動力學分析的意義靜力分析也許能確保一個結構可以承受穩定載荷的條件，但這些還遠遠不夠，尤其在載荷隨時間變化時更是如此。著名的美國塔科馬海峽吊橋（GallopingGertie）在1940年11月7日，也就是在它剛建成4個月后，受到風速為42英里/小時的平穩載荷時發生了倒塌。第2頁,共47頁，星期六，2024年，5月動力學分析通常分析下列物理現象:振動–模態分析，如由于旋轉機械引起的振動沖擊-瞬態動力學分析，如汽車碰撞，錘擊交變作用力–諧分析，如各種曲軸以及其它回轉機械等地震載荷–譜分析，如地震，沖擊波等隨機振動-隨機振動分析，如火箭發射，太空船和飛機等第3頁,共47頁，星期六，2024年，5月模態分析第4頁,共47頁，星期六，2024年，5月模態分析是用來確定結構的振動特性的一種技術：自然頻率振型振型參與系數（即在特定方向上某個振型在多大程度上參與了振動）模態分析是所有動力學分析的基礎和前提。模態分析的好處：使結構設計避免共振或以特定頻率進行振動（例如揚聲器）；使工程師可以認識到結構對于不同類型的動力載荷是如何響應的；有助于在其它動力分析中估算求解控制參數（如時間步長）。第5頁,共47頁，星期六，2024年，5月模態分析步驟模態分析中的四個主要步驟：建模(與靜力分析一樣)選擇分析類型和分析選項施加邊界條件并求解評價結果建模：需要楊氏模量和密度,必須定義密度只能使用線性單元和線性材料，非線性性質將被忽略有關建模要考慮的因素與靜力分析一致第6頁,共47頁，星期六，2024年，5月選擇分析類型和選項選擇分析類型和選項：進入求解器并選擇模態分析模態提取選項*模態擴展選項*其它選項*典型命令：/SOLUANTYPE，MODAL第7頁,共47頁，星期六，2024年，5月選擇分析類型和選項（接上頁）模態提取選項：方法：

建議對大多數情況使用BlockLanczos法振型數目：

必須指定（縮減法除外）頻率范圍：

缺省為全部，但可以限定于某個范圍內（FREQBtoFREQE）第8頁,共47頁，星期六，2024年，5月選擇分析類型和選項（接上頁）模態擴展：對于縮減法而言，擴展意味著從縮減振型中計算出全部振型；對于其它方法而言，擴展意味著將振型寫入結果文件中；如果想進行下面任何一項工作，必須擴展模態：在后處理中觀察振型；計算單元應力；進行后繼的頻譜分析。典型命令：MXPAND，...第9頁,共47頁，星期六，2024年，5月施加邊界條件并求解位移約束：施加必需的約束來模擬實際的固定情況；除位移約束之外的其他載荷將被忽略；不允許有非零位移約束。第10頁,共47頁，星期六，2024年，5月施加邊界條件并求解（接上頁）位移約束（接上頁）：對稱邊界條件只產生對稱的振型，所以將會丟失一些振型。對稱邊界反對稱邊界完整模型第11頁,共47頁，星期六，2024年，5月觀察結果列出自然頻率：在通用后處理器菜單中選擇“ResultsSummary”；注意，每一個模態都保存在單獨的子步中。進入通用后處理器POST1列出各自然頻率觀察振型觀察模態應力第12頁,共47頁，星期六，2024年，5月觀察結果（接上頁）觀察振型：首先采用“

FirstSet”、“

NextSet”

或“ByLoadStep”然后繪制模態變形圖：shape：GeneralPostproc>PlotResults>DeformedShape…注意圖例中給出了振型序號（SUB=）和頻率（FREQ=）。第13頁,共47頁，星期六，2024年，5月觀察結果（接上頁）觀察振型（接上頁）：振型可以制作動畫：UtilityMenu>PlotCtrls>Animate>ModeShape...第14頁,共47頁，星期六，2024年，5月觀察結果（接上頁）模態應力：如果在選擇分析選項時激活了單元應力計算選項，則可以得到模態應力應力值并沒有實際意義，但如果振型是相對于單位矩陣歸一的，則可以在給定的振型中比較不同點的應力，從而發現可能存在的應力集中。第15頁,共47頁，星期六，2024年，5月模態分析實例-----飛機機翼的模態分析參數:E=30GPa，v=0.26，DENS=1580kg/m3

A(0,0),B(2,0),C(2.5,0.2),D(1.8,0.45),E(1.1,0.3)第16頁,共47頁，星期六，2024年，5月飛機機翼的有限元模型第17頁,共47頁，星期六，2024年，5月飛機機翼的前5階固有頻率第18頁,共47頁，星期六，2024年，5月飛機機翼的前4階模態圖第19頁,共47頁，星期六，2024年，5月飛機機翼的模態應力第20頁,共47頁，星期六，2024年，5月瞬態動力學分析什么是瞬態動力學分析?它是確定隨時間變化載荷（例如爆炸）作用下結構響應的技術；輸入數據：作為時間函數的載荷輸出數據：隨時間變化的位移和其它的導出量，如：應力和應變。瞬態動力分析可以應用在以下設計中：承受各種沖擊載荷的結構，如：汽車中的門和緩沖器、建筑框架以及懸掛系統等；承受各種隨時間變化載荷的結構，如：橋梁、地面移動裝置以及其它機器部件；承受撞擊和顛簸的家庭和辦公設備，如：移動電話、筆記本電腦和真空吸塵器等。第21頁,共47頁，星期六，2024年，5月運動方程用于瞬態動力分析的運動方程和通用運動方程相同；這是瞬態分析的最一般形式，載荷可為時間的任意函數；按照求解方法，ANSYS允許在瞬態動力分析中包括各種類型的非線性-大變形、接觸、塑性等等。第22頁,共47頁，星期六，2024年，5月瞬態分析步驟五個主要步驟：建模---記住要輸入密度！選擇分析類型和選項規定邊界條件和初始條件施加時間歷程載荷并求解查看結果第23頁,共47頁，星期六，2024年，5月選擇分析類型和選項建模選擇分析類型和選項：進入求解器并選擇瞬態分析求解方法和其它選項-將在下面討論阻尼–

將在下面討論求解方法完整矩陣方法為缺省方法。允許下列非線性選項：大變形應力硬化Newton-Raphson解法第24頁,共47頁，星期六，2024年，5月規定邊界條件和初始條件建模選擇分析類型和選項規定邊界條件和初始條件在這種情況下邊界條件為載荷或在整個瞬態過程中一直為常數的條件，例如：固定點（約束）對稱條件重力初始條件將在下面討論第25頁,共47頁，星期六，2024年，5月規定邊界條件和初始條件（接上頁）初始條件時間t=0時的條件：u0，v0，a0它們的缺省值為，u0=v0=a0=0可能要求非零初始條件的實例：飛機著陸(v0

0)高爾夫球棒擊球(v0

0)物體跌落試驗(a0

0)第26頁,共47頁，星期六，2024年，5月規定邊界條件和初始條件（接上頁）施加初始條件的兩種方法：以靜載荷步開始當只需在模型的一部分上施加初始條件時，例如，用強加的位移將懸臂梁的自由端從平衡位置“撥”開時，這種方法是有用的；用于需要施加非零初始加速度時。使用IC

命令Solution>Apply>InitialCondit’n>Define+當需在整個物體上施加非零初始位移或速度時IC

命令法是有用的。第27頁,共47頁，星期六，2024年，5月規定邊界條件和初始條件（接上頁）實例–

承受沖擊載荷的固定平板此種情況下u0=v0=a0=0；這些初始條件都是ANSYS中的缺省初始條件值，所以這里不必再規定它們！只施加邊界條件和沖擊載荷，然后求解。第28頁,共47頁，星期六，2024年，5月施加時間-歷程載荷并求解建模選擇分析類型和選項規定邊界條件和初始條件施加時間-歷程載荷和求解時間-歷程載荷是隨時間變化的載荷這類載荷有兩種施加方法：列表輸入法多載荷步施加法函數載荷法Ansys命令流程序LoadtLoadtLoadt第29頁,共47頁，星期六，2024年，5月0.5Forcet施加時間-歷程載荷并求解（接上頁）列表輸入法允許定義載荷隨時間變化的表（用數組參數）并采用此表作為載荷；尤其是在同時有幾種不同的載荷，而每種載荷又都有它自己的時間歷程時很方便；例如，要施加下圖所示的力隨時間變化曲線：1. 選擇Solution>Apply>Force/Moment>OnNodes，然后拾取所需節點22.5101.01.5第30頁,共47頁，星期六，2024年，5月施加時間-歷程載荷并求解（接上頁）2. 選擇力方向和“新表Newtable”，然后確定（OK）；3. 輸入表名和行數（時間點的數量），然后確定（OK）；4. 填入時間和載荷值，然后File>Apply/Quit；5. 規定終止時間和積分時間步長Solution>Time/Frequenc>Time-TimeStep…不必指定載荷的分步或線性條件，這已包含在載荷曲線中6. 激活自動時間步，規定輸出控制，然后求解。第31頁,共47頁，星期六，2024年，5月實例，施加前面所述的力隨時間變化曲線：1. 對施加方法作出計劃，這種情況需用三個載荷步：一個為遞增線性載荷，一個為遞減線性載荷，另一個為階梯式的除去載荷；Forcet22.5100.51.01.52. 定義載荷步1：在要求的節點上施加22.5單位的力；規定施加此力的終止時間(0.5)，指出時間步長和線性載荷；激活自動時間步功能*，規定輸出控制*，或者進行求解，或將此載荷步寫入載荷步文件中。多載荷步法允許在單個的載荷步中施加載荷—時間曲線中的一段載荷；不必用數組參數，只需施加每段載荷并且或者求解該載荷步或者將其寫入一個載荷步文件中(LSWRITE)。施加時間-歷程載荷并求解（接上頁）第32頁,共47頁，星期六，2024年，5月施加時間-歷程載荷并求解（接上頁）3. 定義載荷步2：改變力值為10.0；規定終止時間(1.0)。不必重新指定積分時間步長或線性載荷條件；求解或將此載荷步寫入載荷步文件中。4. 定義載荷步3：刪除力或將其值設置為零；規定終止時間(1.5)并分步加載；求解或將此載荷步寫入載荷步文件中。第33頁,共47頁，星期六，2024年，5月施加時間-歷程載荷并求解（接上頁）輸出控制用于確定寫入結果文件的內容用OUTRES命令或選擇在主菜單中Solution>OutputCtrls>DB/ResultsFile...典型的選擇是對每個子步將全部項目寫入結果文件中。這樣做的結果是：可以畫出結果隨時間變化的平滑曲線可能造成結果文件過大典型命令:OUTRES，ALL，ALL第34頁,共47頁，星期六，2024年，5月施加時間-歷程載荷并求解（接上頁）求解采用SOLVE

命令（或者，如果已寫成了結果文件，則采用LSSOLVE

）在每個時間子步，ANSYS按照載荷-時間曲線計算載荷值典型命令:SOLVE !或LSSOLVEFINISH第35頁,共47頁，星期六，2024年，5月瞬態分析結果

察看結果建模選擇分析類型和選項指定邊界和初始條件施加時間-歷程載荷并求解察看結果由三步構成：繪制結構中某些特殊點的結果-時間曲線確定臨界時間點察看在這些臨界時間點處整個結構上的結果采用POST26，時間-歷程后處理器采用POST1，通用后處理器第36頁,共47頁，星期六，2024年，5月瞬態分析結果

察看結果-POST26繪制結果-時間曲線：首先定義POST26的變量節點或單元數據列表用一個

2的編號來識別變量1含有各時間點，并且是預見定義了的第37頁,共47頁，星期六，2024年，5月瞬態分析結果

察看結果-POST26（接上頁）定義變量（接上頁）拾取那些變形最大的節點，然后選擇自由度的方向更新變量定義表第38頁,共47頁，星期六，2024年，5月瞬態分析結果

察看結果-POST26（接上頁）變量一旦已定義，就可以對它們繪圖或列表典型命令:/POST26NSOL，…PLVAR，...第39頁,共47頁，星期六，2024年，5月瞬態分析結果

察看結果-POST26（接上頁）確定臨界點采用各種極值列表（ListExtremes）菜單記下發生最小和最大值時的時間點典型命令:EXTREM，…FINISH第40頁,共47頁，星期六，2024年，5月瞬態分析結果

察看結果-POST1察看在各臨界時間點處整個結構上的結果進入POST1，“ByTime/Freq...”讀出結果，并輸入近似