ansys 沖擊動力學
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
ansys 沖擊動力學的視頻教程
ansys 沖擊動力學的實例教程
ANSYS-workbench是ANSYS公司目前主推的有限元平臺，相比經典界面APDL優點眾多，能解決目前出現的各種仿真問題，該平臺提供了強大的功能和較好的用戶界面，包括集成的項目視圖和無縫集成的參數管理，可以采用拖拽的方式完成多物理場的分析流程，并且在前處理方面優秀于其它有限元軟件。該仿真平臺設置簡單，推動了仿真產品的設計。本文采用的是顯式動力學分析的模塊（Explict dynamic(LS-Dyna)。
LS-Dyna是非線性顯式分析的常用有限元軟件，具有很強的通用分析能力，能完美解決各種接觸沖擊爆炸等復雜的動力學問題，有限元程序的求解問題由LS-Dyna求解器完成。目前LS-Dyna的分析和求解功能已經非常強大，可以進行動力學，靜力學，結構-流體耦合，電磁場，溫度場，耦合場等分析，功能齊全且應用領域廣泛，可用于研究嚙合、接觸等沖擊問題的影響。本文采ANSYS-workbench和LS-Dyna軟件對鑿巖機沖擊系統進行有限元數值模擬，利用Ansys-workbench進行前處理，生成LS-Dyna程序關鍵字（keyword）文件或稱為K文件，然后調用Ansys Product launch中的LS-DYNA SOLVER求解器對K文件進行求解，生成對D3plot結果文件，并運用LS-PREPOST后處理器對結果文件進行查看。
1.1 有限元分析流程
（1）基于SolidWorks軟件進行三維建模。
（2）基于ANSYS-workbench平臺下的mesh進行沖擊系統的網格劃分。
（3）基于ANSYS-workbench平臺下的explict dynamic（LS-Dyna）模塊添加沖擊系統分析的邊界條件等。
（4）使用 UltraEdit 修改和添加 K文件的關鍵字。
展開 圖1 整體應力變化曲線
圖2 接觸力變化
圖3 最大等效應力云圖
圖4 位移云圖
圖5 PVB層應力云圖
圖6 玻璃層應力云圖
4
結論
碰撞沖擊后產生“震蕩”耗散能量。
每一層最大應力值都發生在碰撞瞬間。玻璃層應力值最大，PVB層應力值較小。
主要是因為夾層玻璃受沖擊時，玻璃表現為彈性段內的脆性失效。對于PVB，則主要表現為動態拉伸下的大變形。
本次計算未考慮材料非線性影響。
來源：ANSYS學習與應用公眾號，版權歸作者所有。
沖擊載荷隨時間迅速變化。當物體的局部位置受到沖擊時，所產生的擾動會逐漸傳到未擾動的區域去，這種現象稱為應力波的傳播。當載荷作用時間短、變化快，且受力物體在加載方向的尺寸又足夠大時，這種應力波的傳播就顯得特別重要。
研究動力學問題最終將簡化為求解動力學平衡方程式：節點質量矩陣M乘以節點加速度
等于節點的合力（所施加的外力P與單元內力I之間的差值）：
(2-1)
由于考慮了慣性力的影響，動力學平衡方程中出現了質量矩陣，最后得到的求解方程不是代數方程組，而是常微分方程組。
1. 沖擊動力學求解方法
如果加載時間過短或者是動態載荷，需要采用動態分析（dynamic analysis）。復合材料的低速沖擊就屬于動態分析問題。
動態分析又分為隱式分析和顯式分析。
展開 一、沖擊動力學的基本內涵
沖擊動力學 —— 研究材料或結構在短時快速變化的沖擊載荷作用下產生波動（應力波傳播），并使固體材料產生運動、變形和破壞的規律，涉及固體中彈塑性波的傳播和相互作用的動力學分支學科”。
什么玩意，一臉懵逼有沒有。來點通俗易懂的，“騎馬射箭”、“槍械射擊”、“汽車碰撞”、“炸彈爆炸”這些貼近生活的情景總知道吧，這些都是典型的沖擊動力學問題。沖擊動力學，其實就是研究諸如此類的瞬變、動載荷動態作用下，結構的動態響應過程。
“原來'突然懟了一下'就是沖擊動力學？”
“咳！咳！這是你的理解，我這么嚴（裝）謹（X）的人才不會那么說。”
二、沖擊動力學的典型特征
言歸正傳，沖擊過程和靜力過程，到底有什么區別？
還是上圖吧，請看圖1（a）~（c），圖1（a）中的胖喵靠體型取勝，這是靜力問題，圖1（b）中的兩喵比拼的是速度，快者取勝，這就是沖擊問題，圖1（3）中的傻喵搖頭晃腦，這是疲勞問題（說不定這只喵在治療頸椎病）。
總結一下（注意一下，劃考點了）：靜力學，載荷作用過程是恒定的，不隨時間變化；沖擊動力學，載荷作用的時間很短，高速高能量；疲勞問題，載荷持續周期作用。
圖 1（a） 我壓死你（靜力學問題）
圖 1（b） 我拍死你（沖擊問題）
圖 1（c） 這么晃你不吐嗎（疲勞問題）
那沖擊動力學到底有什么特點？
對于這個問題，繼續上圖。圖2給出四個戰場上常見的四個物件，分別是：（1）子彈、（2）沙袋、（3）刺刀、（4）鋼盔。刀劍可以輕而易舉的刺穿柔軟的沙袋，但是沙袋能輕易攔住速度為1000m/s的子彈；刺刀最多能在鬼子的鋼盔上留下一道印痕，而子彈卻能輕易擊穿頭盔并爆了小鬼子的頭（有效射程、垂直擊中）。
你可能會問”胡扯吧你，那帶頭盔有個卵用？”
展開 轉子動力學ansys仿真流程方法
工程中的回轉機械，如渦輪機、電機等，在運轉時經常由于轉軸的彈性轉子偏心而發生橫向彎曲振動。當轉速增至某個特定值時，振幅會突然加大，振動異常激烈，當轉速超過這個特定值時，振幅又會很快減小。使轉子發生激烈振動的特定轉速稱為臨界轉速。工程師要做的就是查找轉子系統的臨界轉速，從而將系統修改轉速或者添加一定的支撐，來避開臨界轉速。
要獲取臨界轉速，那么ansys軟件就可以根據模型來計算臨界轉速。理論狀態下轉子系統包括：轉軸、轉軸上的圓盤、兩側軸承以及不平衡的質量，如圖所示。
那么如何進行坎貝爾圖的計算和提取呢？在ANSYS軟件中有三種方法來計算臨界轉速，如下所示：
第一種為梁單元方法，建立一根軸線，不同的位置給定不同的半徑和質量點來計算。
第二種為三維實體方法，建立完整的三維模型，模型是軸對稱模型，所以默認的模型是完全的不偏心的，所以需要添加偏心的質量點。
第三種為ANSYS workbench中新功能，概念模型，建立二維的截面模型來代替三維模型，計算量能夠顯著的減少，加快計算速度，但是結果并沒有差別。
本次流程以第三種方式來展示仿真分析的流程方法，基本操作過程三種近似相同。分析模塊是采用模態分析來進行的。
1.模型的建立
首先要將三維模型進行處理，將三維模型切割，提取中間的截面，如圖所示。
打開workbench中的模態分析模塊，設置對稱選項，如下圖所示。默認的模型不會出現對稱的設置，需要選中model狀態下插入對稱、接觸、遠端點等選項.
設置好之后在對稱目錄下插入General Axisymmetric，該方法是ANSYS獨有的一種簡化方法，可以使用二維平面表示三維物體，簡化計算量.
表示二維軸對稱的操作方式的選項如下圖所示，設置坐標和對稱軸及平面數量。
展開 
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凸輪從動件運動分析（附帶完整建模、計算、前后處理腳本命令）。
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一對心直動尖底從動件盤形凸輪機構，從動件位移s隨時間的變化，模型示意圖如圖所示。
1.選擇單元和材料屬性：
/clear,start
!清除內容并從新開始
/prep7
!進入前處理
!==
汽水易拉罐壓碎仿真模擬
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習電路板的三維模型處理
2、學習電路板跌落非線性接觸相關的接觸設置
3、學習電路板跌落顯示動力學分析步的建立
4、學習電路板跌落顯示動力學分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習混凝土的三維模型處理
2、學習混凝土碰撞非線性接觸相關的接觸設置
3、學習混凝土碰撞顯示動力學分析步的建立
4、學習混凝土碰撞顯示動力學分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習易拉罐的三維模型處理
2、學習易拉罐壓縮非線性接觸相關的接觸設置
3、學習易拉罐壓縮顯示動力學分析步的建立
4、學習易拉罐壓縮顯示動力學分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習彎管成型的三維模型處理
2、學習彎管成型非線性接觸相關的接觸設置
3、學習彎管成型顯示動力學分析步的建立
4、學習彎管成型顯示動力學分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習小塊移動的三維模型處理
2、學習小塊移動非線性接觸相關的接觸設置
3、學習非線性熱結構耦合動力學分析步的建立
4、學習小塊移動熱結構耦合動力學分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習小塊移動的三維模型處理
2、學習小塊移動非線性接觸相關的接觸設置
3、學習非線性瞬態動力學分析步的建立
4、學習小塊移動瞬態動力學分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習塔架三維模型的處理
2、學習瞬態動力學分析步的建立
3、學習瞬態動力學分析的邊界條件的施加
4、學習瞬態動力學分析的載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 塔架瞬態動力學分析。
本案例完整得提供了分析相關所有的分析文件
<p>1 有限元分析基本理論</p><p>1.1 有限元法簡介</p><p>在工程科技的不斷進步中，固體力學作為核心學科，對于飛行器、船舶、車輛、機械裝備、水壩、橋梁和建筑物等工程結構的設計分析具有至關重要的作用。自20世紀40年代以來，科研人員已經提出并發展了多種理論方法，包括變分法、差分法和松弛法等，為簡單結構模型的分析提供了精確的解析解或數值解。然而，面對日益復雜的實際工程結構，這些傳統方法往往難以提供足夠精確的分析結果
