瞬态动力学分析-深入探究

1.瞬态动力学分析的应用

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，可用其分析确定结构在静载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下随时间变化的位移、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显著，如果惯性力和阻尼作用不重要，即可用静力学分析代替瞬态分析。

2.瞬态动力学分析的预备工作

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，该分析通常要占用更多的计算机资源和更多的人力，可以做必要的预备工作以节省大量资源。

如果分析中包含非线性，可以通过进行静力学分析尝试了解非线性特性如何影响结构的响应，有时在动力学分析中不必包括非线性。通过模态分析计算结构的固有频率和振型，即可了解这些模态被激活时结构如何响应。

固有频率同样也对计算正确的积分时间步长有用。

瞬态动力学分析也可以采用Full、Reduced或Mode Superposition三种方法。

3.瞬态动力学分析的步骤

采用Full方法进行瞬态动力学分析的主要步骤为建模、加载并求解，以及查看结果和后处理。

（1）建模 在该步骤中需指定文件名和分析标题，然后用PREP7来定义单元类型、单元实常数、材料特性及几何模型，需注意的要点如下：

1）只有线性行为是有效的，如果有非线性单元，则按线性单元处理。

2）必须指定弹性模量EX（或某种形式的刚度）和密度DENS（或某种形式的质量）。材料特性可为线性、各向同性或各向异性，以及恒定的或和温度相关的，忽略非线性材料特性。

（2）加裁并求解 在该步骤中定义分析类型和选项，加载，指定载荷步选项并开始有限元求解。

1）进入ANSYS求解器。

命令：SOLU。

GUI：Main Menu＞Solution。

2）定义分析类型和分析选项。用于瞬态动力学响应分析的选项主要有New Analysis、Analysis Type、Solution Method、Large Deformation Effects、Equation Solver等，具体说明可查看帮助文件。

（3）查看结果和后处理 瞬态动力学分析的结果被保存到结构分析Jobname.rst文件中，可以用POST26和POST1查看结果。

POST26要用到结果项或频率对应关系表，即Variables（变量）。每个变量都有一个参考号，1号变量内定为频率。其中主要操作如下：

1）定义变量。

命令：NSOL用于定义基本数据（节点位移），ESOL用于定义派生数据（单元数据，如应力），RFORCE用于定义反作用力数据，FORCE（合力，或合力的静力分量，阻尼分量和惯性力分量）及SOLU（时间步长，平衡迭代次数和响应频率等）。

GUI：Main Menu＞TimeHist Postpro＞Define Variables。

2）绘制变量变化曲线或列出变量值，通过查看整个模型关键点处的时间历程分析结果，即可找到用于进一步的POST1后处理的临界时间点。

命令：PLVAR（绘制变量变化曲线）、PLVAR及EXTREM（变量值列表）。

GUI：Main Menu＞TimeHist Postpro＞Graph Variables(www.xing528.com)

Main Menu＞TimeHist Postpro＞List Variables

Main Menu＞TimeHist Postpro＞List Extremes

使用POST1时主要操作如下：

①从数据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时间数值指定数据集。

命令：SET

GUI：Main Menu＞General＞Postproc＞Read Results＞By Time/Freq

如果指定时刻没有可用结果，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显示结构的变形状况，应力及应变等的等值线，或向量的向量图IPLVECTL，要得到数据的列表表格，使用PRNSOL、PRESOL或PRRSOL等。

a.Display Deformed Shape

命令：PLDISP

GUI：Main Menu＞General Postproc＞Plot Results＞Deformed Shape

b.Contour Displays

命令：PLNSOL或PLESOL，KUND参数选择是否将未变形的形状叠加到显示结果中。

GUI：Main Menu＞General Postproc＞Plot Results＞Contour Plot＞Nodal Solu or Element Solu

c.List Reaction Forces and Moments

命令：PRESOL

GUI：Main Menu＞General Postproc＞List Results＞Reaction Solu

d.List Nodal Forces and Moments

命令：PRESOL、F或M

GUI：Main Menu＞General Postproc＞List Results＞Element Solution

列出选定点的一组节点的总节点力和总力矩，这样即可选定一组节点并得到作用在这些节点上的总力的大小。同样也可以查看每个选定节点处的总力和总力矩，对于处于平衡态的物体，除非存在外加的载荷或反作用载荷，否则所有节点处的总载荷应为零。