有限元分析丨瞬态动力学分析.docx

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1、有限元分析I瞬态动力学分析瞬态动力学分析(TransientStructura1)是结构有限元分析中非常重要的模块，下文是学习过程的一些积累，仅供参考学习使用,如有错误请指正！目录-9.2,态动力学分析应用一9.3If1态动力学行业标准-9.4Ift态动力学分析或“方法941赵法9.42蜘血有限元分析I瞬态动力学一9.5WoCkbenCh1ft态动力学分析一-9S3分析amJ9.S,4WMW962为什么造行慢香分析？-9.6If1卷动力学分析常见问题9.6.3移动0菊步如何竟加？-96.4BI应力模芯分析9.6.5BfWR5tmeintegrationi6S9.1 瞬态动力学分析简介瞬态动力学

2、分析(TranSientStructura1)是用于分析载荷随时间变化的结构的动力学响应的方法。用于确定结构在受到稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合下随时间变化的位移、应变和应力。惯性力和阻尼在瞬态动力学中非常重要，如果惯性力和阻尼可以忽略，则可以用静力学分析代替瞬态动力学分析。瞬态动态分析比静态分析更复杂，计算消耗和时间消耗较大。通过做一些初步的工作来理解问题的物理性质，可以节省大量的资源。9.2 瞬态动力学分析应用承受各种冲击载荷的结构，如：汽车中的门、导弹发射阶段等；承受各种随时间变化载荷的结构，如：桥梁、地面移动装置等；承受撞击和颠簸设备，如：机器设备运输过程。9.3 瞬态动力学行

3、业标准GB/T2423.35-1995电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ea和导则：冲击GJB150-18军用设备环境试验方法：冲击试验表9.1脉冲加速度和持续时间峰值加速度A相应的悚称脉冲持续时间D相应的速度变化Itv半正弦v=*-Z)10-后悔裾齿v-O.5AD10,悌形v-O.SXDXIO_1m,msmm/sm/s505301.0一15015111.00.81.530030183.42.64.830030112.11.62.93003061.10.91.650050113.42.74.95005030.90.71.31000100116.9549.7100010063.72.95

4、.3200020067.55.910.6200020033.72.95.3500050013.1一一100001OOO16.21500015000.54.7ik匕as3Mt图半正弦脉冲例：峰值加速度为15G,脉冲持续时间为I1ms,Z方向冲击为例图workbench中输入半正弦波输入载荷类型为加速度(Acce1eration)条件，其中DefineBy选择ComPOnentS,在ZComPOnent处选择函数(Function),在等号后输入：Asin(t),=2Ta=14700*sin(2*time0.022)=14700*sin(2*180*time0.022)=14700*sin(163

5、63.636*time)A2)A0.5)mm/s2o注意：单位为角度制,由于此处函数符号不支持绝对值运算符(abs)o(2)后峰锯齿波后峰锯齿脉冲与半正弦脉冲接近，但是后峰锯齿波在各频率上的功率含量更均匀，易于激起各频率的响应。D标方脉冲的持续时间A标棘脉冷的峰值加速度T.用It蝮冲击试岫机产中冲击Bt.西M冲讲杆管f1MAda11STrenaentStructurdI2“EnnehoDataj2，EnQineerngData,2,EngeehnODdta，3QGeomery3BGeometryJ,3BGeometry4.Modd4龄Modd-114*Mode15*Set1p5翁SeSm，11

6、5做Setup6的Sduoon6的SCboOn6的SdutKn79Resets70Resdts?1.17SEt4kJ图完全法（A）图模态叠加法（BC）Detai1sofAna1ysisSettingsStepContro1sSo1verContro1sRestartContro1sNon1inearContro1sAdvancedOutputContro1sDampingContro1sAna1ysisDataManagement图完全法求解设置Detai1sofAna1ysisSettingsStepContro1sOptionsOutputContro1sDampingContro1sAn

7、a1ysisDataManaaement图模态叠加法求解设置Detai1sofAna1ysisSettings+口StepContro1sNumberOfSteps1.CurrentStepNumber1.StepEndTime1.1e-2sAutoTimeSteppingOnDefineByTimeInitia1TimeStep1.e-3sMinimumTimeStep1.e-3sMaximumTimeStep1.1e-2s图完全法载荷步Detai1sofAna1ysisSettings9口BStepContro1sNumberOfSteps1.CurrentStepNumber1.Step

8、EndTime1.1e-2sAutoTimeSteppingOffDefineByTimeTimeStep1.e-003s图模态叠加法载荷步9.4.1 完全法完全法功能最强，计算消耗大。可以包含非线性特性（塑性、大变形等），如果分析中不考虑任何非线性特性，可以采用模态叠加法，以减少计算量消耗。在考虑非线性特性时，建议AutoTimeStepping设置为On,并设置最初(Initia1TimeStep)、最小(MinimumTimeStep)和最大(MaximumTimeStep)时间步长。(1)优点设置简单；使用完整的刚度矩阵，质量矩阵和阻尼矩阵；允许各种类型的非线性：几何、材料和接触；在一

9、个坐标系下计算位移和应力；支持大多数类型载荷。(2)缺点计算消耗量(时间、内存)大。9.4.2 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。(1)优点求解速度快计算开销小;在模态分析中可以考虑阻尼对频率的影响。（2）缺点不支持自动时间步，只能用固定时间步；不考虑非线性问题计算初始条件速度和位移都只能是O09.5 Workbench展态动力学分析在进行瞬态动力学分析前需要进行的工作：1模型简化：采用梁、壳、质点等模型代替实体模型可以减少计算量（直接使用不简化的三维工程实体模型进行瞬态动力学分析，是非常foo1ish的）；2、对于非线性问题应先进行静力学分

10、析，了解非线性问题的收敛特征后再进行瞬态动力学分析，以避免在瞬态动力学计算消耗资源及时间；3、如果表现为几何非线性，虽然瞬态动力学分析比静力学分析更容易收敛，但是瞬态动力学在计算结构刚度反转造成软化响应过程中，则不能反映屈服全部现象，因此采用瞬态动力学分析未必强于静力学分析。4、必须掌握动力学分析方法，固有频率可对IntegrationTimeStep（积分时间步长）设置非常重要。瞬态动力学分析前处理工作不进行StePbystep详细介绍,只对瞬态动力学分析中几个常见问题进行说明。9.5.1 质量点瞬态动力学分析中，对于刚性部件不关注应力分布(刚性部件通常用于模拟具有总运动和部件之间传递载荷的

11、机构，刚性部件的输出是该部件的整体运动加上通过该部件传递到结构其余部分的任何力)。刚性”部分的本质是一个质心，通过关节连接到结构的其余部分，在瞬态动力学分析中，刚体上唯一适用的载荷是加速度和转速载荷。在瞬态动力学中，如果模型中包含非线性问题，如大挠度或超弹性，求解时间设置非常重要，可以使用质量点简化模型。9.5.2 网格划分通过提高接触面网格精度，使接触应力以平滑方式分布，如果存在非线性问题，网格精度应能够捕捉非线性的影响。如：具有高塑性变形梯度区域具有精细的网格单元。在瞬态动力学分析中，网格应足够精细，能够表示关注的最高模态形状。9.5.3 分析设置在瞬态动力学分析计算消耗资源大,因此合理的

12、分析设置至关重要。9.5.4 1步数控制StepContro1s步数控制(StepContro1s)瞬态动力学分析控制时间步长，还可以创建多个步骤。用于在不同时间引入新载荷，也可以用于在某些时间点更改分析设置(如时间步长)oStepContro1sNumberOfSteps1.CurrentStepNumber1.StepEndTime1.sAutoTimeSteppingOnDefineBySubstepsInitia1Substeps1.MinimumSubsteps1.MaximumStJbCPGq1(1)步数NumberofSteps该选项主要用于模拟结构的加载顺序或工艺I1质序。例如：一个螺栓连接结构，首先进行预紧，