确理解建立初始条件和正确使用载荷步。
瞬态动力学分析顾名思义包含时间函数的载荷。为了定义这样的载荷，用户需要将载荷—时间关系曲线划分成合适的载荷步。载荷—时间曲线上的每个―拐角‖对应一个载荷步，如图3.1所示。
图3.1载荷—时间关系曲线
第一个载荷步通常被用来建立初始条件，然后为第二和后继瞬态载荷步施加载荷并设置载步选项。对于每个载荷步，都要指定载荷值和时间值，同时指定其它的载荷步选项，如采用阶梯加载还是斜坡加载方式施加载荷以及是否使用自动时间步长等。然后，将每个载荷步写入载荷步文件，最后一次性求解所有载荷步。 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(因为要求解的方程是两阶的):初始位移( )和初始速度( )。如果没有进行特意设置， 和 都被假定为0。初始加速度( )一般假定为0，但可以通过在一个小的时间间隔内施加合适的加速度载荷来指定非零的初始加速度。
下面的段落描述了如何施加不同组合形式的初始条件。 ?3.4.2.1零初始位移和零初始速度
这是缺省的初始条件，即如果 = = 0，则不需要指定任何条件。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。
?3.4.2.2非零初始位移及/或非零初始速度
可以用IC命令设置这些初始条件。
命令:IC
GUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>Initial Condit’n>Define
注意:不要定义矛盾的初始条件。例如，在某单一自由度处定义了初始速度，则在所有其它自由度处的初始速度将为0.0 ，潜在地会产生冲突的初始条件。在大多数情形下要在模型的每个未约束自由度处定义初始条件。如果这些条件对各自由度是不同的，那么就可以较容易地明确指定初始条件，如下所述。 关于TIMINT和IC命令的说明参见<>。 分页
?3.4.2.3零初始位移和非零初始速度
非零速度是通过对结构中需指定速度的部分加上小时间间隔上的小位移来实现的。比如如果 =0.25，可以通过在时间间隔0.004内加上0.001的位移来实现，命令流如下:
...
TIMINT,OFF! Time integration effects off
D,ALL,UY,.001! Small UY displ. (assuming Y-direction velocity)
TIME,.004! Initial velocity = 0.001/0.004 = 0.25 LSWRITE! Write load data to load step file (Jobname.S01)
DDEL,ALL,UY! Remove imposed displacements
TIMINT,ON! Time integration effects on
...
?3.4.2.4非零初始位移和非零初始速度
和上面的情形相似，不过施加的位移是真实数值而非―小‖数值。比如，若 = 1.0且 = 2.5，则应当在时间间隔0.4内施加一个值为1.0的位移:
...
TIMINT,OFF! Time integration effects off
D,ALL,UY,1.0! Initial displacement = 1.0
TIME,.4! Initial velocity = 1.0/0.4 = 2.5 LSWRITE! Write load data to load step file (Jobname.S01)
DDELE,ALL,UY! Remove imposed displacements TIMINT,ON! Time integration effects on
...
?3.4.2.5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(或只用一个子步)，所加位移将随时间变化，从而产生非零初速度。下面的例子演示了如何施加初始条件 = 1.0， = 0.0:
...
TIMINT,OFF! Time integration effects off for static
solution
D,ALL,UY,1.0! Initial displacement = 1.0
TIME,.001! Small time interval
NSUBST,2! Two substeps
KBC,1! Stepped loads
LSWRITE! Write load data to load step file (Jobname.S01)
!transient solution
TIMINT,ON! Time-integration effects on for transient solution
TIME,...! Realistic time interval
DDELE,ALL,UY! Remove displacement constraints KBC,0! Ramped loads (if appropriate) !Continue with normal transient solution procedures ...
?3.4.2.6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[ACEL]实现。例如，施加初始加速度为9.81的命令如下:
...
ACEL,,9.81! Initial Y-direction acceleration TIME,.001! Small time interval
NSUBST,2! Two substeps
KBC,1! Stepped loads
LSWRITE! Write load data to load step file (Jobname.S01)
!transient solution
TIME,...! Realistic time interval
DDELE,...! Remove displacement constraints (if appropriate)
KBC,0! Ramped loads (if appropriate) !Continue with normal transient solution procedures ...
参见<>中关于命令ACEL、TIME、NSUBST、KBC、LSWRITE、DDELE和KBC的论述。 ?3.4.3设置求解控制
设置求解控制涉及定义分析类型、分析选项以及载荷步设置。执行完全法瞬态动力学分析，可以使用最新型的求解界面(称为求解控制对话框)进行这些选项的设置。求解控制对话框提供大多数结构完全法瞬态动力分析所需要的缺省设置，即用户只需要设置少量的必要选项。完全法瞬态动力分析建议采用求解控制对话框，本章将详细进行介绍。
如果完全瞬态动力分析需要初始条件，必须在分析的第一个载荷步进行，然后反复利用求解控制对话框为后续荷步设置载载荷步选项(即重复求解的3-6步)。
如果不喜欢使用求解控制对话框(Main Menu>Solution>-Analysis Type-Sol"n Control)，仍然可以沿用标准ANSYS求解命令及其对应的菜单路径(Main Menu>Solution>Unabridged Menu>option)。求解控制对话框一般形式参见ANSYS基本分析指南的针对确定的结构分析类型选用特定的求解控制。
?3.4.3.1使用求解控制对话框
选择菜单路径Main Menu>Solution>-Analysis Type-Sol"n Control，就弹出求解控制对话框。下面将详细讲述求解控制对话框各页片夹中的选项。想要知道设置各选项的细节，选择感兴趣的页片夹，然后单击Help按钮。本章还会讲述相关非线性结构分析的一些细节问题。
?3.4.3.2使用页片夹
求解控制对话框包含5各页片夹，各页片夹中分组设置控制选项，并将大多数基本控制选项设置在第一个页片夹中,其他页片夹提供更高级的控制选项。通过各页片夹，轻松达到控制求解过程。
打开求解控制对话框，基本页片夹总是处于激活状态，只包含ANSYS分析所需要设置的最少选项。如果基本页片夹已经满足控制要求，其他高级选项只有缺省状态不符合求解控制才需要进一步进行调整。一旦单击任何页片夹中的OK按钮，所有求解控制对话框中选项设置都定义到ANSYS数据库中，同时关闭求解
控制对话框。
可以是用基本页片夹设置下表中的选项。打开求解控制对话框，选择Basic页片夹，进行设置。
基本页片夹选项
选项
更多信息参见:
指定分析类型
[ ANTYPE , NLGEOM ]
ANSYS基本分析指南中的定义分析类型和分析设置 ANSYS结构分析指南中的非线性结构分析
ANSYS基本分析指南中的重启动分析
控制时间设置，包括:载荷步终点时间[ TIME ]，自动时间步长
DELTIM ] [AUTOTS ]以及载荷步内的子步数[ NSUBST 或
ANSYS基本分析指南中的跟踪中的时间作用
ANSYS基本分析指南中的一般选项
指定写入数据库的求解(结果)数据[ OUTRES ] ANSYS基本分析指南中的输出控制
在瞬态动力学中，这些选项的 特殊考虑 有:
1)当设置 ANTYPE 和 NLGEOM 时，如果执行一个新分析希望忽略大位移效应，如大变形、大转角和大应变，就选择小位移瞬态。如果希望考虑大变形(如弯曲的长细杆件)或大应变(如金属成型)，就选择大位移瞬态。如果希望重启动一个失败的非线性分
析，或者前面完成一个静态预应力分析或完全法瞬态动力分析，而后希望继续下面的时间历程计算，就可以选择重启动当前分析。
2)当设置 AUTOTS 时，记住该载荷步选项(瞬态动力学分析中也称为时间步长优化)基于结构的响应增大或减小积分时间步长。对于多数问题，建议打开自动时间步长与积分时间步长的上
NSUBST 指定积分步长上下限，有助于下限。通过 DELTIM 和
限制时间步长的波动范围;更多信息参见 Automatic Time Stepping 。缺省值为不打开自动时间步长。
3) NSUBST 和 DELTIM 是载荷步选项，用于指定瞬态分析积分时间步长。积分时间步长是运动方程时间积分中的时间增量。时间积分增量可以直接或间接指定(即通过子步数目)。时间步长的大小决定求解的精度:它的值越小，精度就越高。使用时应当考虑多种因素，以便计算出一个好的积分时间步长，详情参见积分时间步长章节。
4)当设置 OUTRES 时，记住下面注意事项:
在完全法瞬态动力分析，缺省时只有最后子步(时间点)写入结果文件( Jobname.RST)为了将所有子步写入，需要设置所有子步的写入频率。同时，缺省时只有1000个结果序列能够写入结果文件。如果超过这个数目(基于用户的 OUTRES 定义)，程序将认为出错终止。使用命令 /CONFIG ,NRES 可以增大限制数(参见ANSYS基本分析指南中的内存和配置章节)。
?3.4.3.3使用瞬态页片夹
利用瞬态页片夹设置其中的 瞬态动力选项。 有关设置这些选项的具体信息，打开求解控制对话框，选择瞬态页片夹，然后单击Help按钮。
瞬态页片夹选项
选项
更多信息参见:
指定是否考虑时间积分效应[ TIMINT ] ANSYS结构分析指南中―执行非线性瞬态分析‖
指定采用渐变加载还是突变加载方式[ KBC ] ANSYS基本分析指南中―突变—渐变载荷‖
ANSYS基本分析指南中―突变或渐变载荷‖
指定质量和刚度阻尼 [ ALPHAD , BETAD ] ANSYS结构分析指南中―阻尼‖
定义积分参数[ TINTP ]
ANSYS, Inc. Theory Reference
在完全法瞬态动力学中，这些选项的 特殊考虑 有: 1) TIMINT 是动力载荷步选项，用于指定是否打开时间积分效应[ TIMINT ]。对于需要考虑惯性和阻尼效益的分析，必须打开时间积分效应(否则当作静力进行求解)，所以缺省值为打开时间积分效应。进行完静力分析之后接着进行瞬态分析时，该选项十分有用;也就是说，前面的载荷步必须关闭时间积分效应。
2) ALPHAD (alpha或mass，damping)和 BETAD (beta或stiffness，damping)是动力载荷步选项，用于指定阻尼。大多数结构中都存在某种形式的阻尼，必须在分析
中考
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虑进来。 3) TINTP 是动力载荷步选项，用于指定瞬态积分参数。瞬态积分参数控制Newmark时间积分技术，缺省值为采用恒定的平均值加速度积分算法。
?3.4.3.4使用求解选项页片夹
求解选项页片夹选项用于完全法瞬态分析的具体设置完全与结构分析指南静力分析中一致。详情参见结构分析中使用求解选项页片夹。
?3.4.3.5使用非线性页片夹
非线性页片夹选项用于完全法瞬态分析的具体设置完全与结构分析指南静力分析中一致。详情参见结构分析中使用非线性页片夹。
?3.4.3.6使用高级非线性页片夹
除弧长法选项外，其他高级非线性页片夹选项均可以用于完全法瞬态分析，设置方法与静力分析完全一致。详情参见结构分析中高级非线性页片夹。
?3.4.4设置其他求解选项
还有一些选项并不出现在求解控制对话框中，因为他们很少被使用，而且缺省值很少需要进行调整。ANSYS提供有相应的菜单路径用于设置它们。
这里提到的许多选项是非线性选项，详情参见非线性结构分析。 ?3.4.4.1应力刚化效应
利用 SSTIF 命令可以让包括18X家族单元在内的一些单元包含应力刚化效应。要确定单元是否具有应力刚化效应算法，请参阅《 ANSYS单元参考手册》 中单元说明。
缺省时，如果 NLGEOM (几何大变形)设置为ON则应力刚化效应为打开。在一些特殊条件下，应当关闭应力刚化效应: ?应力刚化仅仅用于非线性分析。如果执行线性分析[ NLGEOM ,OFF]，应当关闭应力刚化效应;
?在分析之前，应当预计机构不会因为屈曲(分岔，突然穿过)破坏。
一般情况下，包含应力刚化效应能够加速非线性收敛特性。记住上述要点，在某些特殊计算中出现收敛困难时，可以关闭应力刚化效应，例如局部失效。
命令: SSTIF
GUI:Main Menu>Solution>Unabridged Menu>Analysis Options
分页
?3.4.4.2 Newton-Raphson选项
该选项只用于非线性分析，指定求解过程中切线矩阵修正的频率，允许下列取值:
?Program-chosen (default)
?Full
?Modified
?Initial stiffness
?Full with unsymmetric matrix
命令: NROPT
GUI:Main Menu>Solution>Unabridged Menu>Analysis Options
?3.4.4.3预应力效应
在分析中可以包含预应力效应，需要上一次静力或瞬态分析的单元文件，详情参见有预应力的瞬态动力分析。
命令: PSTRES
GUI:Main Menu>Solution>Unabridged Menu>Analysis Options
?3.4.4.4阻尼选项
使用该载荷步选项定义阻尼。大多数结构中都存在某种形式的阻尼，必须在分析中考虑进来。除在求解控制对话框中设置 ALPHAD 和 BETAD 阻尼外，还可以瞬态完全法瞬态动力分析设置以下阻尼:
?材料相关beta阻尼[ MP ,DAMP]
?单元阻尼( COMBIN7 等)
利用下面方法定义 MP 阻尼:
命令: MP ,DAMP
GUI:Main Menu>Solution>Unabridged Menu>-Load Step Opts-Other>Change Mat Props>-Temp Dependent-Polynomial
?3.4.4.5质量矩阵模式
该分析选项用于指定集中质量矩阵模式。对于大多数应用，建议采用缺省模式。但是，某些薄壁结构如纤细梁或薄壳等，集中质量近似模式能够提供更好的结果。并且，集中质量近似模式耗机时最短，内存要求最少。使用方法如下:
命令: LUMPM
GUI:Main Menu>Solution>Unabridged Menu>Analysis Options
?3.4.4.6蠕变准则
该非线性载荷步选项对自动时间步长指定蠕变准则: 命令: CRPLIM
GUI:Main Menu>Solution>Unabridged Menu>-Load Step Opts-Nonlinear>Creep Criterion
?3.4.4.7打印输出
使用该载荷步选项以便让所有结果数据写进输出文件(Jobname.OUT)。
命令: OUTPR
GUI:Main Menu>Solution>Unabridged Menu>-Load Step Opts-Output Ctrls>Solu Printout
注意:多次执行 OUTPR 命令的适当使用是比较严谨做法。详情
参见 ANSYS基本分析指南中―输出控制‖ 。
?3.4.4.8结果外推
使用该载荷步选项可以将单元积分点结果复制到节点，而不是将它们的结果外推到节点(缺省方式)，用于检查单元积分点上的结果。
命令: ERESX
GUI:Main Menu>Solution>Unabridged Menu>-Load Step Opts-Output Ctrls>Integration Pt
?3.4.5 施加载荷
下表总结了瞬态动力分析允许施加的载荷。除惯性载荷外，其他载荷可以施加到实体模型(关键点、线和面)或有限元模型(节点和单元)上。<>的?2.3.4施加载荷对各类载荷有详细的介绍。在分析中，可以施加、运算或删除载荷。关于实体模型载荷—有限元载荷之间关系的讨论参见<>第二章载荷。还可以利用一维表(TABLE类型数组)来施加随时间变化的边界条件，详情参见?2.3.4.2.1使用TABLE类型数组参数施加载荷。
瞬态动力学分析中可用的载荷
载荷类型
范畴
更多信息参见:
Displacement:
UX,UYUZ
ROTX,ROTY,ROTZ 约束
ANSYS基本分析指南中―DOF约束‖ Force,Moment:
FX,FY,FZ
MX,MY,MZ
力
ANSYS基本分析指南中―力(集中载荷)‖ Pressure:PRES
面载荷
ANSYS基本分析指南中―表面载荷‖ Temperature:TEMP
Fluence:FLUE
体载荷
ANSYS基本分析指南中―体载荷‖ Gravity,Spinning等
惯性载荷
ANSYS基本分析指南中―惯性载荷‖ ?3.4.6存储当前载荷步的载荷配置 如建立初始条件中所述，需要针对载荷-时间曲线的每个拐点进
行施加载荷并存储载荷配置到各自的载荷步文件。可能需要有一
个额外的延伸到载荷曲线上最后一个时间点之外的载荷步，以考察在瞬态载荷施加后结构的响应。
命令:LSWRITE
GUI:Main Menu>Solution>Write LS File ?3.4.7针对每个载荷步重复?3.4.3-6
定义完全法瞬态动力分析的其他载荷步，只要重复?3.4.3-6步骤，即重新设置必须的求解控制和选项、施加载荷和将载荷配置写进文件。对于每个载荷步，能够设置下列选
项: TIMINT ,TINTP , ALPHAD , BETAD , MP ,DAMP, TIME , K
BC , NSUBST , DELTIM , AUTOTS , NEQIT ,CNVTOL , PRED ,
LNSRCH , CRPLIM , NCNV , CUTCONTROL , OUTPR , OUTRE
S , ERESX , and RESCONTROL 。
载荷步文件举例如下:
TIME, ...! Time at the end of 1st transient load step
Loads ...! Load values at above time
KBC, ...! Stepped or ramped loads
LSWRITE! Write load data to load step file TIME, ...! Time at the end of 2nd transient load step
Loads ...! Load values at above time
KBC, ...! Stepped or ramped loads
LSWRITE! Write load data to load step file TIME, ...! Time at the end of 3rd transient load step
Loads ...! Load values at above time KBC, ...! Stepped or ramped loads
LSWRITE! Write load data to load step file …
?3.4.8存储数据库备份文件
将数据库保存到备份文件。这样在重新进入ANSYS程序后用命令RESUME便可恢复以前的模型。
命令:SAVE
GUI:Utility Menu>File>Save as
?3.4.9开始瞬态求解
使用下列其中一种方法进行求解:
命令:LSSOLVE
GUI: Main Menu>Solution>-Solve-From LS Files 其它的生成和求解多步载荷的方法(array parameter法和
SOLVE法)详情参见<>multiple
的?3.14求解多载荷步。
?3.4.10退出求解器
使用下列其中一种方法退出求解器:
命令:FINISH
GUI:关闭Solution菜单
?3.4.11观察结果
瞬态动力学分析生成的结果保存在结构分析结果文件Jobname.RST中，所有数据都是时间的函数。包含下列数据: 1.基本数据:
?节点位移(UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ)
2.派生数据:
?节点和单元应力
?节点和单元应变
?单元力
?节点反力
?等等
?3.4.11.1后处理 器
可以用时间历程后处理器POST26或者通用后处理器POST1来观察这些结果。
?POST26用于观察模型中指定点处随时间变化的结果。 ?POST1用于观察指定时间点整个模型的结果。
下面将描述在瞬态动力学分析中常用的一些后处理操作。关于所有后处理功能的详细描述参见<>的?4.1。
?3.4.11.2注意要点
?用POST1或POST26观察结果时，数据库中必须包含与求解模
型相同的模型(必要时用RESUME命令)。
?必须存在有效的结果文件Jobname.RST。
分页
?3.4.11.3使用POST26
POST26要用到结果项—时间关系表，即variables(变量)。每一个变量都有一个参考号，1号变量被内定为时间。 1.定义变量
命令:NSOL(基本数据即节点位移)
ESOL(派生数据即单元解数据，如应力)
RFORCE(反作用力数据)
FORCE(合力，或合力的静力分量，阻尼分量，惯性力分量) SOLU(时间步长，平衡迭代次数，响应频率，等)。 GUI:Main Menu>TimeHist Postpro>Define Variables 注? 在缩减法或模态叠加法中，用命令 FORCE 只能得到静力。 2.绘制变量曲线或列出变量值。通过观察完整模型关心点的时间历程结果，就可以确定需要用POST1后处理器进一步处理的临界时间点。
命令: PLVAR(绘制变量变化曲线)
PLVAR,EXTREM(变量值列表)
GUI: Main Menu>TimeHist Postpro>Graph Variables Main Menu>TimeHist Postpro>List Variables Main Menu>TimeHist Postpro>List Extremes
在POST26中还可以使用许多其它后处理功能，如在变量间进行数学运算(复数运算)，将变量值传递给数组元素，将数组元素值传递给变量等。详情参见<>的第六章时间历程后处理器(POST26)。
?3.4.11.4使用POST1
1.从数据库文件中读入模型数据。
命令:RESUME
Utility Menu>File>Resume from GUI:
2.读入需要的结果集。用SET命令根据载荷步及子步序号或根据时间数值指定数据集。
命令:SET
GUI:Main Menu>General Postproc>-Read Results-By Time/Freq
3.执行必要的POST1操作。在瞬态动力分析中典型的POST1操作与静力分析中完全一致。详情参见?2.3.6.4典型的后处理操作。 注? 如果指定的时刻没有可用结果，得到的结果将是和该时刻相距最近的两个时间点对应结果之间的线性插值。
?3.4.12完全法瞬态分析的典型命令流
下面给出的是可以概括用完全法进行瞬态动力学分析的过程的输入命令流:
!Build the Model
/FILNAM,...! Jobname
/TITLE,...! Title
/PREP7! Enter PREP7
---
---! Generate model
---
FINISH
!Apply Loads and Obtain the Solution /SOLU! Enter SOLUTION
ANTYPE,TRANS! Transient analysis TRNOPT,FULL! Full method D,...! Constraints
F,...! Loads
SF,...
ALPHAD,...! Mass damping BETAD,...! Stiffness damping KBC,...! Ramped or stepped loads TIME,...! Time at end of load step AUTOTS,ON! Auto time stepping DELTIM,...! Time step size
OUTRES,...! Results file data options LSWRITE! Write first load step ---
---! Loads, time, etc. for 2nd load step ---
LSWRITE! Write 2nd load step
SAVE
LSSOLVE,1,2! Initiate multiple load step solution FINISH
!
!Review the Results
/POST26
SOLU,...! Store solution summary data
NSOL,...! Store nodal result as a variable ESOL,,,,! Store element result as a variable RFORCE,...! Store reaction as a variable PLVAR,...! Plot variables
PRVAR,...! List variables
FINISH
/POST1
SET,...! Read desired set of results into database PLDISP,...! Deformed shape
PRRSOL,...! Reaction loads
PLNSOL,...! Contour plot of nodal results PRERR! Global percent error (a measure of mesh
adequacy)
---
---! Other postprocessing as desired
---
FINISH
参见<< ANSYS命令参考手册 >>中的讨论: ANTYPE , TRNOPT , ALPHAD , BETAD , KBC, TIME , AU
TOTS , DELTIM , OUTRES , LSWRITE , LSSOLVE , SOLU , NS
OL , ESOL ,RFORCE , PLVAR , PRVAR , PLDISP , PRRSOL , PL
NSOL 和 PRERR 命令。
?3.5模态叠加法瞬态动力分析
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。
?3.5.1建造模型
模态叠加法瞬态动力分析的建立模型与完全法一致，参见?3.4.1建造模型。
?3.5.2获取模态解
―模态分析‖中已经介绍过模态分析的方法，这里必须注意下面几点:
?模态提取法应为子空间法，分块Lanczos法(缺省)、缩减法、子空间法、PowerDynamics法或QR法(非对称法或阻尼法不能用于模态叠加法)。另外，PowerDynamics法无法创建载荷矢量; ?务必提取出可能对动力学响应有贡献的所有模态; ?如果采用缩减法提取模态，则一定要在那些定义了力和间隙条件的节点处指定主自由度;
?如果使用QR法提取模态，必须在前处理或模态分析过程中指定所需阻尼(在模态叠加法瞬态动力分析中指定的阻尼将被忽略)。此时，可以指定 ALPHAD 、 BETAD 、 MP 、DAMP或单元阻尼;不能指定 DMPRAT 和 MDAMP ;
?如果有位移约束，指定之。如果约束是在模态叠加法的瞬态分析求解过程中指定的而不是在模态分析求解中指定，这些约束将被忽略;
?如果在瞬态动力学分析中需要单元载荷(压力、温度、加速度等等)，则必须在模态分析中施加它们。这些载荷在模态分析中将被忽略，但程序会计算出一个载荷向量并将其写入振型文件(Jobname.MODE)，然后可以在瞬态分析中用这个载荷向量;
?模态叠加法不要求扩展模态。(但如果要观察振型，则必须扩展振型。);
?在模态分析与瞬态分析之间不能改变模型数据(例如节点旋转)。
?3.5.3获取模态叠加法瞬态分析解
在这一步中，程序利用从模态分析得到的振型来计算瞬态响应。 ?3.5.3.1注意要点
?振型文件(Jobname.MODE)必须存在;
?数据库中必须包含和模态分析所用模型相同的模型。 分页
?3.5.3.2获取模态叠加法瞬态分析解
获取模态叠加法瞬态动力学分析解的步骤如下:
1.进入SOLUTION。
命令:/SOLU
GUI:Main Menu>Solution
2.定义分析类型和分析选项。除以下差别外，该步骤完全法中分析选项的基本相同:
?不能使用求解控制对话框定义模态叠加法瞬态分析类型和分析设置。不能使用求解控制对话框定义模态叠加法瞬态分析的分析类型和分析设置，而应当利用标准序列的ANSYS求解命令和对应菜单进行设置。
?不能使用重启动[ANTYPE]。
?选择模态叠加法[TRNOPT]。
?一旦指定模态叠加法瞬态分析，对应的求解菜单就会出现。求解菜单可能处于压缩或展开状态，完全取决于上次ANSYS求解的菜单状态。压缩菜单包仅仅含模态叠加法瞬态分析的有效选项和/或建议选项。如果处于压缩菜单状态，希望访问其他求解选项，就选择求解器中的―Unabridged Menu(展开)‖菜单。详细内容，参见《 ANSYS基本分析指南 》的使用展开菜单。 ?指定准备用于求解的模态数[TRNOPT]。这个数目决定了瞬态分析解的精度。至少应当包含预计将对动力学响应有影响的所有模态。例如，如果希望激活较高阶频率，指定的模态数应当包括较高阶模态。缺省情形下采用在模态分析中计算出的所有模态。 ?如果不需要使用刚体(零频率)模态，使用 TRNOPT 命令的 MINMODE 强制跳过它们。
?不可用非线性选项[NLGEOM,SSTIF,NROPT]。
3.如果有间隙条件，就定义间隙。间隙条件只可以指定在两个主节点之间或主节点与基础之间。在使用非缩减法时，一主自由度就是一个非约束的激活自由度。关于间隙条件在缩减法中有详细介绍。
命令:GP
GUI:Main Menu>Solution>Dynamic Gap Cond>Define 4.在模型上施加载荷。在模态叠加法瞬态动力学分析中有下列加载限制:
?可施加的载荷有力、平移加速度和模态分析中生成的载荷向量。外加的非零位移将被忽略。可以用LVSCALE命令(GUI途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply>Load Vector>For Mode Super)来施加在模态分析中生成的载荷向量。
?如果使用缩减法提取的模态振型，则力只能加在主自由度上。 如果在瞬态分析中要用多载荷步来定义加载历程，那么第一个载荷步用于建立初始条件，第二个和后继的载荷步用于瞬态加载，参见下面的说明。
5.建立初始条件。唯一要明确地建立的初始条件是初始位移。一般总要以一次使用给定载荷的静力学求解作为初始求解。对于伪静态分析，模态叠加方法在0时刻产生较差的结果。 下表列出的是在第一个载荷步中可用的载荷步选项: 用于第一个载荷步的选项
选项
命令
GUI 途径
动力学选项( Dynamics Options )
Transient Integration Parameters
TINTP
Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/ Frequency>Time Integration
Load Vector
LVSCALE
Main Menu>Solution>Loads-Apply>Load Vector>For Mode Super
Damping
ALPHAD
BETAD
DMPRAT
MP,DAMP
Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time /Frequenc>Damping
通用选项 ( General Options )
Integration Time Step
DELTIM
Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time & Time Step
输出控制选项( Output Control Options )
Printed Output
OUTPR
Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>Solu Printout
动力学选项
? Transient Integration Parameters[TINTP]
此选项(瞬态积分参数)控制Newmark时间积分方法的特性。缺省时是采用恒定的平均加速度
方案
气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载
，细节参见<>。
? Load Vector[LVSCALE]
此选项用于施加在模态分析中生成的载荷向量。可以用这样的载荷向量在模型上施加单元载荷(压力，温度，等)。 ? Damping
在大多数结构中存在某种形式的阻尼，这些阻尼在分析中应当予以考虑。可以几种形式的阻尼:
–Alpha(质量)阻尼[ALPHAD]
–Beta(刚度)阻尼[BETAD]
–恒定阻尼比[DMPART]
–和材料相关的Beta阻尼[MP,DAMP]
–模态阻尼[MDAMP]
–
注意:如果使用QR 模态提取法，那么模态叠加法中定义的阻尼均将被忽略。细节参见―阻尼‖章节。
通用选项
? Integration Time Step[DELTIM]
对第一个载荷步唯一有效的选项是积分时间步长[DELTIM]，它被假定为在整个瞬态分析过程中保持恒定值。缺省情形下，积分时间步长为1/(20 )，其中 是求解得到的最高频率。DELTIM
命令只在第一载荷步中有效，在后续的载荷步中将被忽略。 注?如果在第一载荷步用了TIME 命令，其设置将被忽略。因为第一步求解总是TIME=0时刻的静力学求解。
输出控制选项
? Printed Output[OUTPR]
用此选项可控制在主自由度处位移解的输出情况。 6.执行命令LSWRITE将第一个载荷步写入载荷步文件(Jobname.S01)。
命令:LSWRITE
GUI:Main Menu>Solution>-Solve-Write LS File 7.指定瞬态载荷部分的载荷和载荷步选项，将每一个载荷步写入一个载荷步文件[LSWRITE]。下面是对瞬态载荷有效的载荷步选项:
通用选项
? Time Option[TIME]
此选项指定载荷步的终止时间。
? Load Vector[LVSCALE]
此选项用于施加在模态分析中生成的载荷向量。
? Stepped or Ramped Loads[KBC]
此选项用于设置在载荷步[KBC]范围内载荷大小是以直线上升方式(Ramped)还是阶跃方式(Stepped)变化[KBC,1]。缺省时是直线上升方式的。
输出控制选项
? Printed Output[OUTPR]
此选项用于控制输出内容。
? Database and Results File Output[OUTRES] 此选项控制在缩减位移文件中要包含的数据。
唯一可用于这些命令的标识字是NSOL(节点解)。OUTRES命令的缺省设置是每隔四个时间点将解写入缩减位移文件一次(除非定义了间隙条件，在这种情况下缺省是写入每个时间点的解)。 8.在模态分析阶段，如果你选用分块Laczos法(缺省)和子空间法(MODOPT,LANB或MODOPT, SUBSP)，通过命令OUTRES,NSOL用节点分量来限制写进缩减位移文件Jobname.RDSP的位移数据。这样，扩展过程将仅仅生成写进.RDSP文件的单元和它们所有节点的结果。为了使用这个选项，首先执行命令OUTRES,NSOL,NONE禁止写出所有结果项，然后执行命令OUTRES,NSOL,FREQ,COMP指定输出感兴趣的项。重复执行OUTRES命令，指定希望写入.RDSP文件的其他节点分量。只允许输出一个频率—ANSYS只能使用OUTRES命令指定的最后一个频率。
9.保存数据库到备份文件。
命令:SAVE
GUI:Utility Menu>File>Save as
10.开始瞬态分析求解。
命令:LSSOLVE
GUI:Main Menu>Solution>-Solve-From LS Files 11.离开SOLUTION。
命令:FINISH
GUI:关闭Solution菜单
不论在模态分析中采用的是子空间法、分块Laczos法、缩减法、PowerDynamic还是 QR法，模态叠加法瞬态分析解都会被写到缩减位移文件Jobname.RDSP中。因此如果对应力结果感兴趣，则需要扩展解。
?3.5.4扩展模态叠加解
扩展处理的步骤和在缩减法中描述的相同。如果模态分析中用了缩减法，则扩展处理需要Jobname.TRI文件。扩展处理的输出有结构分析结果文件Jobname.RST，其中包含已扩展的结果。 ?3.5.5观察结果
结果由用于扩展解的每一个时间点处的位移，应力和反作用力组成。可以用POST26或POST1观察这些结果，正如在完全法中所述的那样。
注 ? 在缩减法或模态叠加法中，FORCE 命令只能选静力。 ?3.5.6模态叠加法瞬态分析的典型命令流
下面是典型的用模态叠加法进行瞬态动力学分析的输入命令流: !Build the Model
/FILNAM,...! Jobname
/TITLE,...! Title
/PREP7! Enter PREP7
---
---! Generate model
---
FINISH
!Obtain the Modal Solution /SOLU! Enter SOLUTION
ANTYPE,MODAL! Modal analysis MODOPT,REDU! Reduced method M,...! Master DOF
TOTAL,...
D,...! Constraints
SF,...! Element loads
ACEL,...
SAVE
SOLVE
FINISH
!Obtain the Mode Superposition Transient Solution
/SOLU! Re-enter SOLUTION ANTYPE,TRANS! Transient analysis TRNOPT,MSUP,...! Mode superposition method
LVSCALE,...! Scale factor for element loads F,...! Nodal Loads
MDAMP,...! Modal damping ratios
DELTIM,...! Integration time step sizes LSWRITE! Write first load step (Remember: the first load step
---! is solved statically at time=0.) ---
---! Loads, etc. for 2nd load step
TIME,...! Time at end of second load step KBC,...! Ramped or stepped loads
OUTRES,...! Results-file data controls ---
LSWRITE! Write 2nd load step (first transient load step)
SAVE
LSSOLVE! Initiate multiple load step solution FINISH
!Review results of the mode superposition solution /POST26! Enter POST26
FILE,,RDSP! Results file is Jobname.RDSP SOLU,...! Store solution summary data
NSOL,...! Store nodal result as a variable PLVAR,...! Plot variables
PRVAR,...! List variables
FINISH
!Expand the Solution
/SOLU! Re-enter SOLUTION
EXPASS,ON! Expansion pass
NUMEXP,...! No. of solutions to expand; time range OUTRES,...! Results-file data controls SOLVE
FINISH
!Review the Results of the Expanded Solution /POST1
SET,...! Read desired set of results into database PLDISP,...! Deformed shape
PRRSOL,...! Reaction loads
PLNSOL,...! Contour plot of nodal results
percent error (a measure of mesh PRERR! Global
adequacy)
---
---! Other postprocessing as desired ---
FINISH
参见<>关
于 ANTYPE , MODOPT , M , TOTAL , ACEL , TRNOPT ,LVSCA
LE , MDAMP , DELTIM , TIME , KBC , OUTRES , LSSOLVE , FI
LE , SOLU , NSOL ,PLVAR , PRVAR , EXPASS , NUMEXP , OUT
PRERR等命令的说明。 RES , PLDISP , PRRSOL , PLNSOL 及
分页
?3.6缩减法瞬态动力学分析 过程
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。
?3.6.1获取缩减解
缩减解指在主自由度处计算出的自由度解。求缩减解需要做的工作如下:
1.进入SOLUTION
命令:/SOLU
GUI:Main Menu>Solution
?3.6.1.1指定分析类型和选项
除了下面的差别外，用于缩减法的分析类型和选项和用于完全法的类型及选项基本相同。
?不能使用求解控制对话框定义缩减法瞬态分析类型和分析设置，而应当利用标准序列的ANSYS求解命令和对应菜单进行设置。
?不能使用重启动[ANTYPE]。
?选择Reduced求解方法[TRNOPT];
?一旦指定缩减法瞬态分析，对应的求解菜单就会出现。求解菜单可能处于压缩或展开状态，完全取决于上次ANSYS求解的菜单状态。压缩菜单包仅仅含模态叠加法瞬态分析的有效选项和/或建议选项。如果处于压缩菜单状态，希望访问其他求解选项，就选择求解器中的―Unabridged Menu(展开)‖菜单。详细内容，参见《 ANSYS基本分析指南 》的使用展开菜单。 ?非线性选项[NLGEOM,SSTIF,NROPT]均不可采用。 ?3.6.1.2定义主自由度。
主自由度是描述结构动力学行为特性的基本自由度。缩减法瞬态
动力学分析要求在定义了间隙条件、力或非零位移的位置处定义主自由度。参见―瞬态动力学分析‖中的―矩阵缩减‖部分所述的选择主自由度的准则。
命令:M
MGEN
TOTAL
MLIST
MDELE
GUI:Main Menu>Solution>Master DOFS>Define/Copy/Program Selected
Main Menu>Solution>Master DOFs>list All Main menu>Solution>Master DOFs>Delete ?3.6.1.3定义间隙条件
定义任何间隙条件:
命令:GP
GUI:Main Menu>Solution>Dynamic Gap Cond>Define 同样也可以列出或删除已定义的间隙:
命令:GPLIST
GPDELE
GUI: Main Menu>Solutions>Dynamic Gap Cond>List All Main Menu>Solutions>Dynamic Gap Cond>Delete ?3.6.1.3.1间隙条件
间隙条件类似于间隙单元，是被指定在瞬态分析过程中预期会发生接触(碰撞)的表面之间。ANSYS程序通过使用一个等效的节点载荷向量表示在间隙关闭时会产生的间隙力。间隙条件只可指定在两个主节点之间或主节点和基础(ground)之间，如下图所示:
图2间隙条件实例
定义间隙条件的一些准则如下:
?使用足够的间隙条件以在接触表面间得到平滑的接触应力分布。
?定义合理的间隙刚度。如果刚度太低，接触表面可能重合太多。如果刚度太高，在碰撞期间要求一个非常小的时间步长。通常建议指定一个比毗邻单元刚度高一或二个数量级大小的间隙刚度。可以用公式AE/L估算毗邻单元的刚度，这里A是间隙条件周围的有贡献的面积，E是交界面上较软材料的弹性模量，L是交界面上第一层单元的深度。
?利用GP命令的DAMP域可以输入非线性间隙阻尼，此时运行速度比使用间隙单元COMBIN40 的完全瞬态分析法要快。仅当TRNOPT = MSUP允许非线性间隙阻尼功能。缩减法瞬态分
析将忽略阻尼条件。
?3.6.1.4在模型上加初始条件
在缩减法瞬态动力学分析中有下列加载限制:
?只能施加位移、力和平移加速度(如重力)载荷。如果模型包含旋转过节点坐标系的节点，并在它们上定义有主自由度，那么不允许施加加速度载荷。
?只能在主自由度上施加力和非零位移载荷。
同完全法中提到的一样，在瞬态分析中要用多载荷步加载来给定义加载历程。第一个载荷步用于建立初始条件，第二个和后继的载荷步用于施加瞬态载荷。如下 所述:
?建立初始条件。唯一需要明确设置的初始条件是初始位移( );也就是说，初始速度和加速度必须为零( = 0， = 0)。由于在后继的载荷步中不能删除位移，因此它们不能用于指定初始速度。在瞬态动力学分析中，总是首先进行静力学分析做为初始求解，目的是用给定的载荷确定 。
?在第一个载荷步中指定载荷步选项。
下列选项可用于第一个载荷步。
用于第一载荷步的选项
选项
命令
GUI 途径
动力学选项( Dynamics Options )
Transient Integration Parameters
TINTP
Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>
Time Integration
Damping
ALPHAD
BETAD
MP,DAMP
Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc > Damping
通用选项( General Options )
Integration Time
Step
DELTIM
Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc > Time & Time Step
输出控制选项( Output Control Options )
Printed Output
OUTPR
Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls> Solu Printout
?3.6.1.4.1动力学选项
? Transient Integration Parameters[TINTP] 瞬态积分参数控制Newmark时间积分法的特性。缺省时是使用恒定的平均加速度方案，细节参见<>。 ? Damping
大多数结构中存在某种形式的阻尼，而且在分析中不可忽略。可指定的阻尼形式有以下4种:
–Alpha(质量)阻尼[ALPHAD]
–Beta(刚度)阻尼[BETAD]
–和材料相关的beta阻尼[MP,DAMP]
–单元阻尼(Combin7等)
细节说明参见―阻尼‖部分。
?3.6.1.4.2通用选项
? Integration Time Step[DELTIM]
积分时间步长是唯一有效的通用选项，在整个瞬态过程中假定为恒定不变。
注?如果在第一个载荷步中用了TIME 命令，它将被忽略。第一步求解总是TIME=0 的静态求解。
?3.6.1.4.3输出控制选项
? Printed Output[OUTPR]
用此选项可设置输出主自由度处的位移解。
?3.6.1.5将第一个载荷步写入载荷步文件
将第一个载荷步写入载荷步文件(Jobname.S01)。
命令:LSWRITE
GUI:Main Menu>Solution>-Solve-Write LS File ?3.6.1.6指定载荷步和载荷步选项
指定瞬态载荷部分对应的载荷和载荷步选项，并将每一个载荷步写入一个载荷步文件[LSWRITE]。下面是可用于瞬态载荷步的选项:
? 通用选项
–Time(指定载荷步结束时的时间)[TIME] –Stepped[KBC,1]或Ramped载荷施加方式[KBC] ? 输出控制
–Printed Output[OUTPR]
–Reduced displacement file[OUTRES] 这些命令中唯一有效的标识字(Label)是NSOL(节点解)。OUTRES命令缺省时是每隔四个时间点把结果写入缩减位移文件一次(除非定义了间隙条件，这时缺省地在每个时间点都写一次解)。
分页
?3.6.1.7存储一个数据库备份
将数据库保存到一个指定名称的备份文件中。
命令:SAVE
GUI:Utility Menu>File>Save as
?3.6.1.8开始瞬态求解
使用下列方法之一进行求解:
命令:LSSOLVE
GUI:Main Menu>Solution>-Solve-From LS Files 其它的生成和求解多步载荷的方法(array parameter法和multiple SOLVE法)参见<>。 ?3.6.1.9离开SOLUTION
命令:FINISH
GUI:关闭Solution菜单
?3.6.2观察缩减法求解的结果
缩减法瞬态动力学分析求解的结果保存在缩减位移文件Jobname.RDSP中。主要包含主自由度随时间变化的位移。可以用POST26观察为时间的函数的主自由度处位移(不能用POST1，因为现在所有DOF处的完整解还没有得到)。 除下列差别外，用POST26的步骤和在完全法中描述的相似: ?在定义POST26变量前，应该用FILE命令指定从Jobname.RDSP
中读取的数据(GUI路径Main Menu>TimeHist Postproc>Settings>File)。例如，如果TRANS是项目名，FILE命令格式为:FILE,TRANS,RDSP。(缺省时，POST26查找的结果文件不是缩减法瞬态分析求解过程所写的结果文件。) ?只有节点自由度数据(在主DOF处)可以使用，因此只可以用NSOL命令来定义变量。
?3.6.3扩展解(扩展处理)
扩展处理是根据缩减解计算出在所有自由度处的完整的位移、应力和力的解。这些计算仅在给定的时间点上进行。因此，在开始扩展处理前，应当观察缩减解的结果(用POST26)并找出关键时间点。
注意? 扩展处理并不总是必要的。例如，如果主要是对结构上给定点的位移感兴趣，那么缩减解本身即可满足要求。但是，如果想确定非主DOF 处的位移，或是对应力或力的解感兴趣，那么就必须进行扩展处理了。
?3.6.3.1注意以下两点:
?缩减法求解过程中生成的.RDSP，.EMAT，.ESAV，.DB和.TRI文件必须存在且有效;
?数据库中必须包含和求解过程中所用模型相同的模型。 ?3.6.3.2扩展 解
1.重新进入SOLUTION。
命令:/SOLU
GUI:Main Menu>Solution
注意? 在扩展解之前，必须(利用FINISH 命令)明确地退出求解器，然后(利用/SOLU )重新进入求解器。
2.激活扩展处理及其选项
扩展处理选项
选项
命令
GUI 途径
Expansion Pass On/Off
EXPASS
Main Menu>Solution>-Analysis Type-ExpansionPass
No. of Solutions to be
Expanded
NUMEXP
Main Menu>Solution>-Load Step Opts-
ExpansionPass>Range of Solu’s
Single Solution to
Expand
EXPSOL
Main Menu>Solution>-Load Step Opts-
ExpansionPass>Single Expand-By Time/Freq ? 选项: Expansion On/Off[EXPASS] 选择ON。
? 选项: Number of Solutions to be Expanded[NUMEXP]
指定将被扩展的解的数目。扩展的将是均布在给定的时间范围内的所设数目的解。靠近这些时刻处的解将被扩展。同时应指定是否要计算应力和力(缺省时都要计算的)。
? 选项: Single Solution to Expand[EXPSOL] 如果不需要在一个范围内扩展多个解，则可用这一选项来指定要
扩展的某个单一解。可以用载荷步及子步序号或时间值来指定单一解。同时指定是否要计算应力和力(缺省时都要计算)。 3.指定载荷步选项。在瞬态动力学分析扩展处理中唯一可用的载荷步选项是输出控制:
? Printed Output[OUTPR]
此选项设置在输出文件要包含的结果数据(Jobname.OUT)。 ? Database and Results File Output[OUTRES] 此选项控制结果文件(Jobname.RST)中的数据。
? Extrapolation of Results[ERESX] 此选项可设置是用复制结果到节点的方式而非外插值方式(缺省)观察单元积分点结果。
注意?OUTPR 和OUTRES 的FREQ 域只能为ALL 或NONE 。ERESX 可设置是用复制结果到节点的方式而非外插值方式(缺省)观察单元积分点结果。
4.开始扩展计算。
命令:SOLVE
GUI:Main Menu>Solution>-Solve-Current LS 5.重复步骤2,3和4对扩展其余的解。每一次扩展处理在结果文件中被保存为一个单独的载荷步。
6.离开SOLUTION。
命令:FINISH
GUI:关闭Solution窗口。
?3.6.4观察已扩展解的结果
扩展处理的结果保存在结构分析结果文件Jobname.RST中。文件中包含下列在缩减解被扩展的各时间点处计算出的数据: 1.基本数据
?节点位移(UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ)
2.派生数据
?节点和单元应力
?节点和单元应变
?单元力
?节点反作用力
?等等
可以用POST1观察这些结果。(如果已在几个时间点处扩展了解，也可以用POST26得到应力—时间，应变—时间的关系等的曲线图)。使用POST1(或POST26)的步骤和在完全法中描述的相同。
?3. 7有预应力瞬态动力学分析
有预应力瞬态动力学分析计算有预应力结构的动力学响应，如带有残余热应力的热处理部件。对不同的瞬态动力学分析方法，预应力分析步骤是各不相同的。
?3.7.1有预应力的完全法瞬态动力学分析
可以通过在初始的静载荷步中施加预应力载荷以在完全法瞬态动力学分析中包含预应力效果。(在随后的载荷步中不要删除这
些载荷)。分析的过程包含两个步骤:
1.建造模型，进入SOLUTION，定义瞬态分析类型[ANTYPE,TRANS]。
?施加所有预应力载荷。
?关闭时间积分效果[TIMINT,OFF]。
?打开应力刚化效果[SSTIF,ON]。
?设时间为很小的值[TIME]。
?将第一个载荷步写入Jobname.S01[LSWRITE]。
如果预应力是非线性行为(如铸造中的残余热力)所引起的，则或许需要用几个载荷步来完成分析的静态预应力分析阶段。在存在几何非线性时(大变形效果)，可以用命令NLGEOM,ON来捕捉预应力效果。
2.在所有的后继载荷步中，打开时间积分效果[TIMINT,ON]，并用前面描述的完全法进行瞬态动力学分析。在用命令[LSWRITE]将所有的载荷步保存到文件中后，就可以用命令[LSSOLVE]进行多载荷步求解了。
注意 ? 如果要用IC 命令定义初始条件(GUI 途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply>Initial Condit"n>Define )，则必须单独进行静态预应力求解。IC 命令只能用于第一个载荷步。 ?3.7.2有预应力的模态叠加法瞬态动力学分析
为了在模态叠加法分析中包含预应力效果，必须首先进行有预应力模态分析(细节参见―模态分析‖)。只要有预应力模态分析结
果已存在，便可象做其它模态叠加法分析那样继续进行分析了。 ?3.7.3有预应力的缩减法瞬态动力学分析
进行有预应力缩减法瞬态动力学分析要求首先通过一个单独的静力学分析将预加应力加到结构中，进一步说明见下。分析的前提假设是瞬态(随时间变化)应力(将重叠在预应力上)比预应力本身要小得多。如果不满足此假设，应当采用完全法瞬态动力学分析。
1.建模并在打开预应力效果[PSTRES,ON]的前提下获取静力学分析解。获取静力学分析解的步骤在―静力学分析‖中说明。 2.重新进入SOLUTION[/SOLU]并求得缩减法瞬态分析解，同样也要打开预应力效果[PSTRES,ON]。静力学分析中生成的文件Jobname.DB、Jobname.EMAT和Jobname.ESAV必须存在且有效。 ?3.8瞬态 分析的关键技术细节
瞬态分析的关键技术细节有:定义合理的积分时间步长、自动时间步长和阻尼等。
?3.8.1积分时间步长选取准则
如前所述，瞬态分析求解的精度取决于积分时间步长的大小:时间步长越小，精度越高。太大的积分时间步长将引发会影响较高阶模态的响应(从而影响整体响应)的误差。太小的时间积分步长将浪费计算机资源。要想计算出最优时间步长，应当遵循下列五个准则:
1.解算响应频率时，时间步长应当足够小以能求解出结构的运动
(响应)。
由于结构的动力学响应可以看作是各阶模态响应的组合，时间步长应小到能够解出对整体响应有贡献的最高阶模态。对于Newmark时间积分方案，已经发现当时间步长取值20倍最高频率时会产生比较合理精度级的解。也就是说，如果 表示频率(周/单位时间为单位)，积分时间步长(ITS)应为: ITS=1/(20 )
如果要得到加速度结果，可能要求更小的ITS值。下图3显示ITS值对单自由度弹簧?质量体系统周期延长量的影响。可以看到当取每周20或更多个时间点时将引起小于百分之一的周期延长。
图3积分时间步长对周期延长的影响
2.解算所加载荷/时间关系曲线时，时间步长应当小到足以―跟随‖载荷函数。
响应总是倾向滞后于所施加的载荷，特别是对于阶跃载荷，如图4所示。阶跃载荷在发生阶跃的时间点附近要求采用较小的ITS以紧紧跟随载荷的阶跃步变化。要跟随阶跃载荷，ITS也许要小
到和1/(180 )相近。
图4瞬态输入/瞬态响应曲线
3.解算接触频率时。在涉及接触(碰撞)的问题中，时间步长应当小到足以捕捉到两个接触表面之间的动量传递。 在计算时如果违反上述准则，将发生明显的能量损失，从而碰撞将不会是完全弹性的。积分时间步长可由接触频率( )确定:
其中:
是间隙刚度;
是作用在间隙上的有效质量;
是每周的点数。
要使能量损失最小，每周至少要取30个点( =30)。如果要得到加速度结果，可能要取更大的 值。对缩减法和模态叠加法， 必须至少为7以确保求解的稳定性。如果接触时期和接触质量比整个瞬态过程时间和系统质量小得多，则可以在每周取少于30个点( <30)，这是因为此时能量损失对总响应的影响很小。
4.解算波传播时，如果对波传播效果感兴趣，则时间步长应当小到当波在单元之间传播时足以捕捉到波动效应。参见―建模‖部分关于单元大小的讨论。
5.解算非线性时，大部分问题要求满足前面四个准则的时间步长就可捕捉到非线性行为，但也有少数例外情形:当结构在载荷作用下趋于刚化(例如，从弯曲状态变化到薄膜承载状态的大变形问题)，则必须求解被激活的高阶模态。
在用合适的准则计算出时间步长后，在具体分析中应该用最小的步长值。可以采用自动时间步长来让ANSYS程序决定在求解中何时增大或减小时间步长，自动时间步长将在下面进行讨论。 避免使用过小的时间步长，特别是建立初始条件时，因为过小的数值可能引起数值计算困难。例如，基于计算时间大小而言，小于相对 数量级的时间步长就会引起数值计算困难。 分页
?3.8.2自动时间步长
自动时间步长(也称作时间步长优化)试图按响应频率和非线性效果来调整求解期间的积分时间步长。此特征的主要好处是可以减少子步的总数，从而节省计算机资源。同理，采用自动时间步长可以大大减少可能需要进行重新分析(调节时间步长，非线性，等)的次数。如果存在非线性，自动时间步长还会带来另外一个好处:适当地增加载荷并在达不到收敛时回溯到先前收敛的解(二分法)。可以用命令AUTOTS激活自动时间步长。(关于存
在非线性时采用自动时间步长的情况参见―非线性分析‖。) 虽然对于所有分析都激活自动时间步长似乎是一个好主意，但在有些情况下自动时间步长也可能是无益的(甚至可能是有害的): ?只是在结构的局部有动力学行为的问题(例如涡轮叶片和轮毂组件)，这时系统部件的低频能量部分远远高于高频部分。 ?受恒定激励的问题(如地震载荷)，在这种情形下当不同频率被激活时时间步长趋于连续变化。
?运动学问题(刚体运动)，在这种情形下刚体运动对响应频率项的贡献将占主导地位。
?3.8.3阻尼
大多数系统中存在阻尼，而且在动力学分析中应当指定阻尼。在ANSYS程序可以指定五种形式的阻尼:
?Aplha和Beta阻尼(Rayleigh阻尼)
?和材料相关的阻尼
?恒定的阻尼比
?振型阻尼
?单元阻尼
在ANSYS/Professional程序中只有恒定阻尼比和振型阻尼可用。可以在模型中指定多种形式的阻尼，程序按所指定的阻尼之和形成阻尼矩阵[C]。下表列出了在不同结构分析中可用的阻尼类型。 不同分析类型可用的阻尼
分析类型
α , β阻尼
[ALPHAD, BETAD]
材料相关阻尼
[MP,DAMP] 恒定阻尼比
[DMPRAT] 振型阻尼
[MDAMP] 单元阻尼 [3] (COMBIN7等) 静力学分析
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
模态分析
无阻尼
No[5]
No[5]
No[5]
No
No
有阻尼 Yes Yes No
No
Yes 谐响应分析
完全法 Yes Yes Yes No
Yes 缩减法 Yes Yes Yes No
Yes 模态叠加法
Yes[6] Yes[4，6] Yes[7] Yes[7] Yes[6] 瞬态分析
完全法
Yes
Yes
No
No
Yes
缩减法
Yes
Yes
No
No
Yes
模态叠加法 Yes[6] Yes[4，6] Yes[7]
Yes[7] Yes[6] 谱分析
SPRS,MPRS[2]
Yes[1] Yes
Yes
Yes
No
DDAM[2] Yes[1] Yes
Yes
Yes
No
PSD[2] Yes
No
Yes
Yes
No
屈曲分析
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
子结构
Yes
Yes
No
No
Yes
N/A表示不能使用
[1]表示只可用β阻尼，不可用α阻尼
[2]表示阻尼只用于模态合并，不用于计算模态系数 [3]表示包括超单元阻尼矩阵
[4]表示如果经模态扩展转换成了振型阻尼
[5]表示如果指定了，程序会计算出一个用于随后的谱分析的有效阻尼比
[6]表示如果使用QR阻尼模态提取方法[MODOPT,QRDAMP]，在前处理或模态分析过程中指定任何阻尼，但ANSYS在执行模态叠加分析时将忽略任何阻尼。
[7]如果你使用QR阻尼模态提取方法[MODOPT,QRDAMP]，
DMPART和MDAMP不能使用。
1. Alpha 阻尼 和 Beta 阻尼
Alpha阻尼和Beta阻尼用于定义瑞利(Rayleigh)阻尼常数α和β。阻尼矩阵是在用这些常数乘以质量矩阵[M]和刚度矩阵[K]后计算出来的。
BETAD 分别用于确定瑞利(Rayleigh)阻尼常命令 ALPHAD 和
数α和β。通常α和β的值不是直接得到的，而是用振型阻尼比 计算出来的。 是某个振型i的实际阻尼和临界阻尼之比。如果 是模态i的固有角频率，则α和β满足下列关系:
在许多实际问题中，Alpha阻尼(或称质量阻尼)可以忽略(α=0)。这种情形下，可以由已知的 和 计算出β:
由于在一个载荷步中只能输入一个β值，因此应该选取该载荷步中最主要的被激活频率来计算β值。
为了确定对应给定阻尼比ξ的α和β值，通常假定α和β之和在某个频率范围内近似为恒定值(见图5)。这样，在给定阻尼比ξ和一个频率范围ωi,ωj后，解两个并列方程组便可求得α和β。
图5瑞利阻尼
Alpha阻尼在模型中引入任意大质量时会导致不理想的结果。一个常见的例子是在结构的基础上加一个任意大质量以方便施加加速度谱(用大质量可将加速度谱转化为力谱)。Alpha阻尼系数在乘上质量矩阵后会在这样的系统中产生非常大的阻尼力，这将导致谱输入的不精确，以及系统响应的不精确。 Beta阻尼和材料阻尼在非线性分析中会导致不理想的结果。这两种阻尼要和刚度矩阵相乘，而刚度矩阵在非线性分析中是不断变化的。由此所引起的阻尼变化有时会和物理结构的实际阻尼变化相反。例如，存在由塑性响应引起的软化的物理结构通常相应地会呈现出阻尼的增加，而存在Beta阻尼的ANSYS模型在出现塑性软化响应时则会呈现出阻尼的降低。
2. 和材料相关的阻尼
和材料相关的阻尼允许将Beta阻尼做为材料性质来指定[MP,DAMP]。但要注意在谱分析[ANTYPE,SPECTR]中的MP,DAMP是指定和材料相关的阻尼比ξ，而不是β。同样要注意对于多材料单元如SOLID46,SOLID65,SHELL91和SHELL99，只能对单元整体指定一个β值，而不能对单元中的每一种材料都指定。在这些情形下，β是由单元的材料指针(用MAT命令设置)决定的，而不是由单元实常数MAT指向的材料决定的。 3. 恒定阻尼比
恒定阻尼比是在结构中指定阻尼的最简单的方法。它表示实际阻尼和临界阻尼之比，是用DMPRAT命令指定的小数值。DMPRAT
只可用于谱分析、谐响应分析和模态叠加法瞬态动力学分析。 4. 振型阻尼
振型阻尼可用于对不同的振动模态指定不同的阻尼比。它用MDAMP命令指定且只能用于谱分析和模态叠加法瞬态动力学分析、谐响应分析。
5. 单元阻尼
单元阻尼在用到有粘性阻尼特征的单元类型时会涉及到，如单元COMBIN7, COMBIN14,COMBIN37,COMBIN40等。 关于阻尼的更详细描述参见<>。 ?3.9瞬态动力学分析实例
?3.9.1瞬态完全法分析板-梁结构实例
如图6所示板-梁结构，板件上表面施加随时间变化的均布压力，计算在下列已知条件下结构的瞬态响应情况。
全部采用A3钢材料，特性:
杨氏模量=2e11 泊松比=0.3密度=7.8e 3 板壳:
厚度=0.02
四条腿(梁)的几何特性:
截面面积=2e-4 惯性矩=2e-8 宽度=0.01 高度=0.02 压力载荷与时间的关系曲线见图7所示。
图6质量梁-板结构及载荷示意图
图 7 板上压力 - 时间关系
?3.9.1.1 GUI方式 分析过程
第1步:设置分析标题
1.选取菜单途径Utility Menu>File>Change Title。 2.输入― The瞬态 Analysis of the structure‖，然后单击OK。
第2步:定义分析参数
1.选取菜单途径Utility Menu>Paramenters>Scalar Parameters，弹出Scalar Parameters窗口，在Selection输入行输入:width=1，单击Accept。
2.依次在Selection输入行输入:length=2、high=-1和
mass_hig=0.1，每次单击Accept。
3.单击Close，关闭Scalar Parameters窗口。
第3步:定义单元类型(省略)
第4步:定义单元实常数(省略)
第5步:定义材料特性(省略)
第6步:建立有限元分析模型 (有限元网格模型，省略) 第7步:瞬态动力分析
1.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis，弹出New Analysis对话框。
2.选择瞬态，然后单击OK。
3.选取菜单途径 Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Damping，弹出Damping Specifications
窗口。
4.在Mass matrix multiplier处输入5。单击OK。 5.选取菜单途径Main Menu > Solution > -Loads-Apply > -Structural-Displacement>On Nodes。弹出拾取(Pick)窗口，在有限元模型上点取节点232、242、252和262，
OK，弹出Apply U,ROT on Nodes对话框。 单击
6.在DOFS to be constrained滚动框中，选种―All DOF‖(单击一次使其高亮度显示，确保其它选项未被高亮度显示)。单击OK。
7.选取菜单途径Utility Menu>Select>Everything。
8.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>DB/Results File，弹出Controls for Database and Results File Writing窗口。
9.在Item to be controlled滚动窗中选择All items。单击OK。
10.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time – Time Step，弹出Time – Time Step Options窗口。
11.在Time at end of load step处输入1;在Time step size处输入0.2;在Stepped or ramped b.c处单击ramped;单击Automatic time stepping为on;在Minimum time step size处输入0.05;在Maximum time step size处输入0.5。单击OK。
12.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structure-Pressure>On Areas。弹出Apply PRES on Areas拾取窗口。
13.单击Pick All，弹出Apply PRES on Areas对话框。 14.在pressure value处输入10000。单击 OK
15.选取菜单途径Main menu>Solution>Write LS File，弹出Write Load Step File对话框。
16.在Load step file number n处输入1，单击OK。 17.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step
Opts-Time/Frequenc> Time – Time Step，弹出Time – Time Step Options窗口。
18.在Time at end of load step处输入2。单击单击OK。 19.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structure-Pressure>On Areas。弹出Apply PRES on Areas拾取窗口。
Areas对话框。 20.单击Pick All，弹出Apply PRES on
21.在pressure value处输入0。单击OK
22.选取菜单途径Main menu>Solution>Write LS File，弹出Write Load Step File对话框。
23.在Load step file number n处输入2，单击OK。 24.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time – Time Step，弹出Time – Time Step Options窗口。
25.在Time at end of load step处输入4;在Stepped or ramped b.c处单击Stepped。单击OK。
26.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structure-Pressure>On Areas。弹出Apply PRES on Areas拾取窗口。
27.单击Pick All，弹出Apply PRES on Areas对话框。 28.在pressure value处输入5000。单击OK
29.选取菜单途径Main menu>Solution>Write LS File，弹出
Write Load Step File对话框。
30.在Load step file number n处输入3，单击OK。 31.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time – Time Step，弹出Time – Time Step Options窗口。
32.在Time at end of load step处输入6。单击单击OK。 33.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structure-Pressure>On Areas。弹出Apply PRES on Areas拾取窗口。
34.单击Pick All，弹出Apply PRES on Areas对话框。 35.在pressure value处输入0。单击OK
36.选取菜单途径Main menu>Solution>Write LS File，弹出Write Load Step File对话框。
37.在Load step file number n处输入4，单击OK。 38.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Solve-From LS File，弹出Slove Load Step Files对话框。
39.在Starting LS file number处输入1;在Ending LS file number处输入4。单击OK。
40.当求解完成时会出现一个―Solution is done‖的提示对话框。单击close。
第8步:POST26观察结果(节点146的位移时间历程结果) 1.选取菜单途径Main Menu>TimeHist Postpro>Define
Variables。Defined Time-History Variables对话框将出现。 2.单击Add，弹出Add Time-History Variable对话框。接受缺省选项Nodal DOF Result，单击OK，弹出Define Nodal Data拾取对话框。
3.在图形窗口中点取节点146。单击OK，弹出Define Nodal Data对话框。
4.在user-specified label处输入UZ146;在右边的滚动框中的―Translation UZ‖上单击一次使其高亮度显示。单击OK。 5.选取菜单途径Utility Menu>PlotCtrls>Style>Graph，弹出Graph Controls对话框。
6.在type of grid滚动框中选中―X and Y lines‖，单击OK。 7.选取菜单途径Main Menu>TimeHist PostPro>Graph Variables，弹出Graph Time-History Variables对话框。、在1st Variable to graph处输入2。单击OK，图形窗口中将出现一个曲线图，见图8。
图8节点146的UZ位移结果
第9步:退出ANSYS
1.在ANSYS Toobar中单击Quit。 2.选择要保存的选项然后单击OK。 分页
?3.9.1.2批处理方式 命令流
可以用下面给出的ANSYS命令代替GUI选择来进行上述系统的
谐响应分析实例。
/batch
/title, Harmonic Response of the Structure
/prep7
width=1～定义分析变量
length=2
high=-1
mass_hig=0.1
et,1,63～定义单元类型
et,2,4
r,1,0.02～定义单元实常数
r,2,2e-4,2e-8,2e-8,0.01,0.02
mp,ex,1,2e11～定义材料特性 mp,nuxy,1,0.3 mp,dens,1,7800 rect,,length,,width～定义有限元模型
k,5,,,high
k,6,length,,high k,7,length,width,high
k,8,,width,high l,1,5
*rep,4,1,1
esiz,0.1
amesh,all
type,2
real,2
lmesh,5,8
fini
/solu
anty,trans～选取瞬态分析
nsel,s,loc,z,high～添加边界条件 d,all,all
outr,all,all alls
alph,5～指定质量阻尼系数
time,1
delt,0.2,0.05,0.5 auto,on
kbc,0
sfa,1,,pres,10000
lswr,1!写第一个时间载荷步文件
time,2
lswr,2!写第二个时间载荷步文件
time,4
sfa,1,,pres,5000
kbc,1
lswr,3!写第三个时间载荷步文件
time,6
sfa,1,,pres,0
lswr,4!写第四个时间载荷步文件
lssolve,1,4
fini
/post26
nsol,2,146,u,z～定义变量2为节点146在X方向上的位移 /grid,1
plva,2～绘制变量2的曲线
?3.9.2瞬态缩减法分析简支梁,质量系统实例 在这个实例中要用缩减法进行瞬态动力学分析以确定对有有限上升时间的恒定力的动力学响应。问题的实际结构是一根钢梁支撑着集中质量并承受一个动态载荷。钢梁长为 ，支撑着一个
集中质量 。这根梁承受着一个上升时间为 ，最大值为 的
。梁的重量可以忽略，确定产生最大位移响应时的时动载荷
间 及响应 。同时要确定梁中的最大弯曲应力 。 求解过程中用不到梁的特性，其截面积可随意输入一个单位值。取加载结束时间为0.1秒以使质量体达到最大弯曲。在质量体的侧向设定一个主自由度。第一个载荷步用于静力学求解。可以在此模型中可以使用对称性。选定在最大响应时间(0.092秒)处做扩展处理计算。已知下列数据:
材料特性:
=30×103 =0.0259067
几何数据:
载荷:
图9钢梁支撑集中质量的几何模型
?3.9.2.1 GUI方式分析过程
第 1步:指定分析标题
1.选取菜单途径Utility Menu>File>Change Title。
2.输入文字―瞬态 response to a constant force with a finite rise time.‖
单击OK。
第 2步:指定单元类型
1.选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Element
Element Type对话框将出现。 Type>Add/Edit/Delete。
2.单击Add。Library of Element Types对话框出现。 3.在左边的滚动框中，单击―Structural Beam‖。
4.在右边的滚动框中，单击―2D elastic 3‖，然后单击Apply。 5.在左边的滚动框中，单击―Structural Mass‖。
6.在右边的滚动框中，单击―3D mass21‖，然后单击OK。 7.在Element Types对话框中，在―Type 2‖上单击仅一次，然后单击Options。
8.在Rotary inertia options下拉列表中，滚动到―2-D w/o rot iner‖并选中它。
9.单击OK并在Element Type对话框中单击Close。 第 3步:定义实常数
1.选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Real Constants。Real Constants对话框将出现。
2.单击Add。Element Type for Real Constant对话框出现。 3.单击OK。Real Constants for BEAM3对话框出现。 4.在Area处输入1，在IZZ输入800.6，在Height输入18。
5.单击OK。
6.在Real Constants对话框中单击Add。
7.单击Type 2 MASS21并单击OK。Real Constants for MASS21对话框出现。
8.在mass处输入.0259067然后单击OK。
9.单击Close。
第 4步:指定材料性质
1.选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>-Material Props>-Constant-Isotropic。Isotropic Material Properties对话框将出现。
2.单击OK。第二个对话框出现。
3.在EX处输入30e3然后单击OK。
第 5步:定义节点
1.选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>Nodes>In Active CS。Create Nodes in Active Coordinate System对话框出现。 2.在node number处输入1然后单击Apply在0,0,0处定义节点
1。
3.在node number处输入3。
4.在X,Y,Z坐标处输入240,0,0然后单击OK。
5.选取菜单途径Main menu>Preprocessor>-Modeling-Create>Nodes>Fill between
Nds。Fill between Nds对话框出现。
6.在节点1和3上都单击一次，然后单击OK。Create Nodes Between 2 Nodes对话框出现。
7.单击OK接受缺省的设置。
第 6步:定义单元
1.选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>Elements>-Auto
Element from Nodes拾取菜单出现。 Numbered-Thru Nodes。
2.在节点1和2上都单击一次，然后单击Apply。
3.在节点2和3上都单击一次，然后单击OK。
4.选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>Elements> Elem Aitributes。 Element Attributes对话框出现。
5.在Element type number处输入2。
6.在Real constant set no处输入2，然后单击OK。 7.选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>Elements>-Auto Numbered-Thru Nodes。Elements from Nodes拾取菜单出现。 8.在节点2上单击一次然后单击OK。
第 7步:指定分析类型及分析选项
1.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Aualysis Type-New Analysis。
2.单击―瞬态‖以选中它，然后单击OK。
3.选取菜单途径Main Menu>Solution>Analysis Options。瞬态 Analysis对话框出现。
4.单击―Reduced‖然后单击OK。Reduced瞬态 Analysis对话框出现。
5.在Damping effects的滚动框中滚动到―Ignore‖且选中它。 6.单击OK。
第 8步:定义主自由度
1.选取菜单途径Main Menu>Solution>Master DOFs>-User Selected-Define。 Define Master DOFs拾取菜单将会出现。 2.单击节点2然后单击OK。Define Master DOFs对话框出现。 3.下拉菜单1st degree of freedom中，滚动到―UY‖并选中它。 4.单击OK。
第 9步:设置载荷步选项
1.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc > Time & Time Step。
2.在Time step size处输入.004。
第 10步:施加第一个载荷步
1.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Displacement>On Nodes。 Apply U,ROT on Nodes拾取菜单出现。 2.单击节点1，然后单击Apply。 Apply U,ROT on Nodes
对话框出现。
3.单击―UY‖以选中它，然后单击Apply。
4.单击节点3，然后单击OK。Apply U,ROT on Nodes对话框出现。
5.单击―UX‖以选中它。―UY‖应当保持为选中状态。单击OK。 6.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Force/ Moment>On
Apply F/M on Nodes拾取菜单出现。 Nodes。
7.单击节点2然后单击OK。Apply F/M on Nodes对话框出现。
8.在下拉菜单Direction of force/mom中，滚动到―FY‖并选中它。使initial static solution栏为空(零)。
9.单击OK，然后单击ANSYS Toolbar上的SAVE_DB。 第 11步:输出设置
1.选取菜单途径Main menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls> DB/Results File。 Controls for Database and Results file Writing对话框出现。 2.单击―Every substep‖以选中它，然后单击OK。
第 12步:求解第一载荷步
1.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Solve-Current LS。 2.检查状态窗口中的信息，然后单击Close。
3.单击Solve Current Load Step对话框上的OK开始求解。
4.当求解完成时单击close。
第 13步:施加下一个载荷步
1.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequent> Time & time Step。 Time & Time Step Options对话框出现。
2.在Time at the end of Load Step处输入.075，然后单击
OK。
3.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Force/ Moment>On Nodes。Apply F/M on Nodes拾取菜单出现。
4.单击节点2然后单击OK。Apply F/M on Nodes对话框出现。
5.在Force/Moment value处输入20，然后单击OK。 第 14步:求解当前载荷步
1.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Solve-Current LS。 2.检查状态窗口中的信息，然后单击close。
3.单击Solve Current Load Step对话框上的OK开始求解。 4.当求解完成时单击Close。
第 15步:设置下一个时间步并求解
1.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time & time step。Time & Time step Options对话框出现。
2.在Time at the end of Load step处输入1，然后单击OK。
3.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Solve-Current LS。 4.检查状态窗口中的信息，然后单击close。
5.单击Solve Current Load Step对话框上的OK开始求解。 6.当求解完成时单击close。
7.选取菜单途径Main Menu>Finish。
第 16步:执行扩展处理并求解
1.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Analysis Type-Expansion Pass。将Expansion pass设为ON，然后单击OK。
2.选取菜单途径Main menu>Solution>-Load Step Opts-Expansion Pass>-Single Expand>By Time/Freq。Expand Single Solution by Time/Frequency对话框出现。 3.在Time-point/Frequenty处输入0.092然后单击OK。 4.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Solve-Current LS。 5.检查状态窗口中的信息，然后单击close。
6.单击Solve Current Load Step对话框上的OK开始求解。 7.求解结束时单击close。
第 17步:在POST26中观察结果
1.选取菜单途径Main Menu>TimeHist Postpro>Settings>File。 File Setting对话框出现。
2.在滚动框Files中，滚动到且选中―file.rdsp‖然后单击OK。 3.选取菜单途径Main Menu>TimeHist Postpro>Define Variables。Defined Time-History Variables对话框出现。 4.单击Add。 Add Time-History Variable对话框出现。 5.单击OK接受缺省选项Nodal DOF Results。Define Nodal Data对话框出现。
6.接受reference number of variable处的缺省值2。 7.在nodal number处输入2。
8.在user-specified Label处输入NSOL。
9.在右边的滚动框中，单击―Translation UY‖并选中它。 10.单击OK，然后在Defined Time-History Variable对话框中单击close。
11.选取菜单途径Main Menu>TimeHist Postproc>Graph Variables。
12.在1st Variable to graph处输入2，然后单击OK。在ANSYS图形窗口中将出现绘制出的曲线图。
13.选取菜单途径Main Menu>TimeHist Postpro>List Variables。
14.在1st variable to list处输入2并单击OK。
15.检查状态窗口中的信息然后单击close。
第 18步:用POST1观察结果
1.选取菜单途径Main Menu>General Postproc>-Read
Results-First Set。
2.选取菜单途径Main Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shope。Plot Deformed Shape对话框出现。 3.单击―Def + undeformed‖然后单击OK。
第 19步:退出ANSYS
1.在ANSYS Toolbar中选择QUIT。
2.选择所需保存选项，然后单击OK。
分页
?3.9.2.2批处理方式命令流
可以用下面给出的ANSYS命令流代替GUI选择来进行对一个支架的瞬态动力学分析。以感叹号(!)开头的行是注释行。 /PREP7
/TITLE,瞬态 Response to a Constant Force with a Finite Rise Time
ET,1,BEAM3! Two-dimensional beam
ET,2,MASS21,,,4! Two-dimensional mass
R,1,1,800.6,18! Beam area = 1, I = 800.6, h = 18 R,2,.0259067! Mass
MP,EX,1,30e3
N,1
N,3,240
FILL
E,1,2! Beam elements
EGEN,2,1,1
TYPE,2
REAL,2
E,2! Type 2 element with real constant 2 M,2,UY! Master DOF in Y direction at middle of
beam
FINISH
/SOLU
ANTYPE,TRANS!瞬态动力分析
TRNOPT,REDUC,,NODAMP! Reduced瞬态 analysis, ignore
damping
DELTIM,.004! Integration time step size D,1,UY
D,3,UX,,,,,UY
OUTPR,BASIC,1
OUTRES,ALL,1
F,2,FY,0! Force = 0 at Time = 0 SOLVE
TIME,.075! Time at end of load step F,2,FY,20! Force is ramped to 20 SOLVE
TIME,.1! Constant force until time = 0.1 SOLVE
FINISH
/SOLU
! The following is the expansion pass using BEAM3 and MASS21 elements
EXPASS,ON! Expansion pass on
EXPSOL,,,0.092! Time of maximum response SOLVE
FINISH
/POST26
NUMVAR,0
FILE,file,rdsp
NSOL,2,2,U,Y,NSOL! Define the variables PLVAR,2! Graph the variables PRVAR,2! List the variables
FINISH
/POST1
SET,FIRST! Read in results
PLDISP,1! Display deformed and undeformed shape FINISH
?3.9.3 瞬态模态叠加法分析板-梁结构实例
该计算实例的原型是?3.12.1中分析实例的原型，现在我们采用模态叠加法来完成?3.12.1中所有的瞬态响应分析任务。 ?3.9.3.1 GUI方式分析过程
第1步:设置分析标题
1.选取菜单途径Utility Menu>File>Change Title。 2.输入― The瞬态 Analysis of the structure‖，然后单击
OK。
第2步:定义分析参数
1.选取菜单途径Utility Menu>Paramenters>Scalar Parameters，弹出Scalar Parameters窗口，在Selection输入行输入:width=1，单击Accept。
2.依次在Selection输入行输入:length=2、high=-1和mass_hig=0.1，每次单击Accept。
3.单击Close，关闭Scalar Parameters窗口。
第3步:定义单元类型(省略)
第4步:定义单元实常数(省略)
第5步:定义材料特性(省略)
第6步:建立有限元分析模型(有限元网格模型，省略) 第7步:模态分析
1.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis，弹出New Analysis对话框。
2.选择Modal，然后单击OK。
3.选取菜单途径Main Menu>Solution>Analysis Options，弹出Modal Analysis对话框。
4.选中Block Lanczos模态提取法;在No. of modes to extract处输入10(模态提取数目);在Expand mode shapes点击为Yes，在No. of modes to expand处输入10;点击Calculate elem results为Yes。
5.单击OK，弹出Block Lanczos Analysis对话框。接受缺省值，单击OK。
6.选取菜单途径Main Menu > Solution > -Loads-Apply > -Structural-Displacement>On Nodes。弹出拾取(Pick)窗口，在有限元模型上点取节点232、242、252和262，单击OK，弹出Apply U,ROT on Nodes对话框。 7.在DOFS to be constrained滚动框中，选种―All DOF‖(单击一次使其高亮度显示，确保其它选项未被高亮度显示)。单击OK。
8.选取菜单途径Utility Menu>Select>Everything。 9.选取菜单途径Main Menu > Solution >-Solve-Current LS。弹出Solve Current Load Step对话框，同时弹出/STAT Command窗口。
10.仔细阅读/STAT Command窗口中的信息，然后单击Close关闭/STAT Command窗口。
11.单击Solve Current Load Step对话框中的OK，开始求解
计算。
12.当求解结束时，弹出―Solution is done～‖对话框，关闭之。 第8步:瞬态动力分析
1.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis，弹出New Analysis对话框。
2.选择瞬态，然后单击OK。
3.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Damping，弹出Damping Specifications
窗口。
4.在Mass matrix multiplier处输入5。单击OK。 5.选取菜单途径Main Menu > Solution > -Loads-Apply > -Structural-Displacement>On Nodes。弹出拾取(Pick)窗口，在有限元模型上点取节点232、242、252和262，单击OK，弹出Apply U,ROT on Nodes对话框。 6.在DOFS to be constrained滚动框中，选种―All DOF‖(单击一次使其高亮度显示，确保其它选项未被高亮度显示)。单击OK。
7.选取菜单途径Utility Menu>Select>Everything。 8.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>DB/Results File，弹出Controls for Database and Results File Writing窗口。
9.在Item to be controlled滚动窗中选择All items。单击
OK。
10.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time – Time Step，弹出Time – Time Step Options窗口。
11.在Time at end of load step处输入1;在Time step size处输入0.2;;在Stepped or ramped b.c处单击ramped;单击Automatic time stepping为on;在Minimum time step size处输入0.05;在Maximum time step size处输入0.5。单击OK。
12.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structure-Pressure>On Areas。弹出Apply PRES on Areas拾取窗口。
13.单击Pick All，弹出Apply PRES on Areas对话框。 14.在pressure value处输入10000。单击OK
15.选取菜单途径Main menu>Solution>Write LS File，弹出Write Load Step File对话框。
16.在Load step file number n处输入1，单击OK。 17.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time – Time Step，弹出Time – Time Step Options窗口。
18.在Time at end of load step处输入2。单击单击OK。 19.选取菜单途径Main
Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structure-Pressure>On Areas。弹出Apply PRES on Areas拾取窗口。
20.单击Pick All，弹出Apply PRES on Areas对话框。 21.在pressure value处输入0。单击OK
22.选取菜单途径Main menu>Solution>Write LS File，弹出Write Load Step File对话框。
23.在Load step file number n处输入2，单击OK。 24.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time – Time Step，弹出Time – Time Step Options窗口。
25.在Time at end of load step处输入4;在Stepped or ramped b.c处单击Stepped。单击单击OK。
26.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structure-Pressure>On Areas。弹出Apply PRES on Areas拾取窗口。
27.单击Pick All，弹出Apply PRES on Areas对话框。 28.在pressure value处输入5000。单击OK
29.选取菜单途径Main menu>Solution>Write LS File，弹出Write Load Step File对话框。
30.在Load step file number n处输入3，单击OK。 31.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time – Time Step，弹出Time –
Time Step Options窗口。
32.在Time at end of load step处输入6。单击单击OK。 33.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structure-Pressure>On Areas。弹出Apply PRES on Areas拾取窗口。
Areas对话框。 34.单击Pick All，弹出Apply PRES on
35.在pressure value处输入0。单击OK
36.选取菜单途径Main menu>Solution>Write LS File，弹出Write Load Step File对话框。
37.在Load step file number n处输入4，单击OK。 38.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Solve-From LS File，弹出Slove Load Step Files对话框。
39.在Starting LS file number处输入1;在Ending LS file number处输入4。单击OK。
40.当求解完成时会出现一个―Solution is done‖的提示对话框。单击close。
第9步:POST26观察结果(节点146的位移时间历程结果) 1.选取菜单途径Main Menu>TimeHist Postpro>Define Variables。Defined Time-History Variables对话框将出现。 2.单击Add，弹出Add Time-History Variable对话框。接受缺省选项Nodal DOF Result，单击OK，弹出Define Nodal Data拾取对话框。
3.在图形窗口中点取节点146。单击OK，弹出Define Nodal Data对话框。
4.在user-specified label处输入UZ146;在右边的滚动框中的―Translation UZ‖上单击一次使其高亮度显示。单击OK。 5.选取菜单途径Utility Menu>PlotCtrls>Style>Graph，弹出Graph Controls对话框。
6.在type of grid滚动框中选中―X and Y lines‖，单击OK。 7.选取菜单途径Main Menu>TimeHist PostPro>Graph Variables，弹出Graph Time-History Variables对话框。 8.在1st Variable to graph处输入2。单击OK，图形窗口中将出现一个曲线图，与图8相同。
第10步:退出ANSYS
1.在ANSYS Toobar中单击Quit。
2.选择要保存的选项然后单击OK。
分页
?3.9.3.2批处理方式命令流
可以用下面给出的ANSYS命令代替GUI选择来进行上述系统的谐响应分析实例。
/batch
/title, Harmonic Response of the Structure /prep7
width=1～定义分析变量
length=2
high=-1
mass_hig=0.1 et,1,63～定义单元类型
et,2,4
r,1,0.02～定义单元实常数
r,2,2e-4,2e-8,2e-8,0.01,0.02
mp,ex,1,2e11～定义材料特性 mp,nuxy,1,0.3 mp,dens,1,7800 rect,,length,,width～定义有限元模型 k,5,,,high
k,6,length,,high k,7,length,width,high
k,8,,width,high l,1,5
*rep,4,1,1
esiz,0.1
amesh,all
type,2
real,2
lmesh,5,8
fini
/solu
anty,modal
modopt,Lanb,10 mxpand,10,,,yes nsel,s,loc,z,high d,all,all～添加边界条件
alls
solv
fini
/solu
anty,trans～选取瞬态分析
nsel,s,loc,z,high d,all,all
outr,all,all
alls
alph,5～指定质量阻尼系数
time,1
delt,0.2,0.05,0.5 auto,on
kbc,0
sfa,1,,pres,10000
lswr,1!写第一个时间载荷步文件
time,2
lswr,2!写第二个时间载荷步文件
time,4
sfa,1,,pres,5000
kbc,1
lswr,3!写第三个时间载荷步文件
time,6
sfa,1,,pres,0
lswr,4!写第四个时间载荷步文件
lssolve,1,4
fini
/post26
nsol,2,146,u,z～定义变量2为节点146在X方向上的位移 /grid,1
plva,2～绘制变量2的曲线
?3.9.4其它的分析实例的出处
在好几种ANSYS刊物中，特别是ANSYS Verification Manual中给出了一些其它的谐响应分析实例。
ANSYS Verification Manual由对ANSYS产品家族性能进行测试的一些实例组成。在这些实例中给出了针对实际问题的求解方法，但Verification Manual中并没有给出包含冗长的数据输
入输出的按步进行的操作指导。但是，大多数有一点有限元经验的用户应当能够在看完各实例的有限元模型以及带有注释的输入数据后添上手册中忽略的操作细节。
下表列出的是一些在Verification Manual中可以找到的瞬态动力学分析的测试实例:
VM9 - Large Lateral Deflection of Unequal Stiffness Springs
VM40 - Large Deflection and Rotation of a Beam Pinned at One End
VM65 - Transient Response of a Ball Impacting a Flexible Surface
VM71 - Transient Response of a Spring, Mass, Damping System
VM72 - Logarithmic Decrement
VM73 - Free Vibration with Coulomb Damping VM74 - Transient Response to an Impulsive Excitation VM75 - Transient Response to a Step Excitation VM77 - Transient Response to a Constant Force with a Finite Rise Time
VM79 - Transient Response of a Bi-Linear Spring Assembly
VM80 - Plastic Response to a Suddenly Applied
Constant Force
VM81 - Transient Response of a Drop Container VM84 - Displacement Propagation along a Bar with Free Ends
VM85 - Transient Displacements in a Suddenly Stopped Moving Bar
VM91 - Large Rotation of a Swinging Pendulum VM156 - Natural Frequency of Nonlinear Spring-Mass System
VM158 - Motion of a Bobbing Buoy
VM179 - Dynamic Double Rotation of a Jointed Beam
Response of a Spring-Mass System VM182 - Transient
浙公网安备 33021202002483