§3 瞬态动力学分析 Transient §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
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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（Mode Superpo’s）。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
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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。 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）。 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。） 优点是：比完全法快且开销小。 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(KBC,1)还是斜坡加载(KBC,0)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 ，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<>。 §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： ...解释：总共分两步，第一步0.001时间无位移载荷，刚好到0.001时加位移阶跃变化（纯属个人意见） 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使用基本页片夹（Basic） 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(Basic)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。 Basic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[ AUTOTS ]以及载荷步内的子步数[ NSUBST 或 DELTIM ] 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下限。通过 DELTIM 和 NSUBST 指定积分步长上下限，有助于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（Transient） 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。 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应的分析，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
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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 （Sol’n Options） 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 §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>-LoadStepOpts>Other>Change MatProps>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(Lumped Mass)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>-LoadStep 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,UY,UZ,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 , KBC , NSUBST , DELTIM , AUTOTS , NEQIT , CNVTOL , PRED , LNSRCH , CRPLIM , NCNV , CUTCONTROL , OUTPR , OUTRES , 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multiple SOLVE法）详情参见<>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。 §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>Time Hist Postpro>Graph Variables（图形显示变量值） Main Menu>TimeHist Postpro>List Variables（列出变量值） Main Menu>TimeHist Postpro>List Extremes（列出极值） 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 GUI：Utility Menu>File>Resume from 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 , AUTOTS , DELTIM , OUTRES , LSWRITE , LSSOLVE , SOLU , NSOL , ESOL , RFORCE , PLVAR , PRVAR , PLDISP , PRRSOL , PLNSOL 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.模态分析获取模态解； 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。 §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 ，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，需要在后处理器中图形显示，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.) -
浙公网安备 33021202002483