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HyperWorks仿真揭秘：瞬态分析全解析

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瞬态分析常用在地震、风载和爆炸冲击等工况。

瞬态分析的求解方法有直接法和模态法。

直接法是采用有限差分的方法求解耦合方程组，采用的数值方法有很多，如Newmark-Beta ，Wilson-Theta法等。OptiStruct采用的是Newmark-Beta方法。

模态法是利用模态缩聚来计算动力学方程，与直接法相比计算速度更快。

在单自由度系统分析中，已知激励的最高频率可以激励起比起大3~5倍频率的振动。因此保守的做法需要取结构的频率涵盖3~5倍的激励最高频率。

结构的任意节点振动从时间轴上看可以认为是正弦波，我们并不需要输出每一个时间点上结构的位移，比较精确的正弦波形至少需要8个采样点，有时用10个。所以采用步长可以取结构振动周期的八分之一或者十分之一。

例子：假设激励最高频率为25Hz，那么它能激起的最高频率在75Hz~125Hz，采样步长可以取0.8ms~1.67ms。

瞬态分析的响应最大值可能在载荷时长之内得到，也可能产生在载荷时间之外，所以瞬态分析的总时长一般要大于载荷时长。

瞬态激励在OptiStruct中输入曲线时，要保证数据能够正确的向外插值，因此在做表格输入时，首尾位置需要各多加一个点。

模态法瞬态分析的主要步骤如下：

定义约束SPC load collector 并施加约束
定义外力或强制运动(DAREA,SPCD…)
定义动态载荷曲线(tabled1、tabled2、tabled3、tabled4)
定义求解过程的采样步长（tstep）
定义时间相关载荷(tload1 、tload2)
定义模态求解方法（eigrl）
定义模态阻尼表(tabdmp1 )
定义瞬态分析工况
定义瞬态响应分析的输出类型。

下面利用Hypermesh+OptiStruct来分析平板在激励力作用下的瞬态响应。

平板的基本信息：长1000mm，宽500mm，厚度为10mm。材料为钢材，弹性模量E=210000MPa，泊松比μ=0.3，密度为7.85e-9ton/mm3。

平板四边简支，激励力形式为 $a=10sin(\pi t)$ a=10sin(\pi t) ，作用时间为2s，作用位置在4条边上。

步骤1 打开Hypermesh，选择OptiStruct模块

步骤2 创建平板单元

因为模型较简单，所以直接在Hypermesh中创建模型，不需要从外部导入。

首先创建四个节点位置，在Geom面板下点击nodes->分别输入4个节点坐标(0，0，0)、(1000，0，0)、(1000，500，0)、(0，500，0)后点击Creat，生成4个节点。

点击2D面板下的edit element->选择4个角点，生成平板的单元->将Components中的单元名称改为plate10mm，将文件保存为palte10mm.hm。

注：前处理操作与之前悬臂梁模态分析文章中类似，可参考。

步骤3 划分2D网格

按F12快捷键进入2D automesh 界面->选择上一步创建的平板单元，将网格尺寸设为20，点击mesh->点击retrun，保存模型。

步骤4 清除临时节点

在Geom面板下，点击temp nodes，点击Clear all，清除所有临时节点。

注：在一般的模型中，网格划分完后需要按快捷键F10检查单元质量，因为这个平板形状比较规则，网格质量较好，所以省略了这一步。

步骤5 创建材料、属性

在工具栏上点击Materials->Creat->将材料名称重命名为steel，将材料参数填入对应位置->Close。

注：MAT1表示各向同性材料，即在材料的各个方向，物理性质相同。

同样的，在工具栏上点击Property->Creat->properties->重命名为steel，卡片选择PSHELL，材料选择上一步创建的steel，厚度T填入10->Close。

注：PSHELL表示平面壳单元，可承受拉、压、剪切。

点击Components中的plate10mm，选择属性为steel。

步骤6 创建边界约束条件

在工具栏点击BCs->Creat->Constraints->选择网格4条边上的节点->Creat，点击retrun，将生成的load collectors 重命名为spc。

步骤7 创建激励力

在load colletors 下新建一个集合，命名为spcd，在Analysis面板下点击Constrains->选择spc中固定的4条边上的节点->只勾选dof3，将值改为1，将load type 改为SPCD->Creat，点击return。

按Ctrl+F快捷键打开搜索框，输入tabled1，确定->将曲线的名称改为tabled1->右键单击tabled1，选择edit->在曲线编辑界面，输入载荷变化曲线参数。

注：在输入载荷变化曲线时，需要考虑线性插值的影响，在曲线的前端和末端需要增加一段水平段。

按Ctrl+F键，输入tload1，将新生成的load collector重命名为tload1->在EXCITED处选择SPCD->在TYPE处选择acce，TID选择tabled1。

注：这一步创建了瞬态载荷，分别定义了激励方向，激励类型，和激励变化曲线。考虑到单位制为mm, N，s,需要将加速度结果乘以1000。

步骤8 创建采样时间步

按Ctrl+F搜索tstep->重命名为tstep，将N设为100，DT设为0.04。

注：Hypermesh按照时间步输出响应结果，因为激励的最高频率可以激励比其大3~5倍频率的振动，因此响应的频率应取激励频率的3~5倍。本例中激励频率f=0.5Hz，5f=2.5Hz。结构的任意节点振动可以认为是正弦波，因此至少需要8个节点来描述波形，这里取10个，因此dT=1/2.5/10=0.04s。

瞬态分析的响应最大值可能在载荷时长之内得到，也可能在载荷时长之外得到。所以瞬态分析的总时长一般要大于载荷时长。这里取4s。