《ANSYS动力学仿真培训讲义课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ANSYS动力学仿真培训讲义课件（152页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,欢迎来到安世亚太仿真大讲堂,ANSYS Mechanical 动力学技术,2, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,欢迎来到安世亚太仿真大讲堂，本次培训的主题是 ANSYS Mechanical 动力学技术。 本次培训课程包括了使用 ANSYS Workbench 进行动力学分析所需要的步骤。 本次培训针对初学者和有经验的用户。 课程目标： 了解不同类型的动力学分析，包括概念和目的。 完成不同类型的动力学分析，包括模态分析、谐响应分析、响应谱分析和随机振动分析的步骤和设置。,欢迎,第一章 介绍, PERA Corporation Ltd. A
2、ll rights reserved.,ANSYS Mechanical 动力学技术,2, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,动力学介绍,包括以下主题： 动力学分析的定义和目的 在 ANSYS Mechanical 中可用的动力学分析类型 一般运动方程 基本概念和术语,3, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,A. 动力学分析的定义和目的,静力学分析： 可以保证结构的设计可以承受稳态载荷，但可能这并不充分，尤其是当载荷随时间变化时。 动力学分析： 当结构受到随时间变化的载荷作用时，用于确定结构
3、的响应。 结构的惯性和阻尼起到重要的作用。 动力学也包括对自由振动的研究，例如，当导致运动的力已经消失后，结构的振动。,4,了解一个系统的振动特性（自由振动分析）是至关重要的： 1940年11月7日，刚刚竣工四个月的塔科马海峡吊桥发生垮塌， 在风暴中吊桥受到 42 mph （8级）的风载的作用。,振动特性, PERA Corporation Ltd. All rights reserved., 定义和目的,5, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,动力学分析通常考虑以下一个或多个方面： 自由振动 固有频率和振型 受迫振动 例如：曲柄转轴及其他旋
4、转机械 地震/冲击载荷 例如：地震和爆炸 随机振动 例如：火箭的发射和公路交通 一般时变载荷 例如：汽车碰撞和锤击 对于每一情况，使用特定类型的动力学分析进行处理。, 定义和目的,6,模态分析 模态分析用于确定结构的振动特性，例如，固有频率和模态振型。 考虑以下例子： 如果汽车排气管组件的固有频率和发动机的一致，该组件将产生振动并发生分离。如何避免其发生？ 受载的涡轮叶片（离心力）展示出的动力学特性与不受载时不一致。如何解释这种现象？,B. 动力学分析类型, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,7,2.谐响应分析 谐响应分析用于确定结构在受到稳
5、态谐波（按正弦变化）载荷时的响应。 旋转电机在轴承和支撑结构上产生稳态的交变力。取决于转速的不同，这些力引起不同的变形和应力。,F(t), PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,t, 动力学分析的类型,8,3.响应谱分析 响应谱分析用于确定结构对于地震的响应。 摩天大楼、发电厂的冷却塔和其他结构必须能够承受多重短时的瞬态振动/冲击载荷，最常见的就是地震载荷。, 动力学分析的类型, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,9,4.随机振动分析 随机振动分析用于确定组件对于随机振动载荷的响应。 航天飞船和
6、飞机组件必须承受持续性的随机载荷，该随机载荷具有不断变化的频率。, 动力学分析的类型, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,10,瞬态分析 瞬态分析用于计算结构对于时变载荷的响应。 考虑以下例子： 汽车保险杠必须能够承受低速冲击，但是在高速冲击情况下发生变形。 网球拍拍框的设计要满足两个要求，首先要承受网球的冲击，其次要产生适当的变形。, 动力学分析的类型, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,11,根据可用的输入类型和所需的输出类型选择合适的动力学分析类型, PERA Corporation
7、Ltd. All rights reserved., 动力学分析的类型,12,瞬态动力学分析的非线性控制方程：,M：结构质量矩阵 C：结构阻尼矩阵 K：结构刚度矩阵 F：力向量, ：节点加速度向量 ：节点速度向量 u：节点位移向量 (t)：时间,F applied,F damping,FinertiaFstiffness,M u C u K (u)u F t ,u,C. 一般运动方程, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,13,F applied,F damping,FinertiaFstiffness,M u C u K (u)u F t ,
8、非线性 非线性来源： 大变形 非线性接触 材料非线性 仅在完全法瞬态分析中，打开大变形选项时可以考虑非线性。, PERA Corporation Ltd. All rights reserved., 一般运动方程,14, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,自由振动： 当系统不受外力时发生振动 固有频率： 系统在自由振动时，会在一个或多个固有频率发生振动。固有频率是系统的动力学属性，该属性取决于其质量和刚度分布。 受迫振动： 在外力作用下发生的振动。,D. 基本概念和术语,15, PERA Corporation Ltd. All rights
9、 reserved.,共振： 在受迫振动时，系统被迫以激励频率进行振动。如果激励的频率和一个或多个固有频率相同，发生共振。 阻尼： 能量耗散机理，该机理引起振动随时间消减并最终停止。如果阻尼较小，它对固有频率基本没有影响。, 基本概念和术语,作业 1 介绍 飞轮, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,ANSYS Mechanical 动力学技术,第二章 模态分析, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,ANSYS Mechanical 动力学技术,2, PERA Corporation Ltd.
10、All rights reserved.,包括主题： 定义和目的 理论和术语 固有频率和模态振型 模态提取方法 接触 分析设置 作业 4,模态分析,3, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,模态分析技术用于确定线弹性结构的振动特性（固有频率和模态振型）。 所有动力学分析类型中最基础的部分。 在不同类型的动力学载荷下，结构将如何响应，为工程师提供参考。 对于其他动力学分析，有助于计算求解控制。,A. 定义和目的,4, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,假设和限制条件 结构为线性（M和K矩阵为常量
11、）。 无载荷（力、位移、压力或温度），自由振动。 建议： 由于结构的振动特性决定了其对于任意类型动力学载荷的响应，通常情况下，建议在进行其他任何类型的动力学分析以 前，首先进行模态分析。, 定义和目的,5, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,将 和 代入控制方程可得特征值方程：,i,i,i,i,t ,u , sin,自由无阻尼振动的线性动力学方程 M u K u 0 假设简谐振动： u i sinit i ,2,2,i,i, 0,K M ,B. 理论和术语,6,当满足以下条件时，等式成立：,1. = 0 （无价值，意味着没有振动） 2. 或
12、= 此时为特征值问题，有 n 个根（12 , 22 , 2）。 这些根是方程的特征值。 对于每一个根（特征值），有一个相对应的特征向量（ 1 , 2 , ）。, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,2,i,i, 0,K M , 理论和术语,7,在模态分析中： 特征值结构固有角频率 的平方 特征向量模态振型 模态振型可以对质量矩阵归一化,或者对其进行单位正则化，此时将向量 的最大分量设置为1。 Workbench 显示对质量矩阵归一化的结果。 由于归一化，只有对于自由度的振型结果才有实际意义。, PERA Corporation Ltd. All
13、 rights reserved.,C. 固有频率和模态振型,T,ii, 1, M ,8,特征值的平方根为 ，即结构的固有角频率（rad/s）。 固有频率 可以根据公式 = /2 （cycles/s）。,固有频率 单位为 Hz，由用户输入，由 Workbench,输出。, 代表模态振型，即当振动频率为 时，结构,特征向量 的振型。,模态 1 1 1 = 109 , 固有频率和模态振型,模态 2 2 2 = 202 ,模态 3 3 3 = 249 , PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,9,D. 模态提取方法, PERA Corporation
14、Ltd. All rights reserved.,在多数情况下，使用程序控制选项自动选择最佳的求解器。,10, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,在模态分析中可以使用接触对，然而，由于模态分析为纯线性分析，对于非线性接触类型，接触特性将产生变化，如下表所 示：,非线性接触特性简化为与其对应的线性接触。,E. 模态分析中的接触,11,模态阶数 需要指定所关心的模态阶数。默认情况下提取前六阶模态。 可以通过两种方式指定模态阶数： 1.前 N 阶模态（ 0） 2.在指定频率范围内的前 N阶模态。,1, PERA Corporation Ltd.
15、All rights reserved.,2,F. 分析设置,12,求解控制 在该控制中有两个设置阻尼和求解器类型 阻尼 无阻尼（默认值，即无阻尼系统） 有阻尼 根据是否包含阻尼，相应的提供不同的求解器选项, 分析设置, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,13,输出控制 默认情况下只计算模态振型。 可以要求计算应力和应变结果。 “应力”结果仅表示结构中应力的相对分布，并不是真实的应力值。可以选择是否储存这些结果并在关联系统中进行更 快速的计算。, 分析设置, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.
16、,14, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,作业 4 模态分析 带孔平板,作业 4,第三章 谐响应分析, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,ANSYS Mechanical 动力学技术,2, PERA Corporation Ltd. All rights reserved.,包括主题： 什么是谐响应分析 理论和术语 谐响应分析中的接触 完全谐响应分析 谐响应分析中的阻尼 载荷和边界条件 分析设置完全谐响应分析,谐响应分析,3, PERA Corporation Ltd. All rights reserved., 包括主题： 模态叠加法谐响应分析 模态叠加法谐响应分析中的阻尼 分析设置模态叠加法谐响应分析 作业 3,谐响应分析
