【转载】ANSYS动力学分析-瞬态分析

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三种求解方法

瞬态动力学分析可采用三种方法：完全（Full）法、缩减（Reduced）法及模态叠加法。ANSYS/Professional产品中只允许用模态叠加法。在研究如何实现这些方法之前，让我们先探讨一下各种方法的优点和缺点。

完全法

完全法采用完整的系统矩阵计算瞬态响应（没有矩阵缩减）。它是三种方法中功能最强的，允许包括各类非线性特性（塑性、大变形、大应变等）。

注─如果并不想包括任何非线性，应当考虑使用另外两种方法中的一种。这是因为完全法是三种方法中开销最大的一种。

完全法的 优点 是：

·容易使用，不必关心选择主自由度或振型。

·允许各种类型的非线性特性。

·采用完整矩阵，不涉及质量矩阵近似。

·在一次分析就能得到所有的位移和应力。

·允许施加所有类型的载荷：节点力、外加的（非零）位移（不建议采用）和单元载荷（压力和温度），还允许通过TABLE数组参数指定表边界条件。

·允许在实体模型上施加的载荷。

完全法的 主要缺点 是它比其它方法开销大。

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。此法是ANSYS/Professional程序中唯一可用的瞬态动力学分析法。

模态叠加法的 优点 是：

·对于许多问题，它比缩减法或完全法更快开销更小；

·只要模态分析不采用PowerDynamics方法，通过LVSCALE 命令将模态分析中施加的单元载荷引入到瞬态分析中；

·允许考虑模态阻尼（阻尼比作为振型号的函数）。

模态叠加法的 缺点 是：

·整个瞬态分析过程中时间步长必须保持恒定，不允许采用自动时间步长；

·唯一允许的非线性是简单的点点接触（间隙条件）；

·不能施加强制位移（非零）位移。

缩减法

缩减法通过采用主自由度及缩减矩阵压缩问题规模。在主自由度处的位移被计算出来后，ANSYS可将解扩展到原有的完整自由度集上。（参见“模态分析”中的“矩阵缩减”部分对缩减过程的详细讨论。）

缩减法的 优点 是：

·比完全法快且开销小。

缩减法的 缺点 是：

·初始解只计算主自由度的位移，第二步进行扩展计算，得到完整空间上的位移、应力和力；

·不能施加单元载荷（压力，温度等），但允许施加加速度。

·所有载荷必须加在用户定义的主自由度上（限制在实体模型上施加载荷）。

·整个瞬态分析过程中时间步长必须保持恒定，不允许用自动时间步长。

·唯一允许的非线性是简单的点—点接触（间隙条件）。

（1）完全法施加载荷

下表总结了瞬态动力分析允许施加的载荷。除惯性载荷外，其他载荷可以施加到实体模型（关键点、线和面）或有限元模型（节点和单元）上。<<ANSYS基本过程分析指南>>的§2.3.4施加载荷对各类载荷有详细的介绍。在分析中，可以施加、运算或删除载荷。关于实体模型载荷—有限元载荷之间关系的讨论参见<<ANSYS基本过程分析指南>>第二章载荷。还可以利用一维表（TABLE类型数组）来施加随时间变化的边界条件，详情参见§2.3.4.2.1使用TABLE类型数组参数施加载荷。

瞬态动力学分析中可用的载荷

载荷类型	范畴	更多信息参见：
Displacement： UX,UYUZ ROTX,ROTY,ROTZ	约束	ANSYS基本分析指南中“DOF约束”
Force,Moment： FX,FY,FZ MX,MY,MZ	力	ANSYS基本分析指南中“力（集中载荷）”
Pressure：PRES	面载荷	ANSYS基本分析指南中“表面载荷”
Temperature：TEMP Fluence：FLUE	体载荷	ANSYS基本分析指南中“体载荷”
Gravity,Spinning等	惯性载荷	ANSYS基本分析指南中“惯性载荷”

完全法瞬态分析的典型命令流

下面给出的是可以概括用完全法进行瞬态动力学分析的过程的输入命令流：

!Build　the　Model

/FILNAM,...!　Jobname

/TITLE,...!　Title

/PREP7!　Enter　PREP7

---

---!　Generate　model

---

FINISH

!Apply　Loads　and　Obtain　the　Solution

/SOLU!　Enter　SOLUTION

ANTYPE,TRANS!　Transient　analysis

TRNOPT,FULL!　Full　method

D,...!　Constraints

F,...!　Loads

SF,...

ALPHAD,...!　Mass　damping

BETAD,...!　Stiffness　damping

KBC,...!　Ramped　or　stepped　loads

TIME,...!　Time　at　end　of　load　step

AUTOTS,ON!　Auto　time　stepping

DELTIM,...!　Time　step　size

OUTRES,...!　Results　file　data　options

LSWRITE!　Write　first　load　step

---

---!　Loads,　time,　etc.　for　2nd　load　step

---

LSWRITE!　Write　2nd　load　step

SAVE

LSSOLVE,1,2!　Initiate　multiple　load　step　solution

FINISH

!

!Review　the　Results

/POST26

SOLU,...!　Store　solution　summary　data

NSOL,...!　Store　nodal　result　as　a　variable

ESOL,,,,!　Store　element　result　as　a　variable

RFORCE,...!　Store　reaction　as　a　variable

PLVAR,...!　Plot　variables

PRVAR,...!　List　variables

FINISH

/POST1

SET,...!　Read　desired　set　of　results　into　database

PLDISP,...!　Deformed　shape

PRRSOL,...!　Reaction　loads

PLNSOL,...!　Contour　plot　of　nodal　results

PRERR!　Global　percent　error　(a　measure　of　mesh　adequacy)

---

---!　Other　postprocessing　as　desired

---

FINISH

（2）模态叠加法施加载荷

“模态分析”中已经介绍过模态分析的方法，这里必须注意下面几点：

·模态提取法应为子空间法，分块Lanczos法（缺省）、缩减法、子空间法、PowerDynamics法或QR法（非对称法或阻尼法不能用于模态叠加法）。另外，PowerDynamics法无法创建载荷矢量；

·务必提取出可能对动力学响应有贡献的所有模态；

·如果采用缩减法提取模态，则一定要在那些定义了力和间隙条件的节点处指定主自由度；

·如果使用QR法提取模态，必须在前处理或模态分析过程中指定所需阻尼（在模态叠加法瞬态动力分析中指定的阻尼将被忽略）。此时，可以指定ALPHAD 、BETAD 、MP 、DAMP或单元阻尼；不能指定DMPRAT 和MDAMP ；

·如果有位移约束，指定之。如果约束是在模态叠加法的瞬态分析求解过程中指定的而不是在模态分析求解中指定，这些约束将被忽略；

·如果在瞬态动力学分析中需要单元载荷（压力、温度、加速度等等），则必须在模态分析中施加它们。这些载荷在模态分析中将被忽略，但程序会计算出一个载荷向量并将其写入振型文件（Jobname.MODE），然后可以在瞬态分析中用这个载荷向量；

·模态叠加法不要求扩展模态。（但如果要观察振型，则必须扩展振型。）；

·在模态分析与瞬态分析之间不能改变模型数据（例如节点旋转）。

因此在模态叠加法中不能施加压力，否则最后结果全部为0

模态叠加法瞬态分析的典型命令流

下面是典型的用模态叠加法进行瞬态动力学分析的输入命令流：

!Build　the　Model

/FILNAM,...!　Jobname

/TITLE,...!　Title

/PREP7!　Enter　PREP7

---

---!　Generate　model

---

FINISH

!Obtain　the　Modal　Solution

/SOLU!　Enter　SOLUTION

ANTYPE,MODAL!　Modal　analysis

MODOPT,REDU!　Reduced　method

M,...!　Master　DOF

TOTAL,...

D,...!　Constraints

SF,...!　Element　loads

ACEL,...

SAVE

SOLVE

FINISH

!Obtain　the　Mode　Superposition　Transient　Solution

/SOLU!　Re-enter　SOLUTION

ANTYPE,TRANS!　Transient　analysis

TRNOPT,MSUP,...!　Mode　superposition　method

LVSCALE,...!　Scale　factor　for　element　loads

F,...!　Nodal　Loads

MDAMP,...!　Modal　damping　ratios

DELTIM,...!　Integration　time　step　sizes

LSWRITE!　Write　first　load　step　(Remember:　the　first　load　step

---!　is　solved　statically　at　time=0.)

---

---!　Loads,　etc.　for　2nd　load　step

TIME,...!　Time　at　end　of　second　load　step

KBC,...!　Ramped　or　stepped　loads

OUTRES,...!　Results-file　data　controls

---

LSWRITE!　Write　2nd　load　step　(first　transient　load　step)

SAVE

LSSOLVE!　Initiate　multiple　load　step　solution

FINISH

!Review　results　of　the　mode　superposition　solution

/POST26!　Enter　POST26

FILE,,RDSP!　Results　file　is　Jobname.RDSP

SOLU,...!　Store　solution　summary　data

NSOL,...!　Store　nodal　result　as　a　variable

PLVAR,...!　Plot　variables

PRVAR,...!　List　variables

FINISH

!Expand　the　Solution

/SOLU!　Re-enter　SOLUTION

EXPASS,ON!　Expansion　pass

NUMEXP,...!　No.　of　solutions　to　expand;　time　range

OUTRES,...!　Results-file　data　controls

SOLVE

FINISH

!Review　the　Results　of　the　Expanded　Solution

/POST1

SET,...!　Read　desired　set　of　results　into　database

PLDISP,...!　Deformed　shape

PRRSOL,...!　Reaction　loads

PLNSOL,...!　Contour　plot　of　nodal　results

PRERR!　Global　percent　error　(a　measure　of　mesh　adequacy)

---

---!　Other　postprocessing　as　desired

---

FINISH