瞬態的案例
LMS Virtual.Lab 聲學視頻教程 第十五課 瞬態振動與瞬態邊界元
在一些聲學問題中經常會遇到瞬態求解問題，比如汽車關門聲研究、打高爾夫球聲學問題研究、碰撞聲學問題研究等等。這一課中，主要講解LMS Virtual.Lab中瞬態振動結構求解器的應用以及瞬態聲學邊界元。LMS Virtual.Lab中的時域邊界元求解器是目前世界上唯一一款絕對收斂、可靠、并且經過工程驗證的求解器，擁有強大的時域聲學計算功能，另外，隨著結構求解器Samcef以及NX Nastran的逐漸嵌入，使得LMS Virtual.Lab中也擁有了瞬態結構振動響應求解的能力，這樣用戶不依靠其它結構有限元軟件，就可以在LMS Virtual.Lab完成瞬態振動響應求解、瞬態聲學求解這一完整過程。本課中主要講解了兩個內容：
1、使用LMS Virtual.Lab中的瞬態結構有限元求解器進行瞬態振動響應計算。
2、通過瞬態結構有限元求解器計算的結果進行瞬態聲學分析。
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在一些聲學問題中經常會遇到瞬態求解問題，比如汽車關門聲研究、打高爾夫球聲學問題研究、碰撞聲學問題研究等等。這一課中，主要講解LMS Virtual.Lab中瞬態振動結構求解器的應用以及瞬態聲學邊界元。LMS Virtual.Lab中的時域邊界元求解器是目前世界上唯一一款絕對收斂、可靠、并且經過工程驗證的求解器，擁有強大的時域聲學計算功能，另外，隨著結構求解器Samcef以及NX Nastran的逐漸嵌入，使得LMS Virtual.Lab中也擁有了瞬態結構振動響應求解的能力，這樣用戶不依靠其它結構有限元軟件，就可以在LMS Virtual.Lab完成瞬態振動響應求解、瞬態聲學求解這一完整過程。本課中主要講解了兩個內容：
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2、通過瞬態結構有限元求解器計算的結果進行瞬態聲學分析。
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在一些聲學問題中經常會遇到瞬態求解問題，比如汽車關門聲研究、打高爾夫球聲學問題研究、碰撞聲學問題研究等等。這一課中，主要講解LMS Virtual.Lab中瞬態振動結構求解器的應用以及瞬態聲學邊界元。LMS Virtual.Lab中的時域邊界元求解器是目前世界上唯一一款絕對收斂、可靠、并且經過工程驗證的求解器，擁有強大的時域聲學計算功能，另外，隨著結構求解器Samcef以及NX Nastran的逐漸嵌入，使得LMS Virtual.Lab中也擁有了瞬態結構振動響應求解的能力，這樣用戶不依靠其它結構有限元軟件，就可以在LMS Virtual.Lab完成瞬態振動響應求解、瞬態聲學求解這一完整過程。本課中主要講解了兩個內容：
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展開 Ansys 案例研究 | 瞬態熱力耦合分析—PCB 組件上的熱應力生成
9.對模型進行網格劃分并運行瞬態結構仿真，輸出應力結果云圖，該圖顯示了應力隨時間的變化情況。
總結
本次分析成功執行了 PCB 組件的瞬態熱-順序耦合仿真。通過將瞬態熱分析得到的溫度時程作為載荷，輸入至瞬態結構分析中，直接觀察并獲得了關鍵元器件的熱應力隨時間變化的響應。
仿真結果直觀展示了在功率加載或環境變化的瞬態過程中，熱應力如何隨溫度場同步演變，清晰地揭示了應力集中區域的動態形成過程與峰值時刻。這為評估元件在真實波動工況下的瞬態力學負載與潛在風險提供了直接的依據。
本次分析有效完成了從動態熱輸入到動態應力輸出的因果鏈路驗證，為后續的簡易可靠性評估與設計改進提供了核心的觀測數據。
展開 
模態瞬態疲勞分析操作流程（nastran、Ncode、Femfat）
瞬態分析可以考慮結構的質量、剛度和阻尼，以及在分析中包含了動態載荷的瞬時效果來考慮這些動態效應。瞬態分析包括直接瞬態和模態瞬態，直接瞬態分析通過直接施加時間歷程載荷，為了保證計算精度需要一定的計算步長，但隨著模型規模的增大及計算時間的延長，需要大量的計算時間以及數據空間存儲計算結果。雖然直接瞬態分析可以考察結構的實際響應，最大應力發生的時間等。因此需要根據實際情況選擇使用直接瞬態法。另一種瞬態法為模態瞬態，結構的動態響應特性通過模態表示，只需要計算出結構所需要的模態，瞬態響應的計算則相對很快，大多數的情況下模態瞬態較直接瞬態的計算時間少。當然，模態瞬態計算還需要考慮模態截斷、求解頻率等問題。
本文主要簡單介紹一下模態瞬態疲勞分析操作流程，FE求解軟件使用nastran，疲勞分析軟件使用Ncode和Femfat兩種方式來實現。
第一步：模態瞬態分析（SOL112）
支架底座兩個安裝點通過RBE2抓到一起，通過SPC1約束12456。激勵點施加隨時間變化的載荷。計算兩個工況，一個工況用于計算模態應力（op2文件），另一個工況用于計算瞬態模態位移時間歷程結果（pch文件）。
激勵點隨時間變化的Z向加速度載荷
通過加速度功率譜分析，可以發現激勵頻率主要集中在6-150Hz之間，因此如果結構的頻率也是在這個范圍之內，靜態載荷分析法是無法正確評估結構的疲勞響應。
模態瞬態分析求解設置，分析包含兩個工況，工況1用于計算模態應力，工況2生成模態位移時間歷程結果。
求解關鍵設置
1.特征值提取到300Hz（為保證結果精度，模態提取設置為2倍的激勵頻率）：
2.計算時間60s，和激勵載荷時間一致。
展開 四十三、Fluent增強收斂性-偽瞬態計算
偽瞬態作用</strong></p><p> </p><p><br></p><p>為什么要使用偽瞬態的算法？偽瞬態的作用實際上是增加收斂性的，當你的穩態計算收斂性不好時，可以將穩態計算更改為偽瞬態計算，收斂性會增強。</p><p><br></p><p>當然還可以通過前面所說的降低松弛因子的方式來增強收斂性。</p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZyicQWyfWYsh1PFR1SIK7PZ1OCzyr0lAiby5CoIPzA1zY6JXOj2wgdTiapmQxV27Tkp5ARfACCfSDeFIw/640?wx_fmt=jpeg" width="100%"> </p><p><br></p><p>但是，偽瞬態并不是真正的瞬態，它雖然會出現時間步長這種概念，但是在每個時間步長并不收斂，而只是最終的計算結果收斂，因此當計算只考慮穩態結果時可以使用偽瞬態算法，而如果考慮某時刻的結果，則必須使用瞬態算法。</p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZyicQWyfWYsh1PFR1SIK7PZ1OT8uDAu5DSBfPSFVsSzuPY7mznSNZWCicSR3I6GGd5qE1XN7Wiaw5a3CA/640?wx_fmt=jpeg" width="100%"> </p><p><br></p><p><br></p><p><strong>1. 使用條件</strong></p><p> </p><p>對于穩態計算，當使用基于壓力的耦合求解器coupled或基于密度的隱式求解器Implicit時，可以選擇偽瞬態的方式求解計算。
展開 簡述ABAQUS中瞬態動力學分析的幾種方法
瞬態動力學分析用來研究時域載荷作用下的結構動力學響應問題。ABAQUStigong的瞬態動力學分析方法包括：隱式動力學分析、子空間顯式動力學分析，顯式動力學分析以及模態瞬態動力學分析。
1、隱式動力學分析
ABAQUS/Standard隱式動力學分析通過對時間進行隱式積分求解動力學問題，適用于(強)非線性瞬態響應分析。
2、子空間顯式動力學分析
ABAQUS/Standard子空間顯式動力學分析，通過對子空間下的動力學方程直接積分來求解系統瞬態響應，子空間基向量由系統的特征向量構成。這種方法能夠非常有效的求解具有弱非線性系統的瞬態響應。
3、顯式動力學分析
ABAQUS/Explicit顯式動力學分析對結構的運動方程直接進行顯式積分，進而求解動力學問題，該方法能夠有效處理載荷作用時間較短的大規模模型。
4、模態瞬態動力學分析
BAQUS/Standard模態瞬態動力學分析應用模態疊加法求解線性系統的瞬態響應問題。模態瞬態分析建立在線性系統的特征模態基礎上，因此在應用該方法之前必須先提取系統的特征模態。
上述幾種求解瞬態動力學問題的方法各有其特點和適用范圍，其中模態瞬態動力學分析方法主要用于線性系統的瞬態響應問題。
在實際應力中我們可能較少的接觸模態瞬態求解分析，它是所有動力學求解方法中效率最高的一種方法。模態疊加法求解瞬態動力學問題有其自身的優勢和局限性，在進行模態瞬態響應分析前需要考慮以下幾個問題，以便合理地選擇分析方法和設置參數。
展開 Abaqus瞬態動力學總結
瞬態動力學分析用來研究時域載荷作用下的結構動力學響應問題。ABAQUS提供的瞬態動力學分析方法包括：隱式動力學分析、子空間顯式動力學分析，顯式動力學分析以及模態瞬態動力學分析。
1、隱式動力學分析
ABAQUS/Standard隱式動力學分析通過對時間進行隱式積分求解動力學問題，適用于(強)非線性瞬態響應分析。
2、子空間顯式動力學分析
ABAQUS/Standard子空間顯式動力學分析，通過對子空間下的動力學方程直接積分來求解系統瞬態響應，子空間基向量由系統的特征向量構成。這種方法能夠非常有效的求解具有弱非線性系統的瞬態響應。
3、顯式動力學分析
ABAQUS/Explicit顯式動力學分析對結構的運動方程直接進行顯式積分，進而求解動力學問題，該方法能夠有效處理載荷作用時間較短的大規模模型。
4、模態瞬態動力學分析
ABAQUS/Standard模態瞬態動力學分析應用模態疊加法求解線性系統的瞬態響應問題。模態瞬態分析建立在線性系統的特征模態基礎上，因此在應用該方法之前必須先提取系統的特征模態。
上述幾種求解瞬態動力學問題的方法各有其特點和適用范圍，其中模態瞬態動力學分析方法主要用于線性系統的瞬態響應問題。
在實際應力中我們可能較少的接觸模態瞬態求解分析，它是所有動力學求解方法中效率最高的一種方法。模態疊加法求解瞬態動力學問題有其自身的優勢和局限性，在進行模態瞬態響應分析前需要考慮以下幾個問題，以便合理地選擇分析方法和設置參數。
時域載荷能否用特征模態精確描述；
-- 模態疊加計算后保留的模態必須足以覆蓋載荷所包含的頻率；
-- 初始條件能否用特征模態來精確描述；
-- 對突然施加的載荷所引起的初始加速度能否用特征模態來精確描述
-- 僅僅進行線性動力學分析是否能夠滿足要求。
展開 Workbench瞬態熱應力仿真
Workbench除了做穩態熱應力變形，還可以做瞬態熱應力變形。熱雙金有兩個熱膨脹系數不同的金屬組成，熱膨脹系數越大，其為主動層，帶動被動層受熱彎曲。
通過workbench瞬態熱模塊和瞬態結構模塊可模擬該類情景。若考慮空氣對流對熱雙金表面溫度分布的影響，可使用Fluent與瞬態結構模塊進行熱應力仿真。Workbench仿真搭建流程如下所示，
現假設兩個熱雙金體功耗不同，主動層更大，在Fluent計算熱雙金瞬態溫度分布；接著將結果導入到瞬態結構模塊；最后設置約束，這樣搭建完整的瞬態熱應力仿真操作流程。
1-120s的仿真結果如下圖所示
僅為演示，提供一定參考意義。
展開 Workbench瞬態熱分析（原創，若轉載，請注明出處）
在這個例子中，我們需要注意的是：在進行瞬態熱分析時，一般情況下要先進行穩態熱分析，以獲取瞬態分析的初始天劍，然后通過瞬態熱分析的分析設置及邊界條件設置，進行多載荷步的求解。
干貨 | ANSYS瞬態CFD分析方法—流體自控振蕩器的仿真
但實際中，由于物體運動、邊界條件改變或流動自身特性等原因，流動現象都是隨時間變化而變化的，這就必須進行瞬態CFD分析。今天我們就以流體自控振蕩器為例來了解下如何使用ANSYS進行瞬態CFD分析。
圖1顯示的是一個振蕩器結構，為了減少計算量，我們采用2D模型來分析。由于康達效應的影響，入口射流會有偏向一側曲面的趨勢，而結構又是對稱的，因此射流一開始會隨機偏向任意一側。當流體偏向某一側的時候，由于結構存在反饋回路（紅色虛線），反饋流體會對入口射流產生干擾，使得射流偏向另一側。這樣，即使在入口射流流量不變的條件下，射流將會在兩個偏轉狀態之間不斷來回切換，出口處就形成了交替出流的情況。這是一個明顯的瞬態現象，需要進行瞬態分析。
圖1 流體自控振蕩器結構圖
瞬態分析有兩點是需要特別注意的：
1、 合理給定初始值。與穩態分析的初始值不同，瞬態分析的初始值是有實際物理意義的，表示瞬態現象在0時刻的物理狀態，對于流動內部自發的瞬態現象，可以先求解一個穩態解作為瞬態分析的初始值。
2、 合理設定時間步Δt。如果周期T已知，那么Δt< T/20，如果T未知，那么
其中L為特征網格長度，V為特征速度。
所以，我們先按穩態模型設置的過程求解出一個穩態解。
展開 
知識：瞬態傳熱分析
一、瞬態傳熱分析的定義
瞬態熱分析用于計算一個隨時間變化的系統的溫度場及其它熱參數。在工程上一般用瞬態熱分析計算溫度場，并將之作為熱載荷進行應力分析。
瞬態熱分析的基本步驟與穩態熱分析類似。主要的區別是瞬態熱分析中的載荷是隨時間變化的。為了表達隨時間變化的載荷，首先必須將載荷～時間曲線分為載荷步。載荷～時間曲線中的每一個拐點為一個載荷步，如下圖所示。
對于每一個載荷步，必須定義載荷值及時間值，同時必須選擇載荷步為漸變或階越。
二、瞬態熱分析中的單元及命令
瞬態熱分析中使用的單元與穩態熱分析相同。要了解每個單元的詳細說明，請參閱《ANSYS Element Reference Guide》。要了解每個命令的詳細功能，請參閱《ANSYS Command Reference Guide》。
三、ANSYS 瞬態熱分析的主要步驟
· 建模
· 加載求解
· 后處理
四、建模
· 確定jobname、title、units, 進入PREP7；
· 定義單元類型并設置選項；
· 如果需要，定義單元實常數；
· 定義材料熱性能：一般瞬態熱分析要定義導熱系數、密度及比熱；
· 建立幾何模型；
· 對幾何模型劃分網格。
關于建模及劃分網格，請參閱《ANSYS Modeling and Meshing Guide》。
展開 ANSYS Workbench瞬態動力學（Transient Structural）分析
瞬態分析一直是仿真分析比較難的一塊內容，而瞬態分析時間步的設置又是瞬態分析的關鍵，瞬態時間步設置也有其關鍵設置方法。下面以一個傳動軸的瞬態動力學分析為例介紹在ANSYS Workbench中進行瞬態動力學（Transient Structural）分析的基本流程及瞬態時間步設置。
1、題例
一根直徑為40mm,長2米的傳動軸，一端固定，另外一端面上施加一個集中力偶。
該力偶隨時間變化的載荷如下圖所示。
求傳動軸上各點的應力、位移隨時間變化的云圖。
2、問題分析
（1）由于載荷的時間歷程已知，這是一個瞬態動力學問題，需要使用瞬態動力學分析。
（2）分析設置：先設置5個載荷步，然后對每個載荷步設置3個載荷子步。
（3）邊界條件：固定左端面，對右端面施加扭矩。該扭矩用表格方式輸入。
3、求解過程
進入ANSYS Workbench并創建瞬態動力學（Transient Structural）分析項目。
進入DesignModeler模塊創建幾何模型。進行網格劃分，并進行分析設置。首先設置5個載荷步，然后對每個載荷步進行設置。第一個載荷步：關閉自動時間步長，定義5個載荷子步。
其它載荷步做同樣的設置，下圖所示為第5個載荷步的設置示例。
將左端固定，在右端施加扭矩。
扭矩的詳細設置如下所示：
設置完成后進行求解計算。
4、結果后處理
傳動軸上各點的最大位移隨時間的變化曲線如下圖所示。
傳動軸上各點的最大等效應力隨時間的變化曲線如下圖所示。
在徑向上傳動軸中間的位移和應力小，邊緣的位移和應力大，這與理論情況一致。
展開 干貨 | ANSYS瞬態CFD分析方法—流體自控振蕩器的仿真
但實際中，由于物體運動、邊界條件改變或流動自身特性等原因，流動現象都是隨時間變化而變化的，這就必須進行瞬態CFD分析。今天我們就以流體自控振蕩器為例來了解下如何使用ANSYS進行瞬態CFD分析。
圖1顯示的是一個振蕩器結構，為了減少計算量，我們采用2D模型來分析。由于康達效應的影響，入口射流會有偏向一側曲面的趨勢，而結構又是對稱的，因此射流一開始會隨機偏向任意一側。當流體偏向某一側的時候，由于結構存在反饋回路（紅色虛線），反饋流體會對入口射流產生干擾，使得射流偏向另一側。這樣，即使在入口射流流量不變的條件下，射流將會在兩個偏轉狀態之間不斷來回切換，出口處就形成了交替出流的情況。這是一個明顯的瞬態現象，需要進行瞬態分析。
圖1 流體自控振蕩器結構圖
瞬態分析有兩點是需要特別注意的：
1、 合理給定初始值。與穩態分析的初始值不同，瞬態分析的初始值是有實際物理意義的，表示瞬態現象在0時刻的物理狀態，對于流動內部自發的瞬態現象，可以先求解一個穩態解作為瞬態分析的初始值。
2、 合理設定時間步Δt。如果周期T已知，那么Δt< T/20，如果T未知，那么
其中L為特征網格長度，V為特征速度。
所以，我們先按穩態模型設置的過程求解出一個穩態解。
展開 ABAQUS中的瞬態滲流和穩態滲流 ￥10
（2）瞬態滲流，Soil（Transient），三維模型中可以考慮固結沉降，也可以不考慮固結沉降，但不考慮固結沉降時，相當于穩態滲流；二維模型中不考慮固結沉降時模型不收斂。瞬態分析步中設置的Time period數值對應的就是實際的物理時間（具有代表性的邊界條件有*Cflow: concentrated pore fluid、*Dflow: surface pore fluid等與時間相關的出入流速邊界，透水邊界可采用孔壓邊界模擬，也可用*Sflow邊界或*flow邊界）。
瞬態分析步
2. 瞬態滲流計算的兩個關鍵點
（1）荷載隨時間施加方式選瞬時施加時，才能得到孔壓、位移等隨時間逐漸穩定的過程；荷載隨時間施加為線性施加的話，孔壓從瞬態荷載步的開始到結束基本均勻變化，得不到逐漸穩定的過程，這種適合堆載預壓等荷載隨時間緩慢變化的物理過程的模擬。
荷載隨時間施加方式
（2）每個增量步的最大孔壓變化最好選取邊界條件變化時邊界孔壓的改變量，如果不好確定，取模型邊界條件中的最大孔壓即可，若設置過小影響收斂。比如隧洞算例中，洞壁原來孔壓0.5MPa左右，施加邊界后變為0，所以最大孔壓變化要大于0.5MPa。
各增量步孔壓變化最大值
3. 邊坡算例（二維CPE4P）
邊坡尺寸
（1）瞬態滲流不考慮固結沉降時（采用Soil，Transient分析步，且約束所有節點位移），采用什么邊界都不收斂（直接報4U，到設置的最小子步時間增量）。（附件slpoe_allfix）
瞬態滲流不考慮固結沉降
（2）瞬態滲流考慮固結沉降時（采用Soil，Transient分析步，只約束邊界節點位移），邊坡水平面采用*Sflow邊界和只設置水平面零孔壓邊界均只需43子步完成計算，中間只報1U，收斂效果完全相同，孔壓隨時間動態演變，直至平衡。
展開 