瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析的案例
Ansys 案例研究 | 瞬態(tài)熱力耦合分析—PCB 組件上的熱應(yīng)力生成
9.對模型進行網(wǎng)格劃分并運行瞬態(tài)結(jié)構(gòu)仿真，輸出應(yīng)力結(jié)果云圖，該圖顯示了應(yīng)力隨時間的變化情況。
總結(jié)
本次分析成功執(zhí)行了 PCB 組件的瞬態(tài)熱-順序耦合仿真。通過將瞬態(tài)熱分析得到的溫度時程作為載荷，輸入至瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析中，直接觀察并獲得了關(guān)鍵元器件的熱應(yīng)力隨時間變化的響應(yīng)。
仿真結(jié)果直觀展示了在功率加載或環(huán)境變化的瞬態(tài)過程中，熱應(yīng)力如何隨溫度場同步演變，清晰地揭示了應(yīng)力集中區(qū)域的動態(tài)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(tài)力學(xué)負載與潛在風險提供了直接的依據(jù)。
本次分析有效完成了從動態(tài)熱輸入到動態(tài)應(yīng)力輸出的因果鏈路驗證，為后續(xù)的簡易可靠性評估與設(shè)計改進提供了核心的觀測數(shù)據(jù)。
展開 ANSYS Workbench結(jié)構(gòu)瞬態(tài)分析
ANSYS Workbench結(jié)構(gòu)瞬態(tài)分析
1.添加結(jié)構(gòu)分析模塊
圖1
2.建模和分網(wǎng)
略。
3.瞬態(tài)分析設(shè)置
點擊Transient下面的Analysis Settings，下面會出來屬性設(shè)置窗口，如圖2。
圖2
載荷步設(shè)置、求解器設(shè)置、重啟設(shè)置、非線性設(shè)置、輸出設(shè)置、阻尼設(shè)置、分析數(shù)據(jù)管理、可視化。
（1）載荷步設(shè)置
圖3
Number Of Steps：載荷步，表示分幾步施加載荷。
Current Step Number：當前載荷步。
Step End Time：當前載荷步結(jié)束時間。
Auto Time Stepping：自動時間步長是否打開，這個大多數(shù)情況下打開，讓程序自動決定迭代時間。
Define By：定義載荷子步的方式。可以通過時間和載荷子步數(shù)來定義，用時間定義的意思是每一載荷子步經(jīng)歷的時間是多少，用載荷子步定義的意思是一個載荷步有多少個載荷子步。
Initial Time Step：初始載荷子步的時間，也就是計算時第一個載荷子步的時間。
Minimum Time Step：最小的載荷子步時間
Maximum Time Step：最大的載荷子步時間
Time integration：時間積分是否打開，如果打開，表示考慮時間對計算結(jié)果的影響，也就是考慮動力響應(yīng)，如果不打開，那么計算過程中相當于是準靜態(tài)過程。
本次例子定義三個載荷子步，分別施加壓力載荷，如圖所示。
圖4
每個載荷步都可以通過以上選項設(shè)置不同的載荷子步。
（2）求解器設(shè)置和重啟動設(shè)置
圖5
Solver Type：求解器類型，有直接法和迭代法兩種，這個具體的意義以前文章有介紹，這里不說。
展開 基于ANSYS WORKBENCH的結(jié)構(gòu)熱耦合分析之摩擦生熱案例（附：源文件和視頻教程）
目前，ANSYS Workbench 中還不能直接完成所有的直接耦合場分析，但Workbench提供了添加命令流的方法，可以幫助用戶完成此類耦合分析項目，對于熟悉APDL語言的使用者而言，可以融合Workbench平臺和APDL的優(yōu)勢完成數(shù)值分析。
本篇文章講解，如何在ANSYS WORBENCH環(huán)境通過插入命令流的方式來改變單元類型以完成結(jié)構(gòu)熱耦合分析（以兩個2D矩形塊摩擦生熱為例來進行講解）
01
問題描述
在一個定塊上，有一個滑塊。在滑塊頂面上施加一垂直于表面指向定塊的10MPa的分布力系。現(xiàn)在滑塊在定塊表面上滑行3.75mm，欲求解因摩擦而產(chǎn)生的熱量，并計算滑塊和定塊內(nèi)部的溫度分布和應(yīng)力分布。
定塊的尺寸：寬5mm，高1.25mm，厚1mm
滑塊的尺寸：寬1.25mm，高1.5mm，厚1mm
02
問題分析
關(guān)鍵技術(shù)分析：
此問題屬于摩擦生熱，不能夠使用載荷傳遞法，而只能使用直接耦合法。這就是說，只能用一個耦合單元來計算摩擦生熱問題。
解決該問題的基本思路如下:
（1）使用瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析系統(tǒng)
（2）在該系統(tǒng)中更改單元為PLANE223，它是一個耦合單元，可以完成多種耦合分析，這里使用其結(jié)構(gòu)-熱分析功能。
（3）定義兩個載荷步，第一步將動塊移動到指定位置，第二步保持最終位置，以獲得平衡解。
（4）在求解設(shè)置中，關(guān)閉結(jié)構(gòu)分析的慣性部分，而只做靜力學(xué)結(jié)構(gòu)分析，但是對于熱分析仍舊做瞬態(tài)熱分析。
（5）由于使用了瞬態(tài)動力學(xué)分析，結(jié)果中默認是沒有溫度可以直接從界面中得到的。需要自定義結(jié)果，提取溫度。
展開 基于WORKBENCH的摩擦生熱的結(jié)構(gòu)和熱耦合分析（原創(chuàng)，如轉(zhuǎn)載，請注明出處）
分析類型：摩擦生熱分析；制動盤熱分析。
分析平臺：AWB17
技術(shù)難點：結(jié)構(gòu)和熱耦合分析
完成人：技術(shù)鄰ANSYS專家
業(yè)務(wù)咨詢網(wǎng)址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
研究對象：制動盤（模型來自網(wǎng)友上傳）
注意點：熱接觸設(shè)置
另：由于參數(shù)可能設(shè)置不當，導(dǎo)致結(jié)果不合理，請無視?。。。?關(guān)鍵技術(shù)分析：
此問題屬于摩擦生熱，不能夠使用載荷傳遞法，而只能使用直接耦合法。這就是說，只能用一個耦合單元來計算摩擦生熱問題。
解決該問題的基本思路如下:
(1) 使用瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析系統(tǒng)
（2）在該系統(tǒng)中更改單元為solid226,它是一個耦合單元，可以完成多種耦合分析，這里使用其結(jié)構(gòu)-熱分析功能。
（3）由于使用了瞬態(tài)動力學(xué)分析，結(jié)果中默認是沒有溫度可以直接從界面中得到的。需要自定義結(jié)果，提取溫度。
（4）此問題要多處使用插入命令的方式，從而可以在WORKBENCH中使用APDL的功能。
（5）瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析系統(tǒng)的工程數(shù)據(jù)中，無法得到熱分析的部分參數(shù)，所以需要先創(chuàng)建一個單獨的工程數(shù)據(jù)系統(tǒng)，然后把它與瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析的工程數(shù)據(jù)單元格相關(guān)聯(lián)。
可代做的業(yè)務(wù)范圍：
熱分析
熱結(jié)構(gòu)耦合分析
展開 
【JY】結(jié)構(gòu)動力學(xué)初步-單質(zhì)點結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)動力學(xué)分析
理論分析：
當結(jié)構(gòu)為單質(zhì)點自由振動體系時候，通過達朗貝爾原理或拉格朗日方程均可列得到下式：
如果設(shè)
可得到
補充：在隔震結(jié)構(gòu)中，若上部結(jié)構(gòu)和含隔震層時的結(jié)構(gòu)周期差別較大時，上部結(jié)構(gòu)可當成一個剛體，可視為單質(zhì)點的剪切型模型分析。假設(shè)一個2自由度（帶隔震層的結(jié)構(gòu)和純上部結(jié)構(gòu)）隔震結(jié)構(gòu)的等效地震反應(yīng)分析。
隔震結(jié)構(gòu)的周期：
上部結(jié)構(gòu)的周期
圖中△為：
當周期比值
很小的時候，上部結(jié)構(gòu)可以近似為一個剛體，即為單自由度模型，具體的下回再具體解說。
展開 探索結(jié)構(gòu)分析的三種視角：準靜態(tài)、動態(tài)和瞬態(tài)分析
分析人員可以根據(jù)這些結(jié)果來評估結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，做出必要的改進和優(yōu)化。
3. 瞬態(tài)分析
瞬態(tài)分析是一種結(jié)構(gòu)工程中的數(shù)值仿真方法，旨在分析結(jié)構(gòu)在短時間內(nèi)（相對于其固有振動周期）受到外部荷載或沖擊作用時的行為。結(jié)構(gòu)響應(yīng)考慮了瞬時或周期性荷載下的動態(tài)振動和形變。
瞬態(tài)分析是一種更為具體的動態(tài)分析，關(guān)注系統(tǒng)在極短時間內(nèi)的響應(yīng)，適用于瞬時沖擊或爆炸等突發(fā)事件的分析。
在瞬態(tài)分析中，外部載荷的變化非常迅速，需要考慮物體的慣性、剛度和阻尼等因素，以了解結(jié)構(gòu)在極短時間內(nèi)的應(yīng)力、位移等變化情況。這種分析方法通常用于模擬結(jié)構(gòu)的瞬時響應(yīng)，比如爆炸、沖擊、碰撞等情況。
以下是準瞬態(tài)分析的基本步驟：
1）建模和幾何定義
首先，需要使用仿真軟件建立結(jié)構(gòu)的幾何模型。這包括定義結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸、材料屬性以及邊界條件，以確保準確的模擬。
2）外部沖擊或荷載定義
在準瞬態(tài)分析中，我們關(guān)注結(jié)構(gòu)在極短時間內(nèi)受到的外部荷載或沖擊。這些荷載可以是來自爆炸、碰撞、沖擊負載等。需要定義這些荷載的性質(zhì)和時間歷程。
3）時間步長和積分
在準瞬態(tài)分析中，時間步長是一個關(guān)鍵參數(shù)。由于我們關(guān)注的是短時間內(nèi)的響應(yīng)，需要選擇適當?shù)臅r間步長以進行數(shù)值積分。通常，時間步長會選擇得足夠小，以確保準確的模擬。
4）動力學(xué)方程
準瞬態(tài)分析使用動力學(xué)方程描述結(jié)構(gòu)在時間上的響應(yīng)。這些方程通常是基于質(zhì)點的牛頓第二定律，描述了質(zhì)點的加速度、速度和位移之間的關(guān)系。這些方程也可以包括材料的非線性行為，以模擬沖擊或爆炸中的變形。
5）數(shù)值求解
使用數(shù)值方法（例如有限元法）對動力學(xué)方程進行數(shù)值求解。這將產(chǎn)生結(jié)構(gòu)在短時間內(nèi)的位移、速度和加速度等響應(yīng)數(shù)據(jù)。
6）結(jié)果分析和后處理
得到的結(jié)果通常以圖形或數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)，以便工程師分析結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。這可以包括位移、速度、加速度、應(yīng)力分布等。
展開 ANSYS workbench 小塊熱結(jié)構(gòu)耦合瞬態(tài)動力學(xué)分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)小塊移動的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)小塊移動非線性接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習(xí)非線性熱結(jié)構(gòu)耦合動力學(xué)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)小塊移動熱結(jié)構(gòu)耦合動力學(xué)分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 小塊移動熱結(jié)構(gòu)耦合動力學(xué)分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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展開 ansys非線性瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析重要命令
3
瞬態(tài)分析
3.1 瞬態(tài)分析的三種方法
瞬態(tài)分析有三種方法：full, mode-superposition , and reduced。對于涉及非線性(plasticity, large deflections, large strain, and so on)的情況一般使用全積分方法。 全積分也是最費時的方法。
3.2 選擇積分時間步的準則
瞬時分析的精度取決于時間步的大小。太大的時間步可能引起不可接受的誤差，太小的時間步浪費計算時間和資源。
4
非線性瞬態(tài)熱應(yīng)力分析中的重要命令
①輸出控制（結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)庫），建立存儲規(guī)格。
間接法計算熱應(yīng)力時，熱分析的結(jié)果文件要作為結(jié)構(gòu)分析的熱載荷輸入。因此，熱分析的載荷步時間步、結(jié)果存儲設(shè)置要適應(yīng)結(jié)構(gòu)分析。
OUTRES, Item, Freq, Cname
Item: NSOL,節(jié)點結(jié)果；ESOL,單元結(jié)果；ALL，所有。
Freq: n,每第n個子步；-n,均分成n段；NONE,一個也不存；ALL,每一子步；LAST,最后一子步；%array%按數(shù)組提供的時刻來存儲。
例1：
NSUBST,6
OUTRES,ERASE 設(shè)置到默認值，對于靜態(tài)和瞬態(tài)分析，默認的是輸出每一載荷步的最后子步的所有結(jié)果；諧態(tài)分析是每一子步。
例2：
NSUBST,6
OUTRES,NSOL,2 每2子步保持節(jié)點結(jié)果，其他不保存
例3：
NSUBST,6
OUTRES,ESOL,4 第4子步和第6子步（last），保存單元結(jié)果
②保存
SAVE, Fname, Ext, --, Slab
Slab：ALL，保存所有數(shù)據(jù)（模型數(shù)據(jù)，結(jié)果數(shù)據(jù)，后處理數(shù)據(jù)），默認值；MODEL，模型數(shù)據(jù)；SOLU，結(jié)果數(shù)據(jù)。
展開 ANSYS瞬態(tài)分析全時程結(jié)構(gòu)響應(yīng)最大值的提取方法（變形、應(yīng)力、應(yīng)變、能量） ￥100
<p>在<a href="https://www.yqgqt.org.cn/qa/3655" rel="noopener noreferrer" target="_blank">ANSYS結(jié)構(gòu)</a>動力分析時，時程分析（瞬態(tài)分析）的后處理經(jīng)常想要提取全時程結(jié)構(gòu)響應(yīng)的最大值及對應(yīng)的時間步。在<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" rel="noopener noreferrer" target="_blank">ANSYS</a>中，由于載荷激勵時間步較多（例如持時30s，時間步長0.01s），則結(jié)構(gòu)在全時程地震激勵下的最大響應(yīng)較難確定。本文設(shè)計一種方法，步驟如下：</p><p>（1）利用*DO循環(huán)語句，先由*GET命令得到每一時間步結(jié)構(gòu)的最大響應(yīng)；</p><p>（2）通過*IF語句對各時間步下的最大響應(yīng)值進行對比，從而得到全時程所有時間步中最大的響應(yīng)值及其所對應(yīng)的時間步。</p><p>算例：對于塑形較強的實體結(jié)構(gòu)，分析時通常采用von Mises stress進行安全評估。</p><p>以某結(jié)構(gòu)為例，對其全時程von Mises stress進行提取，過程如視頻所示。
展開 ANSYS workbench錐形透鏡瞬態(tài)熱應(yīng)力分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)錐形透鏡的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)線瞬態(tài)熱結(jié)構(gòu)耦合分析步的建立
3、學(xué)習(xí)錐形透鏡熱結(jié)構(gòu)耦合分析的載荷施加
4、學(xué)習(xí)錐形透鏡熱結(jié)構(gòu)耦合載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 錐形透鏡瞬態(tài)熱應(yīng)力分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
分析系統(tǒng)各單元中英文對照及功能介紹
分析系統(tǒng)各單元中英文對照及功能介紹
1．結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)
Design Assessment：用于對靜強度與瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析執(zhí)行工況組合，通過可定制腳本執(zhí)行后處理。
Harmonic Response：諧響應(yīng)分析，支持結(jié)構(gòu)體在持續(xù)周期性載荷作用下的響應(yīng)分析；諧響應(yīng)分析結(jié)果用于驗證一個結(jié)構(gòu)設(shè)計是否能夠成功克服共振、疲勞或其他振動力的有害影響。
Linear Buckling and Linear Buckling(SAMCEF)（β）：線性屈曲分析（使用ANSYS或SAMCEF求解器），用于預(yù)測一個理想彈性結(jié)構(gòu)的理論屈曲強度。
Modal，Modal(SAMCEF)，Modal（NASTRAN）（β）and Modal(ABAQUS)（β）：模態(tài)分析（使用ANSYS、SAMCEF、NASTRAN或ABAQUS求解器），用于計算結(jié)構(gòu)體的振動特征（自然頻率和對應(yīng)的模態(tài)振型）。
Random Vibration：隨機振動分析，用于分析在不確定性載荷作用下的結(jié)構(gòu)體響應(yīng)，比如對安裝在汽車上的敏感電子設(shè)備進行分析。
Response Spectrum：響應(yīng)譜分析，類似于隨機振動分析，不同的是響應(yīng)譜分析的載荷激勵是一系列確定性極大值。
Static Structural，Static Structural(SAMCEF) and Static Structural(ABAQUS)（β）：結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析（使用ANSYS、SAMCEF或ABAQUS求解器），用于計算結(jié)構(gòu)體在載荷（不考慮顯著慣性和阻尼影響）作用下的位移、應(yīng)力、應(yīng)變和力。
展開 
Workbench的焊接模擬過程（高斯移動熱源）
End of equation: Qm*exp(-3*({X}^2+({Y}-V*{TIME})^2)/R^2)
D,A1,TEMP,%GAOSI%
D,A2,TEMP,%GAOSI%瞬態(tài)熱分析設(shè)置完畢，然后就是求解，大概需要10分鐘。
不同時刻時的溫度場結(jié)果：
溫度分布
焊接溫度場的動畫：
溫度場動畫
然后把瞬態(tài)熱分析的結(jié)果轉(zhuǎn)化為瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析，把溫度場作為焊接殘余應(yīng)力分析的熱載荷。
在瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析模塊里，設(shè)置好焊接約束條件，設(shè)置好時間和步長，讀取每一步溫度載荷作為熱載荷進行結(jié)構(gòu)分析，要注意設(shè)置熱載荷讀取的時間和結(jié)構(gòu)分析時間一致（默認條件下結(jié)構(gòu)分析讀取熱分析的最后一步作為熱載荷）。
求解時間大概半個小時，不同時刻的應(yīng)力場分布：
應(yīng)力場
應(yīng)力場的動態(tài)過程：
應(yīng)力場動畫
不同時刻的焊接變形：
焊接變形
焊接變形的動態(tài)過程：
焊接變形動畫
展開 LS-DYNA：RJ-45網(wǎng)絡(luò)接口連接器組件的聲學(xué)仿真
這里概述了本研究中的LS-DYNA設(shè)置情況，從開源網(wǎng)站獲得的幾何結(jié)構(gòu)將用于有限元仿真，以及在SpaceClaim中建模然后導(dǎo)出機械模型的k文件，使用LS-RUN提交LS-DYNA作業(yè)，接著用LS-PrePost和Ansys Sound進行后處理。
模型準備。連接器組件內(nèi)的所有幾何體都是實體幾何結(jié)構(gòu)，因此這里使用實體單元，連接器最重要的組件是接頭和插頭，它們使用四面體單元進行建模，并在聲學(xué)分析中用作邊界單元，接頭和插頭的插入針均使用六面體單元進行建模，目的是模擬準確的接觸行為，接觸對仿真結(jié)果會有影響。
正如前文所述，這兩種插入針都使用六面體單元以準確地捕獲它們之間的接觸，這是因為它能夠影響連接器的觸覺反饋和聲學(xué)反饋，為方便建模，對所有接觸使用自動單面接觸卡片*Contact_automatic_general，摩擦系數(shù)設(shè)為0.1，仿真過程中設(shè)置的載荷條件如下：
第一步，給裝配體鎖扣施加50N的推力 如視頻所示；
第二步，將插頭向接頭接口中推入20mm；
第三步，將鎖扣處的載荷釋放15N；
最后，講一下邊界條件，接頭六個自由度全約束，對插頭的X方向和Y方向進行約束。
聲學(xué)分析設(shè)置，聲學(xué)分析可使用LS-DYNA中提供的*FREQUENCY_DOMAIN_ACOUSTIC_BEM卡片進行設(shè)置，有助于將瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析與聲學(xué)分析耦合以求解聲振耦合問題。這個方法先求解瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析，然后保存結(jié)構(gòu)分析中獲得的速度，并將其用作聲學(xué)分析中的邊界條件。最后需要注意的是邊界單元上的壓力會通過求解輸入方程獲得，根據(jù)這個輸入，可以計算出無網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)任一點的壓力-時間歷程。
展開 三層材料結(jié)構(gòu)三維瞬態(tài)溫度分布的解析解
Here is a mathcad code I wrote on calculating the temperature field of a 3D multilayer structure.
First the analytical solution of the 3D structure subjected to impulse excitation is solved in Laplace Domain and the then the temperature field subjected to arbitrary time dependent power input is obtained using convolution theory.
Transient Response.rar
展開 Mechanical 分布式計算與共享內(nèi)存的測試
瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析，步長0.02s，step end 1s。硬件16核32線程，64G內(nèi)存，無顯卡加速
工況1: Distributed 16 cores
工況2: Non Distributed，32 cores
計算用時比較:
工況1 工況2
用時 1h46m 5h49m
內(nèi)存 12.6G 8.9G
結(jié)論: 用分布式(在solve中勾選Distributed復(fù)選框)計算，只能使用物理核數(shù)；用內(nèi)存共享式(不勾選Distributed復(fù)選框)計算，可使用全部線程數(shù)。前者內(nèi)存消耗大，但用時顯著少于后者，這就是ansys不建議用內(nèi)存共享計算的原因。
注意此處分布式計算是軟件術(shù)語，不同于分布式機群(硬件概念)。
展開 瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析的相關(guān)專題、標簽、搜索
瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析瞬態(tài)結(jié)構(gòu)ansys瞬態(tài)結(jié)構(gòu)瞬態(tài)分析ansys 瞬態(tài)熱耦合瞬態(tài)結(jié)構(gòu)ansys 瞬態(tài)結(jié)構(gòu)步長 結(jié)構(gòu)仿真水工結(jié)構(gòu) 瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)瞬態(tài)分析瞬態(tài)熱結(jié)構(gòu)分析workbench瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析瞬態(tài)結(jié)構(gòu)是分析什么的anays 瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析
