关于瞬态动力学分析中几个常见的关键问题及解答

wwtiandatiancai

本人最近在做瞬态动力学方面的课题，研究中遇到一些问题，很是郁闷。想自己解决，但确实水平有限，无计可施。
估计这些问题也曾经困扰过或者正在困扰着一些人，所以特拿出来请教并希望有更多的人看到高手的精彩解答，我交学费，邀请您共同学习！
问题解决之后，我会像我那个关于Phase Response应用的帖子一样，把问题和答案进行整理，方便大家学习。（我都许愿了，一定要有人答啊 ）

具体问题如下（问题提出的环境均为瞬态动力学分析时）：

1）对结构施加Moment时，在Details of "Moment"的Definition：Behavior中有四个选项：Deformation，Rigid，Beam(Beta)，Coupled(Beta)。
这几个选项有什么不同，应该如何选择和使用？PS:为什么当载荷为Force时就没有这几个选项呢？

2）在Engineering Data页面中，可以添加材料阻尼因子β,这与在“Analysis Settings”中输入的β阻尼是同一种阻尼吗？是不是在这两个不同的位置只输入一个就OK了？

3）学习过Jackie.lee版主的动力学教程，教程中说阻尼比ξ=βω/2，所以β阻尼会起到抑制高阶频率的作用，（因为阻尼比随着频率的增大而增大）。
我就想问了：既然β阻尼可以起到抑制高阶频率的作用，那我们还要数值阻尼干什么呢？因为我们都知道数值阻尼是用来消除高频振荡和噪声的。

4）同一个模型分别做谐响应分析和瞬态动力学分析，我觉得既然是同一个模型，就要尽量保证其在不同的分析中参数（如：阻尼）保持一致或相等，才能得出更加精确的结论。
那么，如果我在谐响应分析中只设置了0.02的常值阻尼比，那么在瞬态分析中我应该怎样设置阻尼，才能保证模型的阻尼和之前在谐响应分析中的阻尼一样或相等呢？
PS：我们都知道，在瞬态动力学中是不可以设置常值阻尼比的。

5）说到阻尼，我想问一下：对于一个结构，在做瞬态分析时我们一般应该设置哪几项阻尼呢？如果阻尼设置得不好，到底能对结果产生哪些以及多大的影响呢？
而且，数值阻尼的默认值时0.1，我们在实际分析时如何确定输入多大的数值阻尼呢，总不能一直使用默认啊。

6）瞬态分析中β阻尼的输入可以采用两种方式：直接输入或者输入频率和对应的阻尼比由程序自己计算出合适的β阻尼。
我知道β=2ξ/ω，但是我试验后发现，此处程序内部并不是按照这公式算的，这是怎么回事呢？它怎么算的？

7）我们都知道瞬态动力学分析很耗时，比如说同一个模型（不含非线性成分），模态分析用时为a，静力结构分析用时为b，谐响应分析用时为c，
瞬态分析时的计算时间点个数为n，那么我们能根据上述时间大概推出瞬态分析的用时吗？

问题很多，总有一个是您会的，恳请版主和高手们帮帮忙，小弟先谢过了！

PS:您们可别喷我，说我怎么不回去好好看看书呢。说实话，教程我看了很多遍，但理解能力实在是有限啊。
在此特别要推荐一下Jackie.lee版主的动力学教程，真的很好，每读一遍都会有新的收获，
读过几遍你就会发现，其实这教程中把所有的注意点都说到了，只不过是一时理解不了罢了。
为方便大家学习和下载，再次上传这经典教程的瞬态动力学部分（中文版）。




本贴的问题已经得到圆满解决！非常感谢Jackie.lee版主热情专业、及时权威、不厌其烦的解答，谢谢！

本来之前还想整理一下方便大家查阅，结果没想到J版更高，直接以占楼的方式帮我排版了，楼下的每层就是问题的答案。
针对阻尼，我找到了帮助文件中的两个表达式，能够很清楚滴说明问题，在此与大家分享，就算是我的一个小贡献吧：



上面两个公式，左边为ANSYS在瞬态动力学中所用的阻尼矩阵，右边为在谐响应分析中用的阻尼矩阵。
从中可以明显看出并得到三个结论：
1）关于我问题的解答：在在Engineering Data页面中，可以添加材料阻尼因子β,这与在“Analysis Settings”中输入的β阻尼不是同一种阻尼，他们之间按上式叠加到总阻尼矩阵。
2）瞬态动力学中的确是没有常值阻尼系数的，只有β阻尼，这可以从其公式中看出。
3）右面的公式给出了如何通过常值阻尼比求得β阻尼的方法。而且从公式可以看出，常值阻尼比和β阻尼的地位相当，必要时经数值转换后两者可互相代替（数学上的代替，物理意意义肯定还是不同的）。

再次感谢J版的大力帮助以及各位大侠的参与讨论和关注，谢谢大家！

PS：其实最佳答案我想选4楼的解答，但不小心点错了，麻烦哪位版大帮我编辑一下，谢谢啦。
还好都是J版解答的，88元大洋没给错人，不然怎么好意思再要回来呢。。。

老话一句：问题已经解决，讨论还在继续~~~

jackie.lee

3）学习过Jackie.lee版主的动力学教程，教程中说阻尼比ξ=βω/2，所以β阻尼会起到抑制高阶频率的作用，（因为阻尼比随着频率的增大而增大）。
我就想问了：既然β阻尼可以起到抑制高阶频率的作用，那我们还要数值阻尼干什么呢？因为我们都知道数值阻尼是用来消除高频振荡和噪声的。

钻牛角尖，为什么要这样问呢？

jackie.lee

1）对结构施加Moment时，在Details of "Moment"的Definition：Behavior中有四个选项：Deformation，Rigid，Beam(Beta)，Coupled(Beta)。
这几个选项有什么不同，应该如何选择和使用？PS:为什么当载荷为Force时就没有这几个选项呢？

因为Moment是属于一种Remote Boundary Conditions，实际上是由Remote Point来控制它的，Remote Point在Classic里面又叫做Pilot Node。如果想了解更多，可以看这里：
http://www.jxcad.com.cn/topic_1106099.html

而Force加载，在Workbench里面是通过表面效应单元来处理的~~~
Remote Force才是另外一种Remote Boundary Conditions，实际上它也是由Remote Point来控制的~~~

jackie.lee

2）在Engineering Data页面中，可以添加材料阻尼因子β,这与在“Analysis Settings”中输入的β阻尼是同一种阻尼吗？是不是在这两个不同的位置只输入一个就OK了？

β阻尼，可以对每种材料进行定义，或者给出一个总体值~

jackie.lee

4）同一个模型分别做谐响应分析和瞬态动力学分析，我觉得既然是同一个模型，就要尽量保证其在不同的分析中参数（如：阻尼）保持一致或相等，才能得出更加精确的结论。
那么，如果我在谐响应分析中只设置了0.02的常值阻尼比，那么在瞬态分析中我应该怎样设置阻尼，才能保证模型的阻尼和之前在谐响应分析中的阻尼一样或相等呢？
PS：我们都知道，在瞬态动力学中是不可以设置常值阻尼比的。

在经典环境中，constant damping ratio还是可以用在mode-superposition transient dynamic analyses中的~~~
滞后和固体阻尼，现在人们对它的认识还不是很透彻，很难定量确定。那么你为什么跟自己过不去找别扭，输入一个两种分析都能识别的参数不是更简单吗？！

jackie.lee

5）说到阻尼，我想问一下：对于一个结构，在做瞬态分析时我们一般应该设置哪几项阻尼呢？如果阻尼设置得不好，到底能对结果产生哪些以及多大的影响呢？
而且，数值阻尼的默认值时0.1，我们在实际分析时如何确定输入多大的数值阻尼呢，总不能一直使用默认啊。

Workbench环境中还没有输入Alpha阻尼的地方，如果要全面输入阻尼参数，可以用经典来做或者插入命令来解决~
以前碰到过，如果阻尼设置不好，有时结构响应就会超出预期~
数值阻尼不是一成不变的，比如在刚体碰撞的模拟中，这个数值阻尼就需要取得小一些或者置为0~~~

jackie.lee

6）瞬态分析中β阻尼的输入可以采用两种方式：直接输入或者输入频率和对应的阻尼比由程序自己计算出合适的β阻尼。
我知道β=2ξ/ω，但是我试验后发现，此处程序内部并不是按照这公式算的，这是怎么回事呢？它怎么算的？

你搞错了，ω是圆频率；圆频率即2π秒内振动的次数，圆频率与频率f的关系是ω=2πf；程序计算是正确的，就是按照这个公式计算β阻尼的。

jackie.lee

7）我们都知道瞬态动力学分析很耗时，比如说同一个模型（不含非线性成分），模态分析用时为a，静力结构分析用时为b，谐响应分析用时为c，
那么我们能根据上述时间大概推出瞬态分析的用时吗？

不要那么纠结，将模型用Classic打开，就可以估算大概的求解时间了~~~

Main Menu>>Run-Time Status
刚发现，在13.0版Classic里面没有了！奇怪，以前版本是有的？

happyeveryday

本人最近在做瞬态动力学方面的课题，研究中遇到一些问题，很是郁闷。想自己解决，但确实水平有限，无计可施。
估计这些问题也曾经困扰过或者正在困扰着一些人，所以特拿出来请教并希望有更多的人看到高手的精彩解答，我交学费，邀请您共同学习！
问题解决之后，我会像我那个关于Phase Response应用的帖子一样，把问题和答案进行整理，方便大家学习。（我都许愿了，一定要有人答啊 ）

具体问题如下（问题提出的环境均为瞬态动力学分析时）：

1）对结构施加Moment时，在Details of "Moment"的Definition：Behavior中有四个选项：Deformation，Rigid，Beam(Beta)，Coupled(Beta)。
这几个选项有什么不同，应该如何选择和使用？PS:为什么当载荷为Force时就没有这几个选项呢？


答：你不贴我还不知道有这么多选项，跟Moment是对力和力臂积分有关系，这里类似Remote force了，只能望文生义了，
defomation ,柔性，表面节点之间均布力后，位置可改变，
Rigid   刚性 表面节点或自荐均布力后，位置不可改变和柔性比，应该是加载的局部应力有差异
Beam  这个Moment的差异拿两个实体梁，方形和矩形的比较一下 可能比较出来
couple 没用过 期待答案


2）在Engineering Data页面中，可以添加材料阻尼因子β,这与在“Analysis Settings”中输入的β阻尼是同一种阻尼吗？是不是在这两个不同的位置只输入一个就OK了？

答：不一样！阿尔法和贝塔阻尼分别是质量和刚度阻尼，针对整体模型而言，材料阻尼只针对材料而言，在材料中定义的阻尼和系统阻尼是累加关系。

3）学习过Jackie.lee版主的动力学教程，教程中说阻尼比ξ=βω/2，所以β阻尼会起到抑制高阶频率的作用，（因为阻尼比随着频率的增大而增大）。
我就想问了：既然β阻尼可以起到抑制高阶频率的作用，那我们还要数值阻尼干什么呢？因为我们都知道数值阻尼是用来消除高频振荡和噪声的。
答：贝塔阻尼是结构真正的阻尼，多高频抑制也是对实际的高频产生作用，数值阻尼只是消除高频振荡用，这种振荡很多时候不是真正意义上的振荡，而是数值计算产生，简单来讲，数值阻尼就是让你的曲线更光滑。


4）同一个模型分别做谐响应分析和瞬态动力学分析，我觉得既然是同一个模型，就要尽量保证其在不同的分析中参数（如：阻尼）保持一致或相等，才能得出更加精确的结论。
那么，如果我在谐响应分析中只设置了0.02的常值阻尼比，那么在瞬态分析中我应该怎样设置阻尼，才能保证模型的阻尼和之前在谐响应分析中的阻尼一样或相等呢？
PS：我们都知道，在瞬态动力学中是不可以设置常值阻尼比的。

答：这个还没研究过，不敢乱讲！


5）说到阻尼，我想问一下：对于一个结构，在做瞬态分析时我们一般应该设置哪几项阻尼呢？如果阻尼设置得不好，到底能对结果产生哪些以及多大的影响呢？
而且，数值阻尼的默认值时0.1，我们在实际分析时如何确定输入多大的数值阻尼呢，总不能一直使用默认啊。

答：主要还是设置阻尼比吧，单独设阿尔法和贝塔阻尼也行，实际影响
应该看看振动力学弹簧振子的阻尼比影响曲线，看结构激励离固有频率的原近，一般大于3的话，阻尼已经没啥大影响了。


6）瞬态分析中β阻尼的输入可以采用两种方式：直接输入或者输入频率和对应的阻尼比由程序自己计算出合适的β阻尼。
我知道β=2ξ/ω，但是我试验后发现，此处程序内部并不是按照这公式算的，这是怎么回事呢？它怎么算的？


答：这个可能要查下help才只知道内部的换算关系，但是我不知道你怎么试验的，建议你把试验方法和结果贴出来一起分析下，不同的频率对应不同的贝塔阻尼，要看你结构的频率。

7）我们都知道瞬态动力学分析很耗时，比如说同一个模型（不含非线性成分），模态分析用时为a，静力结构分析用时为b，谐响应分析用时为c，
那么我们能根据上述时间大概推出瞬态分析的用时吗？

答：一般的软件都没有给出这样的用时，非线性分析也给不出来
主要原因模态，静力弹性分析都一次计算，它的矩阵，计算量
机器的软硬件都是固定，这个用时是可估计的
但是非线性，瞬态需要迭代，软件也不知道什么时候二分，什么时候收敛，所以是不能，只能自己算几个模型总结一下，作下一次计算评估用。


问题很多，总有一个是您会的，恳请版主和高手们帮帮忙，小弟先谢过了！

PS:您们可别喷我，说我怎么不回去好好看看书呢。说实话，教程我看了很多遍，但理解能力实在是有限啊。
在此特别要推荐一下Jackie.lee版主的动力学教程，真的很好，每读一遍都会有新的收获，
读过几遍你就会发现，其实这教程中把所有的注意点都说到了，只不过是一时理解不了罢了。
为方便大家学习和下载，再次上传这经典教程的动力学部分（中文版）。

麻烦您了，再次感谢，呼叫高手，好人好报！

hyy8101

8# jackie.lee



斑竹带头灌水！！！

wwtiandatiancai

谢谢J版和楼上大侠的回答,单位不能上网,今天老板还让值个班,得九点才能下班,我这非智能手机上网和回复实在不方便。真郁闷~~~非常感谢大家啦,继续期待J版的回复。

wwtiandatiancai

9# happyeveryday

大侠您好！我回复和引用不老方便的,必要时麻烦您自己看看前面的帖。
您在第五个问题的回答中说到：实际影响应该看看......一般大于3的话,阻尼已没啥大影响。这里的3指的是什么啊?激励频率和共振频率的比吗?
如果真是,那我就要纠正您一小下了:当频率比大于3时,幅频与阻尼的关系的确已经非常小了,但相频曲线中,阻尼的影响依旧很大。还是很谢谢您提供的思路。

wwtiandatiancai

9# happyeveryday


关于第六个问题,您问我是如何试验的。其实很简单:我在问题中不是已经给出贝塔阻尼与阻尼比和频率的公式了吗,我通过指定阻尼比和频率的方式来给出贝塔阻尼。我自己用上述公式算出贝塔阻尼,和Detail中自动算出的贝塔阻尼不一样,所以就断定它不是那么算的呀。

wwtiandatiancai

4# jackie.lee


谢谢您上述的回答,您贴的一些图我在手机上暂时查看不了,真想赶紧回家上网哈。关于数值阻尼,我这么问的确有点抬杠找抽的嫌疑,呵呵。我只是想弄明白数值阻尼的作用到底是什么(由您给我贴出的阻尼矩阵可看出,其中的确不含数值阻尼)。我在另一帖中和您提过:我做过一个非常简单的小例子,我发现即使不加数值阻尼,得出的曲线依旧是非常光滑,没有高频振荡和噪声。我想这现象,您肯定不会觉得奇怪。但我却觉得挺有意思的,所以我就想这数值阻尼到底是干啥的呢,设置多大合适呢?在分析前我们能否预测在这个分析中数值阻尼会不会起作用呢?而且,既然贝塔阻尼能抑制高频振动,那为什么在有的例子中设置了贝塔阻尼,但却出现了高频噪声和振荡?

wwtiandatiancai

5# jackie.lee


谢谢您的回答。这事的确是怨我,您说得对,没必要自己给自己找别扭。可是这里存在一个小小的矛盾:我只会用Workbench,没用过经典的,我想我以后有时间了,一定把这软件学透,您就是我的榜样!可是目前,还有不到半年就毕业了,还有不到三月就要先发表论文。我没时间去研究得太深,可是我又要保证我分析的结果是正确的,这很难啊。而且我研究的课题是弹簧减振,其中用到了弹簧单元,设置了单元阻尼。而您提到的那个模态叠加法是不支持单元阻尼的,只能用完全法。不知我说明白了吗?您看有什么办法能达到我的要求呢?给您添麻烦了

jackie.lee

8# jackie.lee



斑竹带头灌水！！！
hyy8101 发表于 2011-7-27 11:49

今天开了3个会，NND，耽误了很长时间，只能先占楼了，否则我的回复就乱了~~~
但还是不影响大伙的回复啊~~~

wwtiandatiancai

16# jackie.lee


不知道J版是给单位小弟们开会,还是被开会呢,呵呵。那位兄弟把占楼读成了灌水,没关系的。不同的人理解不同,我从占楼中读到的是被关注和希望。

wwtiandatiancai

7# jackie.lee


哎呀,是啊,我把频率带成Hz了,我得赶紧回办公室一趟,错误的仿真已经进行快俩小时了。晕,幸亏今天值班,因祸得福啊。谢谢您及时纠正啊!

wwtiandatiancai

8# jackie.lee


手机引用不方便,就直接回复了。对您说的:“不要那么纠结”的回复是:不知道您看没看我后几楼给您的继续提问和回帖,我也不想纠结,但却始终纠结于精确完善的仿真与仓促的时间,菜鸟的水平之间。唉,多亏一次次您和各位大侠出手相助啊。   对您说:“在经典里打开,能估算时间”我想问:具体应该怎么做啊,在哪里可以估算时间?  谢谢!

jackie.lee

7# jackie.lee


哎呀,是啊,我把频率带成Hz了,我得赶紧回办公室一趟,错误的仿真已经进行快俩小时了。晕,幸亏今天值班,因祸得福啊。谢谢您及时纠正啊!
wwtiandatiancai 发表于 2011-7-27 18:31

那个地方确实是填Hz，不过程序内部处理（计算Beta阻尼）时，会转成圆频率的，呵呵~