结构动力学时域分析(3)：基于ANSYS的实现方法

引言

前文已对结构动力学中的时域分析做了比较系统的理论介绍，主要从单自由度和分布式参数系统的叠加法和直接积分法 分别进行了较为系统的理论分析。

现以ANSYS 为例，结合前文介绍的理论和要点，实现具体分析。本文以APDL 为例，同时兼顾Workbench，介绍ANSYS如何实现结构动力学中的时域分析。

时域分析

ANSYS中的时域分析，有如下注意事项：

• 若采用模态叠加法 ，则为线性分析，即结构不能包含非线性因素；可考虑和模态相关的阻尼(比)，如模态阻尼比mdamp和常值阻尼比dmprat；积分时间步长不允许自动时间步长(autots)；不允许施加强制位移激励；计算效率较直接积分法高。模态叠加法在结构动力学分析中具有十分重要的地位，在响应谱分析 、随机振动分析 和今天所讲的时域分析中，均用到了此方法，此法更是前两者的分析基础；
• 若采用直接积分法，则可考虑任何非线性因素；可使用一致质量矩阵；常用的阻尼有alpha阻尼(质量阻尼)、beta阻尼(刚度阻尼)都可以使用；积分时间步长可变，允许自动时间步长(autots) ，计算效率较模态叠加法低。

分析过程

典型命令

TRNOPT,Method,MAXMODE,--,MINMODE,MCout,TINTOPT——时域分析设置

DELTIM,DTIME,DTMIN,DTMAX,Carry——子步时间设置

NSUBST,NSBSTP,NSBMX,NSBMN,Carry——子步步数设置

其他命令

Workbench设置(参数仅作示意)

算例

考虑某简易斜拉桥结构，在阶梯加速度载荷作用下的时域响应。

分析结果为

以下为桥梁时域分析的部分命令流，限于篇幅，建模部分的命令流不在此列出。

!-----时域求解-----
/solu
antype,trans
trnopt,full
alphad,0.001
betad,0.001 
nsubst,5 
outres,all,last 
autots,on 
nlgeom,on
kbc,0
!加载
*do,i,1,tnum+1,1
 time,t(i)
 acel,0,AccelY(i),0
 solve
*enddo
finish
!-----后处理-----
/post26
nsol,2,64,u,z,DisplacementY
/axlab,x,Time/s 
/axlab,y,DisplacementY/m
/color,curve,red,1 
/color,grbak,black 
/color,grid,dgra 
/gropt,axnsc,1.4
/gthk,axis,1
/gthk,grid,1
/gthk,curve,2
plvar,2
!作图
*dim,tba,table,tnum+1,1,1,t,AccelY
*do,i,1,tnum+1,1
 tba(i,0,1)=t(i)
 tba(i,1,1)=AccelY(i)
*enddo
/axlab,y,Acceleration/(m/s2)
*vplot,tba(1,0,1),tba(1,1,1)
finish

-完-

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