用不同的瞬态动力学方法进行分析时,进行瞬态动力学分析的过程不尽相同。下面我们首先描述如何用完全法进行瞬态动力学分析的基本步骤,然后在列出用缩减法和模态叠加法时的不同地方。
完全法瞬态动力学分析过程由三个主要步骤组成:
1. 建模
2.加载及求解
3.结果后处理
模型的建立
建模过程和其它类型的分析类似,但应注意以下几点:
1.可以用线性和非线性单元。
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),材料特性可以是线性的或非线性的,各向同性的或各向异性的,恒定的或和温度有关的。
在划分网格时需要记住以下几点:
1. 有限元网格需要足够精度以求解所关心的高阶模态;
2. 感兴趣的应力应变区域的网格密度要比只关系位移的区域相对加密一些;
3.如果想包含非线性,网格应当细到能够扑捉到非线性效果。例如,对于塑性分析来说,它要求在较大塑性变形梯度的平面内有一定的积分点密度,所以网格必须加密;
4.如果对波传播效果感兴趣,网格应当细到足以解算出波。基本准则是沿波的传播方向每一波长至少有20个单元。
加载并求解
在这一步中,要定义分析类型及选项,加载,指定载荷步选项,并开始有限元求解。具体步骤如下: 1. 进ANSYS求解器
命令:/SOLU
GUI:Main Menu | Solution
2. 指定分析类型和分析选项
裤衩裙 (1) 指定分析类型(ANTYPE)
选择开始一个新的分析。如果已经完成了静力学预应力或完全法瞬态动力学分析并准备对时间历程进行延伸,或者想重新启动一次失败的非线性分析,则可用Restart。(Restart要求初始求解过程中生成的文件Jobname.EMAT,Jobname.ESAV及Jobname.DB存在。新得到的解结果将被附加在初始结果文件Jobname.RST中)。从弹出的对话框中选择瞬态动力学分析(Transient),并指定位完全法(Full)。对于质量阵形成方法(Mass Matrix Formulation)建议在大多数分析应用中采用缺省的质量阵形成方式。但对某些包含“薄膜”结构的问题,如细长梁或非常薄的壳,采用集中质量矩阵近似或许会产生较好的结果。另外,集中质量阵所需运行时间短,所占内存较低。 火花塞中心电极
命令:ANTYPE
(2) 指定分析选项
通过GUI路径:Main Menu | Solution | Analysis Type | Analysis Options打开完全法瞬态动力学分析(Full Transient Analysis)选项对话框(见图10.12),对话框中主要有选项组:
� Large Deformation Effects (大变形选项):NLGEOM
当需要考虑大变形(如弯曲的细长棒)或者大应变(如金属成型问题)时,打开(ON)此选项。大变形和大应变属于几何非线性,在非线性分析中详细介绍。程序缺省的假定是小变形和小应变。
� Stress Stiffening Effects (应力刚化效应):SSTIF
在下列情况下选择ON(缺省是OFF):在小变形分析中希望结构中的应力显著地增加(或降低)结构的刚度;在大变形分析中如果需要用此选项帮助收敛。
� Newton-Raphson Options (牛顿-拉普森选项):NROPT
此选择指定在求解期间切线矩阵被刷新的频率。仅在存在非线性时有用。
� 选择Equation Solver (求解器):EQSLV
用来指定求解器,其中Iterative(自动选择)仅用于线性静力分析/完全法瞬态动力学分析或稳态/瞬态热力学分析,建议用此求解器。对于大型模型建议采用PCG求解器。
3.在模型上加载
瞬态动力学分析包含数值为时间函数的载荷。要指定这样的载荷,需将载荷对时间的关系曲线划分成合适的载荷步。在载荷/时间曲线上的每个“拐角”都应做为一个载荷步,如图10.13所示。
第一个载荷步通常被用来建立初始条件,然后要指定后继的瞬态载荷及加载步选项。对于每个载荷步,都要指定载荷值和时间值,同时要指定其它的载荷步选项,如载荷是按Stepped还是Ramped方式施加的,是否使用自动时间步长等。最后将每一个载荷步写入文件并一次性求解所有载荷步。
(1) 加初始条件
施加瞬态载荷的第一步是建立初始条件(即零时刻时的情况)。瞬态动力学分析要求给定两种初始条件:初始位移和初始速度。如果没有进行特意设置,初始位移和初始速度都被假定为零。下面描述了如何施加不同组合形式的初始条件。
零时刻
压缩空气汽车 � 零初始位移和零初始速度这是缺省的初始条件。在第一个载荷步中可以加上对应于载荷/时间关系曲线的第一个拐角处的载荷。
� 零初始位移和非零初始速度。非速度是通过对结构中需要指定速度的部分加上小时间间隔上的小位移来实现。
� 非零初始位移和非零初始速度。上面的情形相似,不过施加的位移是真实数值而非“小”数值。
� 非零初始位移和零初始速度。需要用两个子步[NSUBST,2]来实现,所加位移在两个子步间是阶跃变化的[KBC,1]。如果位移不是阶跃变化的,所加位移将随时间变化,从而产生非零初速度。
� 非零初始加速度。可以近似地通过在小的时间间隔内指定要加的加速度实现。
命令:IC
GUI:Main Menu | Solution | Define Loads | Apply | Initial Condit’n | Define
(2)加瞬态载荷部分
ANSYS通用的约束、力、面载荷、体载荷和惯性载荷在瞬态动力学分析中都能用。在分析过程中对载荷的施加、删除、列表或操作都跟其它分析一样。小功率电磁炉
4.设置求解控制选项
(1)进入求解控制对话框
选择菜单路径:Main Menu | Solution | Analysis Type | Sol’n Controls,将弹出求解控制(Solution Controls)对话框,如下图所示。
(2)Basic选项卡
A:在设置ANTYPE和NLGEOM时,如果想开始一个新的分析且忽略几何非线性(如大转
动、大挠度和大应变)的影响,那么选择“Small Displacement Transient”选项;入股要考虑几何非线性的影响(通常是受细长梁考虑大挠度或者金属成型时考虑大应变),则选择“Large Displacement Transient”选项;如果想重新开始一个失败的非线性分析,或者将刚做完的静力分析结果作为预应力,或者刚做完瞬态动力学分析,想要扩展其结果,选择“Restart Current Analysis”选项。
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