ANSYSAPDL平台进行瞬态动力学分析

接下来将上述问题在ANSYS Apdl操作平台上进行求解。

1.建立一个瞬态动力学分析项目

首先启动ANSYS，打开包含模态分析结果的文件。

GUI：File﹥Resume from...，在弹出对话框中选择随书光盘上的文件Transient exam-ple.db。

图8-16 瞬态动力学分析结果

（1）添加标题

选择菜单GUI：Utility Menu﹥File﹥ChangeTitle...，在弹出对话框键入标题：Transient example。

命令：/TITLE，Transient Analysis。

（2）修改工作名

防止下次启动ANSYS数据文件被修改，修改工作名。选择菜单GUI：Utility Menu﹥File﹥ChangeJobname...，在弹出对话框键入工作名：Transient_example。

命令：/FILNAME，Transient_example，0。

（3）选择分析类型

选择分析类型为瞬态分析（Transient），选择菜单GUI：Solution﹥Analysis Type﹥New A-nalysis﹥Transient，弹出求解类型选项对话框，如图8-17所示，选择求解方法为Reduced方法，单击OK按钮确认。

图8-17 求解类型选项

2.建立有限元模型

（1）定义主自由度

选择菜单GUI：Solution﹥Master DOFs﹥User Selected﹥Define，弹出节点拾取对话框，选择除了x=0节点外的所有节点。单击OK按钮，弹出如图8-18所示的对话框，取UY为第一主自由度，单击OK按钮完成设置。

（2）定义约束

定义梁的端点的约束，选择菜单GUI：Solution Menu﹥Define Loads﹥Apply﹥Structural﹥Displacement﹥On nodes，固定（Fixed）最左端节点的所有自由度（All DOFs），单击OK按钮结束定义。

（3）施加载荷

通过载荷步长定义所需冲击载荷。图8-19所示为载荷沿时间变化曲线。由于求解采用简化法，所以在一个时间步长中载荷数值大小不变。

图8-18 设定主自由度

图8-19 冲击载荷模型

瞬态载荷需要定义每个加载片段中的载荷，并存入文件以方便后面求解需要。当所分析的问题需多步加载时，可能需要重新求解，对此强烈建议及时保存加载文件。定义完单步载荷后，可以按子步求解。子步的分析结果将存入文件以便调用，同时在定义完整个载荷加载情况后求解每步载荷下的结构响应。

1）定义初始条件。定义初始条件即根据瞬态载荷的类型建立相应的载荷文件并在求解时导入分析进程。首先定义加载初始条件，即在t=0时的载荷。瞬态分析方程还有另外两个初始条件：初始位移和初始速度。然而初始位移和初始速度的默认设置均为零，所以可以跳过这一步直接进入下一步设置。

2）加载第一载荷步。在关键点（梁的端点）定义位移约束。选择菜单GUI：Solution﹥Define Loads﹥Apply﹥Structural﹥Displacement﹥On Keypoints，固定（Fix）1#关键点所有自由度（ALLDOFs）。

进行加载时间设定。选择菜单GUI：Solution﹥Load Step Opts﹥Time/Frequenc﹥Time-Time Step..，在Time and Time Step Option对话框中的Time at end of load step栏键入“0”。在Time stepsize栏键入“0.001”。这样取0.001s为加载步长中的时间步长，如图8-20所示。

3）写入载荷步文件。选择菜单GUI：Solution﹥Load Step Opts﹥Write LS File，弹出Write Load Step File对话框，如图8-21所示。在LSNUM键入1，单击OK按钮。加载步长文件在工作目录下保存为jobname.s01。

（4）加载第二载荷步

1）定义载荷。在关键点（梁的端点）定义位移约束，选择菜单GUI：Solution﹥Define Loads﹥Apply﹥Structural﹥Displacement﹥On Keypoints，固定（Fix）1#关键点所有自由度（ALLDOFs）。

在节点上定义载荷。选择菜单GUI：Solution﹥Define Loads﹥Apply﹥Structural﹥Force/Moment﹥On Nodes，选择梁最右端节点（x=1000），设定FY方向载荷，为-100N。

2）定义时间步及相关选项。进行时间参数设定。选择菜单GUI：Solution﹥Load Step Opts﹥Time/Frequenc﹥Time-Time Step..，取载荷步长末端值为“0.001”。

图8-20 设置第一载荷步

图8-21 写入载荷步文件

3）写入加载步文件。写入加载步文件。选择菜单GUI：Solution﹥Load Step Opts﹥Write LS File，在LSNUM栏键入2，单击OK按钮。

（5）加载第三载荷步

1）定义载荷。在关键点（梁的端点）定义位移约束，选择菜单GUI：Solution﹥Define Loads﹥Apply﹥Structural﹥Displacement﹥On Keypoints，固定（Fix）1#关键点所有自由度（ALL DOFs）。

在节点上定义载荷。选择菜单GUI：Solution﹥Define Loads﹥Apply﹥Structural﹥Force/Moment﹥On Nodes，删除在x=1000节点上载荷。

2）定义时间及相关选项。首先进入Time and Time Step Option对话框，选择菜单GUI：Solution﹥Load Step Opts﹥Time/Frequenc﹥Time-Time Step..，键入载荷步长末端值为1，单击OK按钮。

3）写入加载步文件。选择菜单GUI：Solution﹥Load Step Opts﹥Write LS File，在LS-NUM栏键入3，单击OK按钮。

在施加载荷后，跟踪观察梁在离散时间点上的响应情况，时间长短取决于观察的需要。加载时间步长大小由结构最高振荡频率决定。加载时间步长越小，得到的最高振荡频率就越高。ANSYS系统对时间步长的简单计算如下：

time_step=1/20f式中，f为想要获取的最高振荡频率。

换句话说，需要首先确定载荷时间步长，这样才能在每个步长范围中得到20个最高振荡频率的离散点。

3.求解(www.xing528.com)

首先读入载荷步文件。选择菜单GUI：Solution﹥Solve﹥From LS Files，弹出Solve Load Step Files对话框并按照图8-22进行设置，单击OK按钮进行求解。

图8-22 读入载荷步文件

4.查看分析结果

求解完毕，下面观察结果。所有的瞬态动力学分析结果均保存到结果文件Jobname.rst中。文件中包含基本数据（节点位移）和由此派生出的数据（节点/单元应力应变、单元力、节点反作用力等）。如果在结构中定义了阻尼，响应与载荷出现相位差，所有结构数据将是复数形式，并以实部和虚部分开存储。下面介绍如何通过POST26查看2#节点响应（UY），具体操作过程如下。

（1）定义2#节点的UY变量

ANSYS系统默认1#变量（Variable1）可以是时间也可以是频率。希望获取坐标为x=1000的2#节点UY位移随时间的变化情况。选择菜单GUI：Time Hist Postpro﹥Variable Vie-wer...，弹出Time History Variables对话框，如图8-23所示。

图8-23 时间历程变量定义

单击添加数据按钮，弹出图8-24所示对话框，单击Add按钮，弹出Add Time-His-tory Variable对话框。

图8-24 定义2#变量

由于仅对2#节点UY方向位移感兴趣，所以选择UY为2#变量，选择菜单GUI：Nodal Solution﹥DOF Solution﹥Y-Component of displacement，单击OK按钮。根据提示在图形对话框中选择2#节点，然后单击OK按钮。2#变量定义完毕。

（2）列表显示2#UY变量结果

在时间历程变量（Time History Variables）对话框中，单击列表显示（List）按钮。显示出2#节点在每个时间点上的UY值，如图8-25所示。

图8-25 UY数据列表

（3）显示UY频率变化曲线

在时间历程变量对话框中单击按钮。在ANSYS主对话框中得到UY随时间变化图形，如图8-26所示。

图8-26 UY时间变化曲线

注意：

1）在1s中大致出现8个周期。这是可以获取的悬臂梁的第一阶模态。

2）应该注意到的是，这些响应没有像预料的那样衰减。因为这里没有定义系统阻尼。

5.重新分析

（1）阻尼响应分析

上面悬臂梁瞬态动力学分析过程中没有涉及结构的阻尼分析。设置阻尼分析，需要在定义时间及时间步长时同时定义。现在，准备重新进行瞬态动力学分析，考虑结构的阻尼因素。由于前面已经保存了载荷加载文件，所以，现在可以很轻松只修改文件中的几个参数值就可以重新进行分析了。

（2）设置阻尼参数

打开第一个载荷加载文件（Transient_example.s01），操作如下：

GUI：Utility Menu﹥File﹥List﹥Other﹥Dynamic.s01。

打开后文件如下所示。

进行类似操作，在全部三个文件中修改阻尼值BETAD，取值从0到0.01，这里取值为0.01。

（3）利用新载荷加载，重新计算

清除当前数据，重新开始，选择菜单GUI：Utility Menu﹥file﹥Clear and Start New。

（4）设置载荷步

具体设置过程与非阻尼分析相同，不再详述。

（5）求解

GUI：Solution﹥Solve﹥Current LS。

在弹出对话框中，加载选择1#文件到3#文件，进行求解。

（6）查看2#节点UY时间变化曲线

考虑系统阻尼后响应如图8-27所示。

图8-27 2#节点UY时间变化曲线

6.命令流求解

ANSYS命令流（ANSYS CommandListing）：