瞬态动力学平衡方程:
[M{u})][{Cu&}++][K][u}{=Pa} (14-1)
其中,[M]为质量矩阵;[C]为阻尼矩阵;[K]为刚度矩阵;{u}为节点加速度向量;{u}为节点速度向量;{u}为节点位移向量。
在任意给定的时间t,这些方程可以看做是一系列考虑了惯性力[M]{u}和阻尼力[C]{u}的静力学平衡方程。ANSYS里使用两种方法求解方程(14-1):向前差分时间积分和Newmark积分(包括将之改进后的HHT算法)。向前差分方法适用于求解显式的瞬态分析。Newmark和HHT方法使用隐式方法来求解瞬态问题。
Newmark求解方法的无条件稳定必须满足:
Newmark参数根据下式输入:(www.daowen.com)
其中,γ为振幅衰减因子。
无条件稳定也可以表述为,并且γ…0。因此只要γ…0,则求解就是稳定的。对于压电分析将参数设置为α=0.25,δ=0.5并且θ=0.5。通常情况下衰减因子γ=0.005。当γ=0时(即,时)Newmark方法为平均加速度法。由于平均加速度法在位移幅值误差方面不产生任何数值阻尼。如果其他方面也没有阻尼,缺乏数值阻尼在高频结构计算中会产生不可接受的数值噪声。因此需要有一定水平的数值阻尼并且期望通过设置γ>0来实现。
因此,ANSYS提供了HHT方法,该方法具备以下特征:在高频下引进数值阻尼不会降低求解精度,在低频下不会产生过多的数值阻尼。从而达到瞬态动力学计算的需要。
在HHT方法中通过两个连续步长的线性组合来实现瞬态动力学的平衡方程。αm和αf是两个额外的参数,在给定幅值衰减因子γ时,其余四个参数为:
ANSYS中提供了三种方法求解(14-1)式,下面将为读者详细加以介绍。
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