如何优化运动件瞬态动力学分析？

时间：2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：如图7-210a所示，尖端从动件顶部作用10000N压力，底部尖端施加动态位移，位移和时间过程如图7-210b所示，试分析结构的最大位移和响应过程。单击“OK”按钮完成修改。图7-214 输入单位命令5.定义单元类型1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Element Type＞Add/Edit/Delete”命令，弹出“Element Types”对话框，如图7-215所示。图7-221 在活动坐标系中创建关键点12）重复上述步骤分别创建关键点2坐标为、关键点3坐标为、关键点4坐标为。

如何优化运动件瞬态动力学分析？

如图7-210a所示，尖端从动件顶部作用10000N压力，底部尖端施加动态位移，位移和时间过程如图7-210b所示，试分析结构的最大位移和响应过程。

图7-210 尖端从动件

操作步骤

1.启动ANSYS 14.5

双击桌面上的“Mechanical APDL Product Launcher”图标，弹出“ANSYS配置”窗口，在“Simulation Environment”选择“ANSYS”，在“license”选择“ANSYS Multiphysics”，然后指定合适的工作目录，单击“Run”按钮，进入ANSYS用户界面。

2.指定工程名和分析标题

1）选择“Utility Menu＞File＞Change Jobname”命令，弹出“Change Jobname”对话框，修改工程名称为“pen”，如图7-211所示。单击“OK”按钮完成修改。

图7-211 “Change Jobname”对话框

2）选择“Utility Menu＞File＞Change Title”命令，弹出“Change Title”对话框，修改标题为“Transient Response of pen”，如图7-212所示。单击“OK”按钮完成修改。

图7-212 “Change Title”对话框

3）选择“Utility Menu＞Plot＞Replot”命令，指定的标题“Transient Response of pen”显示在窗口的左下方。

3.指定分析类型

选择“Main Menu＞Preference”命令，弹出“Preferences for GUI Filtering”对话框，勾选“Structural”选项，如图7-213所示。单击“OK”按钮确认。

图7-213 “Preferences for GUI Filtering”对话框

4.定义单位

在ANSYS软件的主界面命令输入窗口中，输入“/UNIT，SI”，如图7-214所示。然后单击“Enter”键确认。

图7-214 输入单位命令

5.定义单元类型

1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Element Type＞Add/Edit/Delete”命令，弹出“Element Types”对话框，如图7-215所示。

2）单击“Add…”按钮，弹出“Library of Element Types”对话框，在左边的列表中选择“Solid”选项，即选择实体单元类型，然后在右边列表中选择“Quad 4node 182”单元，如图7-216所示。单击“Library of Element Types”对话框的“OK”按钮，返回“Element Types”对话框。

图7-215 “Element Types”对话框

图7-216 “Library of Element Types”对话框

3）单击“Add…”按钮，弹出“Library of Element Types”对话框，在左边的列表中选择“Solid”选项，即选择实体单元类型，然后在右边列表中选择“Brick 8 node 185”单元，如图7-217所示。单击“Library of Element Types”对话框的“OK”按钮，返回“Element Types”对话框

图7-217 “Library of Element Types”对话框

4）单单“Close”按按，关关“Element Types”对对对，结结单结结结结结结。

6.定义材料属性

1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Materials Props＞Material Models”命令，弹出“Define Material Model Behavior”对话框，如图7-218所示。

图7-218 “Define Material Model Behavior”对话框

2）在右侧列表中选择“Structural＞Linear＞Elastic＞Isotropic”，弹出“Linear Isotropic Properties for Material Number 1”对话框，在“EX”文本框中输入2e11，在“PRXY”文本框中输入0.3，如图7-219所示。单击“OK”按钮返回。

3）在图7-218所示对话框的右侧列表中选择“Density”，弹出“Density for Material Number1”对话框，在“DENS”文本框中输入密度为7800，如图7-220所示。单击“OK”按钮确认。

4）在“Define Material Model Behavior”对话框中选择“Material＞Exit”命令，退出材料属性窗口，完成材料模型属性的定义。

图7-219 “Linear Isotropic Properties for Material Number 1”对话框

图7-220 “Density for Material Number1”对话框

7.建立分析模型

1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints＞In Active CS”命令，弹出“Create Keypoints in Active Coordinate System”对话框，输入关键点号为1和坐标值（0，0，0），单击“OK”按钮，以当前活动坐标系（系统默认为笛卡儿坐标系）定义一个关键点，如图7-221所示。

图7-221 在活动坐标系中创建关键点1

2）重复上述步骤分别创建关键点2坐标为（0.015，0.015，0）、关键点3坐标为（0.015，0.1，0）、关键点4坐标为（0，0.1，0）。

3）选择“Utility Menu＞PlotCtrls＞Numbering”命令，弹出“Plot Numbering Controls”对话框，勾选“Keypoint numbers”和“Line numbers”选项，单击“OK”按钮，此时显示所创建的关键点，如图7-222所示。

4）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Straight Line”命令，弹出“Create Straight Line”对话框，在图形区选择关键点1和2，或直接输入两点编号“1，2”绘制直线L1，然后单击“OK”按钮创建直线，如图7-223所示。

图7-222 显示关键点

5）重复上述直线创建步骤，选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Straight Line”命令，依次选择关键点2、3，3、4，4、1，创建其他3条直线，如图7-223所示。

图7-223 创建直线

6）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Arbitrary＞By Lines”命令，弹出“Create Area By Lines”对话框，选择所有线，然后单击“OK”按钮创建面，如图7-224所示。

图7-224 通过边界线创建面

8.划分网格

1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞MeshTool”命令，弹出“MeshTool”对话框，勾选“Smart Size”选项，并将智能网格划分水平调整为5，选择网格划分器类型为“Free”（自由网格），单击“Mesh”按钮，弹出“Mesh Areas”对话框，单击“Pick All”按钮，系统自动完成网格划分，如图7-225所示。

图7-225 网格划分

2）单击“Mesh Tool”对话框中的“Close”按钮关闭网格划分工具。

3）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Extrude＞Elem Ext Opts”命令，弹出“Element Extrusion Options”对话框，在“Element type number”选中“2 SOLID185”，在“No.Elem divs”文本框中输入4，选中“Clear area（s）after ext”为yes，单击“OK”按钮完成单元拉伸选项设置，如图7-226所示。

图7-226 设置单元拉伸选项

4）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Extrude＞Areas＞About Axis”命令，弹出“Sweep Areas about Axis”对话框，选择绘制好的二维网格面，单击“OK”按钮，然后从图形区选择作为定义关键轴的点1和4，单击“OK”按钮完成，如图7-227所示。

图7-227 选择面

5）系统弹出“Sweep Areas about Axis”对话框，设置ARC为360，如图7-228所示。单击“OK”按钮完成拉伸网格划分，如图7-229所示。

图7-228 “Extrude Area along Normal”对话框

图7-229 创建拉伸网格

9.施加边界条件和载荷

1）选择“Utility Menu＞PlotCtrls＞Pan Zoom Rotate”命令，弹出“Pan-Zoom-Rotate”对话框，单击“Top”按钮，将图形窗口中的视图改为俯视图。

2）选择“Utility Menu＞WorkPlane＞Offset WP by Increments”命令，弹出“Offset WP”对话框，拖动角度滚动条到90，单击按钮，使工作平面绕X轴反向旋转90°，如图7-230所示。

图7-230 旋转工作平面

3）选择“Utility Menu＞WorkPlane＞Local Coordinate Systems＞Create Local CS＞At WP Origin”命令，弹出“Create Local CS at WP Origin”对话框，在“Ref number of new coord sys”文本框中输入11，在“Type of coordinate system”下拉列表中选择“Cylindrical 1”，单击“OK”按钮，创建柱坐标系，并将新坐标系定义为激活坐标系，如图7-231所示。

图7-231 “Create Local CS at WP Origin”对话框

4）选择“Utility Menu＞Select＞Entities”命令，弹出“Select Entities”对话框，选择拾取对象为“Areas”，拾取方式为“By Location”，选中“X coordinate”选项，在“Min，Max”文本框中输入坐标值0.015，单击“Apply”按钮完成选取，单击“Plot”按钮显示所选取的面，如图7-232所示。

图7-232 通过位置选取面

5）在“Select Entities”对话框中选择拾取对象为“Nodes”，拾取方式为“Attached to”，在中部的选择域中选择“Areas，all（面上所有节点）”选项，单击“OK”按钮完成选取，如图7-233所示。

图7-233 附属选取节点

6）在“Select Entities”对话框中单击“Cancel”按钮关闭对话框。(www.xing528.com)

7）选择“Main Menu＞Modeling＞Create＞Nodes＞Rotate Node CS＞To Active CS”命令，弹出“Rotate Nodes into CS”对话框，单击“Pick All”按钮所有节点，单击“OK”按钮将所有节点都移到当前激活柱坐标系，如图7-234所示。

8）选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Displacement＞On Nodes”命令，弹出实体选取对话框，选择“Circle”拾取方式拾取内圈所有节点，弹出“Apply U，ROTon Nodes”对话框，在“DOFs to be constrained”列表框中选择约束类型“UX”，在“Displacement value”文本框中输入数值0，单击“OK”按钮完成约束，如图7-235所示。

图7-234 旋转节点坐标系

图7-235 施加自由度约束

9）选择“Utility Menu＞Select＞Everything”命令，选择所有。

10）选择“Utility Menu＞WorkPlane＞Change Active CS to＞Global Cartesian”命令，将坐标系调整为全局笛卡儿坐标系。

10.设置分析类型和求解选项

1）选择“Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞New Analysis”命令，弹出“New Analysis”对话框，选中“Transient”选项，如图7-236所示。单击“OK”按钮确认。

图7-236 “New Analysis”对话框

2）系统弹出“Transient Analysis”对话框，在“Solution method”选项中选择“Full”方法，单击“OK”按钮完成，如图7-237所示。

图7-237 “Transient Analysis”对话框

11.施加第一个载荷步并输出

1）选择“Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞Sol’n Controls”命令，弹出“Solution Controls”对话框的“Basic”选项卡，在“Time at end of loadstep”（载荷步结束时间）文本框中输入0，选中“Number of substeps”选项，在“Number of substeps”文本框中输入子步数为0，如图7-238所示。单击“OK”按钮确认。

图7-238 “Solution Controls”对话框的“Basic”选项卡

2）选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Force/Moment＞On Keypoints”命令，弹出实体选取对话框，输入关键点4，单击“OK”按钮，弹出“Apply F/M on KPs”对话框，在“Direction of force/mom”下拉列表中选择载荷方向“FY”，在“Force/moment value”文本框中输入载荷数值−10000，单击“OK”按钮施加力载荷，如图7-239所示。

图7-239 在关键点上施加力载荷

提示：首先施加模型的初始条件，包括初始位移和初始作用力。

3）选择“Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞Sol’n Controls”命令，弹出“Solution Controls”对话框的“Basic”选项卡，在“Time at end of loadstep”（载荷步结束时间）文本框中输入10，选中“Time increment”选项，在“Time step size”文本框中输入0.5，在“Minimum time step”文本框中输入0.2，在“Maximum time step”文本框中输入1，如图7-240所示。

4）单击“Transient”选项卡，选择“Full Transient Options”中的“Ramped loading”选项，如图7-241所示。单击“OK”按钮确认。

图7-240 “Basic”选项卡

图7-241 “Transient”选项卡

5）选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Displacement＞On Keypoints”命令，弹出实体选取对话框，选择关键点1，单击“OK”按钮，弹出“Apply U，ROT on KPs”对话框，在“DOFs to be constrained”列表框中选择约束类型，在“Displacement value”文本框中输入数值0.02，单击“OK”按钮完成约束，如图7-242所示。

图7-242 在关键点上施加自由度约束

6）载荷步输出。选择“Main Menu＞Solution＞Load Step Opts＞Write LS File”命令，弹出“Write Load Step File”对话框，在“Load step file number n”文本框中输入1，单击“OK”按钮完成，如图7-243所示。

图7-243 “Write Load Step File”对话框

12.施加第二个载荷步并输出

1）选择“Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞Sol’n Controls”命令，弹出“Solution Controls”对话框的“Basic”选项卡，在“Time at end of loadstep”（载荷步结束时间）文本框中输入20，选中“Time increment”选项，在“Time step size”文本框中输入0.5，在“Minimum time step”文本框中输入0.2，在“Maximum time step”文本框中输入1，如图7-244所示。

2）单击“Transient”选项卡，选择“Full Transient Options”中的“Ramped loading”选项，如图7-245所示。单击“OK”按钮确认。

图7-244 “Basic”选项卡

图7-245 “Transient”选项卡

3）载荷步输出。选择“Main Menu＞Solution＞Load Step Opts＞Write LS File”命令，弹出“Write Load Step File”对话框，在“Load step file number n”文本框中输入2，单击“OK”按钮完成，如图7-246所示。

图7-246 “Write Load Step File”对话框

13.施加第三个载荷步并输出

1）选择“Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞Sol’n Controls”命令，弹出“Solution Controls”对话框的“Basic”选项卡，在“Time at end of loadstep”（载荷步结束时间）文本框中输入30，选中“Time increment”选项，在“Time step size”文本框中输入0.5，在“Minimum time step”文本框中输入0.2，在“Maximum time step”文本框中输入1，如图7-247所示。

图7-247 “Basic”选项卡

2）单击“Transient”选项卡，在“Full Transient Options”选项中选中“Ramped loading”选项，如图7-248所示。单击“OK”按钮确认。

图7-248 “Transient”选项卡

3）选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Displacement＞On Keypoints”命令，弹出实体选取对话框，选择关键点1，单击“OK”按钮，弹出“Apply U，ROT on KPs”对话框，在“DOFs to be constrained”列表框中选择约束类型，在“Displacement value”文本框中输入数值0，单击“OK”按钮完成约束，如图7-249所示。

图7-249 在关键点上施加自由度约束

4）载荷步输出。选择“Main Menu＞Solution＞Load Step Opts＞Write LS File”命令，弹出“Write Load Step File”对话框，在“Load step file number n”文本框中输入3，单击“OK”按钮完成，如图7-250所示。

图7-250 “Write Load Step File”对话框

14.施加第四个载荷步并输出

1）选择“Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞Sol’n Controls”命令，弹出“Solution Controls”对话框“Basic”选项卡，在“Time at end of loadstep”（载荷步结束时间）文本框中输入20，选中“Time increment”选项，在“Time step size”文本框中输入0.5，在“Minimum time step”文本框中输入0.2，在“Maximum time step”文本框中输入1，如图7-251所示。

图7-251 “Basic”选项卡

2）单击“Transient”选项卡，选择“Full Transient Options”中的“Ramped loading”选项，如图7-252所示。单击“OK”按钮确认。

3）载荷步输出。选择“Main Menu＞Solution＞Load Step Opts＞Write LS File”命令，弹出“Write Load Step File”对话框，在“Load step file number n”文本框中输入4，单击“OK”按钮完成，如图7-253所示。

图7-252 “Transient”选项卡

图7-253 “Write Load Step File”对话框

15.求解瞬态响应分析

1）选择“Main Menu＞Solution＞Solve＞From LS Files”命令，弹出“Solve Load Step Files”对话框，在“Starting LS file number”（开始载荷步文件序号）文本框中输入1，在“Ending LS file number”（结束载荷步文件序号）文本框中输入4，在“File number increment”文本框中输入1，如图7-254所示。

2）单击“OK”按钮，程序开始求解（ANSYS会花一定时间一个载荷步一个载荷求解），求解完成后弹出“Note”对话框，如图7-255所示。单击“Close”按钮关闭。