ANSYS瞬态动力分析打秋千，轻轻一推荡很远，错在哪里

打秋千在日常生活中很常见，不仅少年儿童喜欢这种游戏，而且成人把这种游戏玩成了运动。

假定一种很简单的情形，某人坐在秋千上，后面有人推一下，让秋千荡起来。用ANSYS的瞬态动力分析去模拟这种运动，其实也很简单，如图1a)所示。一个框架（BEAM189单元）、一根吊索（LINK180单元）、一个质点（MASS21单元）；建立静力分析条件后，对质量点施加一个三角形力冲击，且假定在1s内达到最大值，然后假定0.2s内脱离，进行后续瞬态动力分析即可。

但计算结果如图1b)和c)所示，施加了20kg的力，50kg的质量居然可以运动近22m，换句话说就是轻轻一推，直接荡到了云端，如此结果必然是错误的。无阻尼时候的正确结果，如图1d)所示，即推力卸掉后，质点往复振动，永不停息（因无阻尼）。（上传动画AVI文件总是错误，很无奈，请用命令流自己制作并观看吧）。

当然，如果你施加地震加速度时程，也会出现上述情况，也就是在很小的地震激励下，秋千自己就荡上云端了，这显然是错误的。实际上，出现上述错误计算结果的原因很简单，在前文（ANSYS大变形典例：线性与非线性分析差别巨大，如何选择？）的静力分析中也谈及该问题，即大转动问题。绳索悬吊质量在摆荡时，虽然位移不是很大，但绳索的转动角度很大，属于大转动了，大转动也是大变形的一种，但容易被忽略，此时必须打开大变形开关（NLGEOM,ON）。分析中，打开大变形开关，计算结果就正常了，如图1d)所示，在荷载消失后，因无阻尼则秋千开始往复自由震荡。

计算分析命令流如下：

FINISH$/CLEAR

/CONFIG,NRES,2000

/PREP7

!创建模型

K,1$K,2,,4$K,3,3,4

K,4,6,4$K,5,6$K,6,3,2

L,1,2$L,2,3$L,3,4

L,4,5$L,3,6

ET,1,BEAM189

ET,2,LINK180

ET,3,MASS21,,,2

MP,EX,1,2.1E11

MP,PRXY,1,0.3

MP,DENS,1,7800

SECTYPE,1,BEAM,RECT

SECDATA,0.2,0.16

SECTYPE,2,LINK

SECDATA,140E-6

R,3,50

LSEL,U,LOC,X,3

LATT,1,,1,,,,1

LSEL,S,LOC,X,3

LATT,1,,2,,,,2

LESIZE,ALL,,,1

LSEL,ALL

ESIZE,0.2$LMESH,ALL

N1=NODE(3,2,0)

N2=NODE(3,4,0)

TYPE,3$REAL,3$E,N1

DK,1,ALL$DK,5,ALL

FINISH

!进入求解层，瞬态动力分析

/SOLU$ANTYPE,TRANS

NLGEOM,ON!此为关键!!!!!!!!!

AUTOTS,ON$OUTRES,ALL,ALL

!第一荷载步,建立静力初始条件

TIMINT,OFF

TIME,1E-5

KBC,1$NSUBST,2

ACEL,,9.8$SOLVE

!施加推力(1S内达到200N)

TIMINT,ON!打开时间积分效应

KBC,0

DELTIM,0.05,,0.1

TIME,1

F,N1,FZ,-200$SOLVE

!在1.2S慢慢完全脱离

TIME,1.2

F,N1,FZ,0$SOLVE

!再继续荡到10S

TIME,10

SOLVE

!进入后处理，查看时程结果

/POST26

NSOL,2,N1,U,Z$PLVAR,2

NSOL,3,N1,A,Z$PLVAR,3

!通用后处理制作变形动画

/POST1

/VIEW,1,1,1,1

/DSCALE,,1

SET,LAST

PLNSOL,U,Z

ANTIME,200,0.1,,1,2,0,10

无论静力分析还是动力分析，当结果明显不符合常识而出现异常时，需仔细考虑模拟过程中可能存在的问题。当计算模型与参数、思路与模拟方法等正确时，大变形开关往往会成为关键因素。

本文开始的结果除了大变形开关未打开错误之外，还有一个错误就是太大意了，对有缆索（吊杆）的结构应首先打开大变形开关，至于几何非线性影响程度有多大，可以另行分析。

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