ABAQUS阻尼的确定
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Abaqus中一种考虑材料阻尼的随机响应分析方法作者:邓长喜来源:《科技视界》2016年第19期[摘要]介绍了Abaqus中随机响应分析的特点,简要论述了虚拟激励法的理论基础,介绍了利用Abaqus谐响应分析结果得到随机响应结果的步骤。
并以悬臂梁为例,将本文方法和Abaqus中自带随机振动求解器计算结果进行对比。
结果表明,两者误差很小,本文方法计算结果可信。
[关键词]随机响应;振动;虚拟激励法;大阻尼0引言在工程上,随机响应分析常用来预先分析设备抵抗随机载荷的能力。
随机振动将概率论与统计学中的方法应用到评估设备结构的稳定性、识别、响应以及可靠性上,形成了一个相关学科相结合的新产物。
Abaqus作为一个通用有限元求解器,在各个行业得到了广泛的应用。
随机分析的激励作为时间的函数。
具体载荷(力、速度等)都是未知的,载荷的本质是通过统计学的方法描述。
在Abaqus中进行随机响应分析时,直接输入激励的功率谱密度(PSD)曲线,然后有求解器直接计算出结构响应的功率谱密度曲线和对应的均方根(RMS)值。
随机响应分析是一个频域的线性摄动分析过程,通过结构的特征模态来计算得到。
阻尼可以通过模态阻尼、结构阻尼、瑞利阻尼或者复合阻尼等方式施加到结构模型中。
直接随机响应分析具有方便操作,计算速度快等特点。
但是,直接随机响应基于模态叠加法,使用的是全局的模态阻尼,只适用于小阻尼的情况,不能形成阻尼矩阵参与动力学分析,无法为材料添加阻尼,在含有大阻尼的橡胶材料构成的减震器模型中无法应用该分析。
本文简要介绍了虚拟激励法,并通过该方法处理Abaqus稳态动力学分析结果得到对应PSD激励下的随机响应结果,并且和常规随机响应分析结果做出对比。
1基本原理稳态动力学和随机振动分析在Abaqus中都是基于扫频分析,本质上是一样的。
但是,稳态动力学(正弦振动)分析的输入(激励)是各个频率点的加速度或位移峰值,响应为各个频率点的加速度或位移峰值。
abaqus 总体刚度阻尼质量矩阵提取python程序ABAQUS是一款在工程领域广泛应用的有限元分析软件,为工程师们提供了一个强大的工具来解决各种实际问题。
ABAQUS中,总体刚度阻尼质量矩阵是一个关键参数,对于工程分析的结果具有重要意义。
刚度阻尼质量矩阵在工程分析中的作用不可忽视,它能反映结构在受到外部力作用时的响应特性。
刚度矩阵描述了结构在力的作用下的形变情况,而阻尼矩阵则体现了结构的振动特性。
在实际工程中,合理地提取和计算总体刚度阻尼质量矩阵对于优化设计、降低结构振动、提高工程安全性具有重要意义。
Python作为一种通用编程语言,其简洁明了的语法和丰富的库资源使得它在工程领域得到了广泛应用。
在ABAQUS中,我们可以利用Python脚本进行二次开发,以实现各种复杂功能的自动化处理。
本文将给出一个Python程序示例,演示如何提取ABAQUS中的总体刚度阻尼质量矩阵。
以下是一个简单的Python程序示例:```pythonimport abaqusfrom abaqus import *import os# 创建一个会话s = abaqus.Session()# 打开一个ABAQUS项目文件os.chdir("your_project_directory")s.open_model("your_model_name.cae")# 获取模型对象mdl = s.model# 提取总体刚度阻尼质量矩阵k_global, c_global = mdl.root.export_buckling_study()# 关闭ABAQUS会话s.close_model()# 打印结果print("总体刚度矩阵:")print(k_global)print("")print("总体阻尼矩阵:")print(c_global)```通过这个Python程序,我们可以方便地提取ABAQUS模型中的总体刚度阻尼质量矩阵,从而为工程分析提供重要的依据。
abaqus 总体刚度阻尼质量矩阵提取python程序摘要:一、引言1.介绍Abaqus 软件在工程领域中的应用2.阐述总体刚度、阻尼、质量矩阵在Abaqus 中的重要性3.介绍Python 编程语言及其在Abaqus 脚本开发中的应用二、Abaqus 总体刚度阻尼质量矩阵提取Python 程序设计1.程序设计目标2.程序结构及主要功能模块3.所需Python 库及其功能介绍三、程序实现1.导入所需库及模块2.定义Abaqus 模型及总体刚度阻尼质量矩阵提取函数3.实现模型导入及参数设置4.提取并输出总体刚度阻尼质量矩阵四、程序测试与验证1.测试数据准备2.程序运行及结果分析3.结果与Abaqus 软件内置结果对比,验证程序准确性五、结论1.总结程序的主要功能及应用场景2.指出程序可能的改进方向3.对未来Abaqus 与Python 结合的技术发展进行展望正文:一、引言Abaqus 是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件,可以对结构、材料、热传导等多种物理现象进行建模与分析。
在Abaqus 中,总体刚度、阻尼、质量矩阵是描述模型动力特性的重要参数,对于分析模型的振动响应、结构性能等具有关键意义。
随着Python 编程语言的普及,越来越多的工程师开始使用Python 开发Abaqus 脚本,以提高工作效率和实现复杂功能的自动化。
本文将介绍一种用于提取Abaqus 模型总体刚度阻尼质量矩阵的Python 程序。
二、Abaqus 总体刚度阻尼质量矩阵提取Python 程序设计本程序旨在通过Python 编程语言实现对Abaqus 模型总体刚度、阻尼、质量矩阵的提取。
程序设计时考虑了易用性和通用性,可以适应不同类型和规模的Abaqus 模型。
程序主要包括以下功能模块:导入所需库及模块、定义Abaqus 模型及总体刚度阻尼质量矩阵提取函数、实现模型导入及参数设置、提取并输出总体刚度阻尼质量矩阵。
三、程序实现首先,程序通过import 语句导入所需的Python 库,如abqpy、numpy 等。
abaqus中各种阻尼的定义阻尼在结构计算中,本身就是一个很复杂的问题。
为了应对不同的问题,ABAQUS通过不同的命令来满足不同形式的阻尼。
首先,牵涉到阻尼的命令有:*Damping*Modal damping*Dynamic*Mass*Damping属于材料阻尼,该命令在材料模块*materia l中定义。
其参数Alph a和Beta的定义用于直接积分法(模型分析法时失效)。
而参数comp osite与*Modal damping一起用于模型分析法中复合阻尼的定义。
*Modal damping用于模型分析法。
可以定义直接阻尼,瑞雷阻尼和结构阻尼。
这两个命令都可以用参数AL PHA 和Beta来定义瑞雷阻尼。
但需要注意的是,如果两者同时使用,也就是在进行模型分析时*Damping中的Alph a和Beta值将被忽略。
而*Dynamic中参数Alp ha定义的是人工阻尼,它只是便于计算的一个算子。
与所说的材料阻尼不是一个性质。
当其值为零时就是所谓的纽马克-贝塔法。
至于*Mass中的参数Alpha定义的自然是瑞雷阻尼中考虑质量那一部分的影响因素。
当不考虑刚度影响,即Beta值的影响时,就可以直接在*Mass中定义质量的影响因子。
ABAQUS-显式非线性动态分析-Rayleig h阻尼1.显隐分析两个程序最大的不同在于求解节点加速度的方式上。
隐式分析在完全Newton法迭代求解方法的基础上,使用自动增量步。
对于光滑的非线性响应,以二次速率收敛。
但对于高度的非连续和非线性过程,可能失去二次收敛,并需要大量的迭代过程。
隐式分析的最大分析尺度常常取决于给定计算机中的磁盘空间的大小和可用内存的数量,而不是取决于需要多少计算时间。
显式分析是显式地前推模型状态,所以不需要迭代和收敛准则。
ABAQUS/Standard 有限元软件入门指南——ABAQUS/CAE版Hibbitt,Karlsson & Sorensen,INC.朱以文,蔡元奇等译译者语参加本书翻译工作的是武汉大学土木建筑工程学院的朱以文教授,蔡元奇副教授以及博士生李伟、吴春秋、姚金阶、硕士生黄克戬。
具体分工如下:第一章、第二章和第三章由朱以文翻译;第四章和第五章由李伟翻译;第六章和第七章由姚金阶翻译;第八章和第九章由吴春秋翻译;第十章和第十一章由蔡元奇翻译。
黄克戬参加了部分文字的编辑工作。
朱以文负责全书的的翻译工作,并修改和审阅了全部译文。
翻译过程中得到ABAQUS公司李华强博士的鼓励和支持,在此表示感谢。
在翻译过程中,参考了清华大学庄茁教授等在1998年出版的《ABAQUS/Standard 有限元软件入门指南》(非ABAQUS/CAE版)一书。
限于译校者水平,难免有错误和不妥之处,欢迎读者批评指正。
译者 朱以文等 二零零三年二月十二日于武汉·珞珈山目录第一章 导引1.1ABAQUS各模块简介1.2ABAQUS/Standard入门:交互式环境1.2.1 怎样使用本指南1.2.2 本指南的使用约定1.2.3 鼠标的基本操作1.3ABAQUS文档1.4支持1.4.1 技术支持1.4.2 系统支持1.4.3 对科学研究单位的支持1.5 有限元法导简单回顾第二章 ABAQUS基础2.1 ABAQUS分析模型的组成2.2 ABAQUS/CAE简介2.2.1 ABAQUS/CAE的启动2.2.2 主窗口的组成部分2.2.3 什么是功能模块2.3 例子2.3.1 量纲2.3.2 生成部件2.3.3 材料参数2.3.4 定义和赋于截面(Section)特性2.3.5 定义装配件(Assembly)2.3.6 分析进程的配置2.3.7 施加边界条件和荷载2.3.8 网格剖分2.3.9 生成作业和关键词编辑器(Keyword editor)的使用2.4 模型的检查2.4.1 阅读输出文件2.5 分析计算2.6 结果2.7 用ABAQUS/CAE进行后处理第三章 有限元和刚性体3.1 有限元3.1.1 单元的表征3.1.2 实体单元3.1.3 壳单元3.1.4 梁单元3.1.5 桁架单元3.2 刚性体3.2.1 何时使用刚性体3.2.2 刚性体部件3.2.3 刚性单元3.3 小结第四章 实体单元的应用4.1 单元列式和积分4.1.1 完全积分4.1.2 简缩积分4.1.3 非协调单元4.4.1 杂交单元4.2 选择实体单元4.3 例题:连接环4.3.1 前处理——应用ABAQUS/CAE建模 4.3.2 结果输出4.3.3 后处理——结果可视化4.4 网格收敛性分析4.5 相关的ABAQUS例题4.6 建议阅读的文献4.7 小结第五章 壳单元的应用5.1 单元几何尺寸5.1.1 壳体厚度和截面计算点5.1.2 壳面和壳面法线5.1.3 壳的初始曲率5.1.4 参考面的偏移5.2 壳体计算假定——厚壳或薄壳5.3 壳的材料方向5.3.1 默认的局部材料方向5.3.2 建立可变的材料方向坐标5.4 壳单元的选择5.5 例题:斜板5.5.1 前处理——用ABAQUS/CAE建立模型 5.5.2 结果输出5.5.3 后处理5.6 相关的ABAQUS例题5.7 建议阅读的文献5.8 小结第六章 梁单元的应用6.1 梁横截面的几何形状6.1.1 截面计算点6.1.2 横截面定向6.1.3 梁单元曲率6.1.4 梁横截面的节点偏移6.2 列式和积分6.2.1 剪切变形6.2.2 扭转响应——翘曲6.3 梁单元的选择6.4 例题:货物起重机6.4.1 前处理——用ABAQUS/CAE生成模型 6.4.2 后处理6.5 有关的ABAQUS例子6.6 参考数目6.7 小结第七章 非线性7.1 非线性的来源7.1.1 材料非线性7.1.2 边界非线性7.1.3 几何非线性7.2 分析性问题的求解7.2.1 分析步,增量步和迭代7.2.2 平衡迭代和收敛性7.2.3 自动增量控制7.3用ABAQUS进行非线性分析7.3.1 几何非线性7.3.2 材料非线性7.3.3 边界非线性7.4例题:非线性斜板7.4.1 修改模型7.4.2 结果输出7.4.3 后处理7.5相关的ABAQUS例子7.6推荐读物7.7小结第八章 材料8.1 ABAQUS中的材料定义8.2 延性金属的塑性8.2.1 延性金属的塑性性能8.2.2 有限变形中的应力应变度量8.2.3 在ABAQUS中定义塑性8.3 为弹塑性问题选择单元8.4 例题:连接环的塑性变形8.4.1 对模型的修改8.4.2 状态和信息文件8.4.3 对结果进行后处理8.4.4 在材料模型中加入硬化特性8.4.5 带有塑性硬化的分析8.4.6 对结果进行后处理8.5 超弹性8.5.1 引论8.5.2 应变势能8.5.3 用试验数据定义超弹性8.6 例题:轴对称橡胶垫8.6.1 对称性8.6.2 前处理——利用ABAQUS/CAE建立模型 8.6.3 结果输出8.6.4 后处理8.7 大变形的网格设计8.8减少体积锁闭的技术8.9相关的ABAQUS例题8.10建议读物8.11小结第九章 动力问题9.1 引言9.1.1 固有频率和模态9.1.2 振型叠加9.2 阻尼9.2.1 ABAQUS中阻尼的定义9.2.2 阻尼值的选择9.3 单元选择9.4 动力问题的网格剖分9.5 例子:货物起重机——动态载荷9.5.1 修改模型9.5.2 结果输出9.5.3 后处理9.6 模态阶数的影响9.7 阻尼的影响9.8 其它的动力程序9.8.1 线性模态动力分析9.8.2 非线性动态分析9.9 相关的ABAQUS例子9.10 建议阅读的文献9.11 小结第十章 多分析步分析10.1 常规(非线性)分析程式10.1.1 常规分析分析步中的时间10.1.2 指定常规分析步的载荷10.2 线性扰动分析10.2.1 在线性扰动分析步中的时间10.2.2 在线性扰动分析步中指定载荷 10.3 例题:管道系统的振动10.3.1 前处理——用ABAQUS/CAE创建模型10.3.2 对作业的监控10.3.3 后处理10.4 重启动分析10.4.1 重启动文件10.4.2 重启动一个分析过程10.5 例题:重启动钢管的振动分析10.5.1 创建重启动分析模型10.5.2 作业的监控10.5.3 对重启动分析的结果做后处理 10.6 相关的ABAQUS例题10.7 小结第十一章 接触11.1 接触面间的相互作用11.1.1 接触面法向性质11.1.2 表面的滑动11.1.3 摩擦11.2 在ABAQUS中定义接触11.2.1 定义接触面11.2.2 接触相互作用11.2.3 从面和主面11.2.4 小滑动与有限滑动11.2.5 单元选择11.3 接触算法11.4 例题:法兰盘连接11.4.1 前处理—用ABAQUS/CAE创建模型11.4.2 分析结果11.4.3 后处理11.5 刚性接触面建模中的问题。
ABAQUS中阻尼的定义在ABAQUS中阻尼可以应用在下面的动力学分析中:◆非线性问题直接积分求解(显式分析或者隐式分析);◆直接法或子空间法稳态动力学分析;◆模态动力学分析(线性)。
针对模态动力学分析,在ABAQUS/Standard中可定义几种不同类型的阻尼:直接模态阻尼(Direct Modal Damping),瑞利阻尼(Rayleigh Damping),复合模态阻尼(Composite Modal Damping)和结构阻尼(Structure Damping)。
ABAQUS模态动力学分析中用*MODAL DAMPING选项来定义阻尼。
阻尼是包含在分析步内定义的一部分,每阶模态可以定义不同量值的阻尼。
1、直接模态阻尼采用直接模态阻尼可以定义对应于每阶模态的阻尼比ξ。
其典型的取值范围是在临界阻尼的1%~10%之间。
直接模态阻尼允许用户精确定义系统的每阶模态的阻尼。
在分析步骤内定义直接模态阻尼。
如图1所示,激活直接模态阻尼选项(Direct modal),并在数据行内输入数据。
图1直接模态阻尼定义对应的ABAQUS输入文件为:*MODAL DAMPING,MODAL=DIRECTm1,m2,ξa其中,*MODAL DAMPING选项中的MODAL=DIRECT参数表示被指定的直接模态阻尼,数据行输入的数据m1为起始模态序号,m2为截止模态序号,ξa为模态阻尼比。
例如,对于前10阶振型的阻尼定义为4%的临界模态阻尼,11~20阶振型的阻尼为5%的临界阻尼,在分析步骤中的定义如下:*MODAL DAMPING,MODAL=DIRECT1,10,0.0411,20,0.052、瑞利阻尼在瑞利阻尼中,假设阻尼矩阵可表示为质量矩阵和刚度矩阵的线性组合,即C=αM+βK(1)其中,α和β是用户根据材料特性定义的常数。
尽管假设阻尼正比于质量和刚度没有严格的物理基础,但是实际上我们对于阻尼分布的真实情况知之甚少,也就不能保证其它更为复杂的模型是正确的。
第九章 动力问题如果只对结构加载荷后的长期响应感兴趣的话,静力分析就足够了。
然而,如果加载时间很短,例如地震;或者载荷性质为动态,例如来自旋转机械的荷载,这时就必须采用动力分析。
9.1 引言动态模拟是将惯性力包含在动力学平衡方程中:0=-+P I uM 其中 M 是结构的质量。
u是结构的加速度。
I 是结构中的内力。
P 是所施加的外力。
公式的表述无非是牛顿的第二运动定律(F=ma )的表现。
动态分析和静态分析最主要的不同在于平衡方程中包含惯性力项(M u)。
两者的另一个不同之处在于内力I 的定义。
在静态分析中,内力仅由结构的变形引起;而动态分析中的内力包括运动(例如阻尼)和结构变形的共同贡献。
9.1.1 固有频率和模态最简单的动力问题是在弹簧上的质量振动,如图9-1所示。
图9–1质量-弹簧系统弹簧的内力为ku ,所以运动方程为muku P +-=0 这个质量弹簧系统的固有频率(单位是弧度/秒)为m k =ω如果质量块被移动后再释放,它将以这个频率振动。
假若以此频率施加一个动态外力,位移的幅度将剧烈增加-即所谓的共振现象。
实际的结构具有多个固有频率。
因此,在设计结构时避免使各固有频率与可能的荷载频率过分接近就很重要。
固有频率可以通过分析结构在无荷载(动力平衡方程中的)时的动态响应而得到。
此时,运动方程变为 M u I +=0 对于无阻尼系统,,则上式变为 M uKu +=0 这个方程解的形式为 t i e u ωφ=将此式代入到运动方程中便得到了特征值问题方程K M φλφ=其中λω=2。
该系统具有n 个特征值,此处n 是有限元模型的自由度数。
记j λ为第j 个特征值。
它的平方根j ω是结构的第j 阶固有频率,并且j φ是相应的第j 阶特征向量。
特征向量也就是所谓的模态(也称为振型),因为它是结构在第j 阶振型下的变形状态。
在ABAQUS 中,频率提取程序用来求解结构的振型和频率。
这个程序使用起来十分简单,只要给出所需振型的数目和所关心的最高频率即可。
Abaqus常见问题技巧设置案例汇总Abaqus常见问题汇总如何取得节点的坐标!用a=mdb.models['你的模型'].parts['PART-1'].nodes[211].coordinates可以取得坐标,对坛子里像我一样的初学者们有借鉴作用。
扭距加载我最近在算一个题目,一个大筒体上有三个接管端面固定,大筒体两端加载扭距,但是不知道如何加载.请各位高手能赐教谢谢1. 将大筒体两端要施加扭矩的节点分别定义为两个Nset:left, right.2. 分别在大筒体两端的圆心处定义两个reference node: rp-left,rp-right.3. 用如下命令将两个节点集绕3轴旋转的自由度与参考点耦合起来,其他自由度度是否耦合根据具体问题而定:*KINEMATIC COUPLING, REF NODE=rp-leftleft, 6,6*KINEMATIC COUPLING, REF NODE=rp-rightright, 6,64. 在两个参考点上施加绕3轴旋转的弯矩.友情提醒:reference node也有自由度,注意相应的边界条件.ABAQUS多处理器进行并行计算的效果研究环境:ABAQUS6.3+8 IntelXeon 700MHz CPU+4G Ram+Win2k AdvServer SP3在命令行模式下,abaqus命令的下面三个参数进行并行计算的控制:[cpus=number-of-cpus][parallel={loop | domain | supernode | tree}][domains=number-of-domains]ABAQUS/Explicit:parallel参数可选domain,loopdomain进行拓扑域并行,loop进行循环级并行(默认)但在NT系统下,不支持loop参数cpus数要可以整除domains数,也就是一个cpu可以进行多个domain 的计算以Getting Started with ABAQUS/Explicit6.5 Example: circuit board drop testcircuit.inp分析为例(standard_memory = "256 Mb")1cpu:abaqus job=circuit intcup利用率100%,运行时间506s2cpu:abaqus job=circuit parallel=domain domains=4 cpus=2 int 每个cup利用率接近100%,运行时间402s4cpu:abaqus job=circuit parallel=domain domains=4 cpus=4 int 每个cup利用率为80%左右,运行时间297s8cpu:abaqus job=circuit parallel=domain domains=8 cpus=8 int 每个cup利用率为40%左右,运行时间364sABAQUS/Standard:parallel参数可选supernode,treesupernode(默认)对单波前进行并行处理,tree对多波前同时进行并行处理domains参数无效对于线性方程并有稀疏刚度矩阵的模型并行计算有效以ABAQUS Release Notes2.7 Parallel sparse solvert1-std.inp分析为例(standard_memory = "1000 Mb")1cpu:abaqus j=t1-std intcup利用率为70%左右,运行时间390s4cpu (supernode):abaqus j=t1-std parallel=supernode cpus=4 int所有系统cpu均被使用,每个cpu利用率运行过程中不断大幅变化,运行时间454s4cpu (tree):abaqus j=t1-std parallel=tree cpus=4 int所有系统cpu均被使用,每个cpu利用率运行过程中不断大幅变化,运行时间352s8cpu (supernode):abaqus j=t1-std parallel=supernode cpus=8 int每个cpu利用率接近100%,运行40多分钟后还无法结束8cpu (tree):abaqus j=t1-std parallel=tree cpus=8 int每个cpu利用率接近90%,运行时间545s结论:多CPU并行处理对Explicit效果显著,对Standard在很多情况下效果不明显,甚至可能使运算更慢,只使用Standard的同学基本可以不用考虑买多cpu 的机器ABAQUS和DIANA关于混凝土本构模型的讨论最近正在做一些钢筋混凝土的算例,有了些体会和感想,整好Simwe 上有朋友提起,遂写出来与大家探讨.不对之处,还望请熟悉DIANA不要见笑并多多指教,谢谢因Simwe好像最近只有注册后方能浏览故在此贴出.zftj wrote:由于钢筋的存在,通常混凝土开裂后,刚度不会马上失去,有一个软化的过程,通常国内叫拉伸强化(tension stiffening)。
abaqus阻尼系数摘要:一、引言二、abaqus 软件介绍三、阻尼系数的概念及意义四、abaqus 阻尼系数的设置与调整五、阻尼系数对abaqus 仿真结果的影响六、总结正文:一、引言Abaqus 是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件,通过abaqus 可以进行各种工况下的仿真分析。
阻尼系数是abaqus 中的一个重要参数,对仿真结果具有显著影响。
本文将详细介绍abaqus 阻尼系数的相关知识。
二、abaqus 软件介绍Abaqus 是一款强大的有限元分析软件,由法国公司Dassault Systemes 的SIMULIA 品牌开发。
它具有丰富的功能,可以进行线性和非线性结构分析、热传导分析、热膨胀分析、动力学分析等。
广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑结构、生物医学等各个领域。
三、阻尼系数的概念及意义阻尼系数是描述材料阻尼特性的一个参数,它反映了材料在受到振动时,能量消耗的能力。
在有限元分析中,阻尼系数用于模拟材料在振动过程中的能量损耗,对于准确预测结构的动态响应具有重要意义。
四、abaqus 阻尼系数的设置与调整在abaqus 中,阻尼系数的设置可以通过以下步骤完成:1.打开abaqus 软件,创建或打开一个模型。
2.在模型树中,找到需要设置阻尼系数的材料。
3.在材料属性对话框中,找到“阻尼”选项卡。
4.输入阻尼系数的值,并根据需要选择阻尼类型。
5.点击“确定”按钮,完成阻尼系数的设置。
五、阻尼系数对abaqus 仿真结果的影响阻尼系数对abaqus 仿真结果具有显著影响。
不同的阻尼系数设置会导致结构在受到外力作用时的振动幅度、振动衰减时间等特性发生变化。
因此,合理设置阻尼系数对于获得准确的仿真结果至关重要。
六、总结本文对abaqus 阻尼系数的相关知识进行了详细介绍,包括阻尼系数的概念及意义、abaqus 阻尼系数的设置与调整,以及阻尼系数对仿真结果的影响。
关于ABAQUS中的质量比例阻尼总结论:ABAQUS中的质量比例阻尼是和绝对速度有关的,即质量比例阻尼产生的阻尼力由绝对速度引起。
以阻尼系数表达的阻尼,产生的阻尼力由相对速度引起。
Abaqus Analysis User's Manual—Mass proportional damping:The factor introduces damping forces caused by the absolute velocities of the model and so simulates the idea of the model moving through a viscous “ether” (a permeating, still fluid, so that any motion of any point in the model causes damping).帮助手册也说明了质量比例阻尼是和绝对速度有关。
问题:1、应用直接积分法进行时程分析,地震波一般以边界条件的形式加到支座处,结构阻尼只能使用Rayleigh阻尼,而这时产生的阻尼力是绝对速度产生的,而运动方程中的阻尼项产生的阻尼力是与相对速度有关。
2、SAP2000中施加地震波,支座处相对位移为0,绝对位移不为0,其相对位移相对哪一点来说的?算例:单自由度体系,如图(1),质量m=0.02533kg ,k=1N/m ,阻尼比ξ=0.05,对应的阻尼系数c=0.0159,若应用直接积分法进行时程分析,结构的阻尼需要转换成Rayleigh 阻尼,使用如下公式:22n n n βωαξω=+如果只使用质量比例阻尼(结构只有一阶振型),即2n n αξω=,容易得出α=0.6283。
.图(1)情况(1): 在ABAQUS 中用spring 单元模拟竖向的直杆,水平刚度k=1N/m ,采用Rayleigh 阻尼,通过*mass,alpha=0.6283(质量比例阻尼)施加,地震波需用Elcentrol 波,以边界条件的形式加在支座处(竖向杆下端)。
abaqus中各种阻尼的定义阻尼在结构计算中,本身就是一个很复杂的问题。
为了应对不同的问题,ABAQUS通过不同的命令来满足不同形式的阻尼。
首先,牵涉到阻尼的命令有:*Damping*Modal damping*Dynamic*Mass*Damping属于材料阻尼,该命令在材料模块*material中定义。
其参数Alpha和Beta的定义用于直接积分法(模型分析法时失效)。
而参数composite与*Modal damping一起用于模型分析法中复合阻尼的定义。
*Modal damping用于模型分析法。
可以定义直接阻尼,瑞雷阻尼和结构阻尼。
这两个命令都可以用参数ALPHA 和Beta来定义瑞雷阻尼。
但需要注意的是,如果两者同时使用,也就是在进行模型分析时*Damping中的Alpha和Beta值将被忽略。
而*Dynamic中参数Alpha定义的是人工阻尼,它只是便于计算的一个算子。
与所说的材料阻尼不是一个性质。
当其值为零时就是所谓的纽马克-贝塔法。
至于*Mass中的参数Alpha定义的自然是瑞雷阻尼中考虑质量那一部分的影响因素。
当不考虑刚度影响,即Beta值的影响时,就可以直接在*Mass中定义质量的影响因子。
ABAQUS-显式非线性动态分析-Rayleigh阻尼1.显隐分析两个程序最大的不同在于求解节点加速度的方式上。
隐式分析在完全Newton法迭代求解方法的基础上,使用自动增量步。
对于光滑的非线性响应,以二次速率收敛。
但对于高度的非连续和非线性过程,可能失去二次收敛,并需要大量的迭代过程。
隐式分析的最大分析尺度常常取决于给定计算机中的磁盘空间的大小和可用内存的数量,而不是取决于需要多少计算时间。
显式分析是显式地前推模型状态,所以不需要迭代和收敛准则。
2.显式分析以系统中的最高频率定义稳定限制。
*t=2/wmax,近似地有*t=L/c,c为E/p 的平方根。
即网格中最小单元尺寸和材料的最大波速决定了初始的时间增量。
3.完全自动的时间增量和固定时间增量4.质量缩放以控制时间增量:直接定义一个缩放因子或者给那些质量需要缩放的单元逐个地定义所需要的稳定时间增量。
参见《分析用户手册》Msss scaling.5.当材料屈服和刚度变化时波速发生变化,Explicit监督模型中材料的有效小事,并应用在每个单元中的当前材料状态估算稳定性。
6.Rayleigh阻尼中应用质量比例阻尼来减弱低阶频率振荡,并应用风度比例阻尼来减弱高阶频率振荡。
刚度比例阻尼可能使稳定极限明显地降低。
为了避免大幅降低稳定时间增量,风度比例阻尼因子应该小于或者相同于未考虑阻尼时的初始时间增量的量级。
7.弹簧和减振器的潜在不稳定性。
8.通过监控位移历史和总模型能量输出的变化来识别不稳定性。
为了把有关阻尼的事情说清,有必要把背景的东西提一下:动力分析有两条路:1:直接积分(包括隐式和显式两种);2:振型分解法;(1)对于“直接积分法”,则需要定义一个阻尼矩阵(否则无法直接积分)。
常用的定义该矩阵的办法是所谓的“瑞利阻尼阵” ;(2)需要特别指出的是:相当一部分同学认为定义“瑞利阻尼阵”是为了“解藕”,实质上并非如此,定义“瑞利阻尼阵”完全是为了进行直接积分;因为如果使用“振型分解法”,只需直接定义“各阶模态的阻尼比”即可,而不需要(也没有必要)先定义一个可以解藕的阻尼阵,再由该阻尼阵导出模态阻尼比。
那为什么要定义“瑞利阻尼阵”,而不定义其它呢?这是因为:(A)定义“瑞利阻尼阵”方便,简单(B)定义其它的阻尼阵也没有太多依据(3)在直接积分时(隐式或显示),6.6版能够定义阻尼的地方只有唯一一个:materal―section―damping;又因为它在材料模块中定义,也就有了一般的所谓“材料阻尼”的提法。
(4)在“振型分解法”时,即modal dyanmic分析类型中,能够定义阻尼的地方有两个:一是如上所述的material模块;二是step模块(edit step);在step中阻尼定义有“模态阻尼比”和“瑞利阻尼”两类(复合阻尼不讨论);1:有关模态阻尼比不再赘述,它将能直接应用于解藕后的方程;2:此刻,也可定义“瑞利阻尼”;但这个地方有个绕人的东西,即通过它给出的输入框可看出,程序可让用户定义不同模态的“瑞利参数”;这有些让人不好理解,理由在于:按照通常的“想当然”的考虑,应该和在材料模块中定义“瑞利阻尼”一样,只需给出一个“统一”的瑞利参数值,然后形成一个“瑞利阻尼矩阵”,最后解藕获得各阶模态阻尼比与瑞利参数的关系。
也就是说,瑞利参数应该只设一个;但是,稍考虑一下后,觉得程序这样做更加灵活,其灵活体现于:可以通过改变不同模态下的瑞利参数而调整相应的模态阻尼比,当然这种灵活多少显得有些“生硬”,因为它不符合如前所述的“想当然”的解藕过程。
3:另外,这种通过瑞利阻尼参数来获得模态阻尼比的方法似乎显得“多此一举”,因为用户可以直接use dierct damping data定义各阶模态阻尼比,而没有必要通过瑞利参数再去计算模态阻尼比。
4:还需要指出的是,在振型分解法中,由于两个地方均可定义瑞利阻尼,用户会产生困惑;根据帮助:step模块定义的瑞利阻尼优先,它可以覆盖材料模块中的阻尼定义;5:最后说明一下,在直接积分(隐式或显式)时,在step模块中,没有定义阻尼的选项,因此用户也就不会发生“哪个优先”的疑问。
[ABAQUS应用] ABAQUS中的阻尼汇总(2010-03-25 18:28:40)转载标签:分类:ABAQUS应用阻尼杂谈主要分为两种:一、材料阻尼1.瑞雷阻尼(Rayleigh damping)(1)质量阻尼Alpha:消除低频区*DAMPING, ALPHA=(2)刚度阻尼Beta:消除高频区*DAMPING, BETA=2.结构阻尼结构阻尼适用于频域动力分析。
它的假定是阻尼力和结构力成正比,和速度成反比,即该阻尼适用条件是位移和速度的相位相差90度。
Use the following option to define damping by specifying mode numbers:*MODAL DAMPING, STRUCTURAL, DEFINITION=MODE NUMBERSUse the following option to define damping by specifying a frequency range:*MODAL DAMPING, STRUCTURAL,DEFINITION=FREQUENCY RANGE二、数值阻尼(无物理意义)1.直接积分动力分析(隐式)HHT求解法,引入数值阻尼参数alpha,该值同前述的不一样。
该值同时间增量和周期的比值有关。
*DYNAMIC, ALPHA=2.显式积分动力分析引入体积粘度来控制高频振动。
Use the following option to define bulk viscosity for the entire model:*BULK VISCOSITYUse the following options to define bulk viscosity for an individual element set:*BULK VISCOSITY*SECTION CONTROLS三、模态叠加求解法中的阻尼1.临界阻尼比例Use the following option to define damping by specifying mode numbers:*MODAL DAMPING, MODAL=DIRECT,DEFINITION=MODE NUMBERSUse the following option to define damping by specifying a frequency range:*MODAL DAMPING, MODAL=DIRECT,DEFINITION=FREQUENCY RANGE2.瑞雷阻尼Use the following option to define damping by specifying mode numbers:*MODAL DAMPING, RAYLEIGH, DEFINITION=MODE NUMBERSUse the following option to define damping by specifying a frequency range:*MODAL DAMPING, RAYLEIGH, DEFINITION=FREQUENCY RANGE3.复合模态阻尼*DAMPING, COMPOSITE= *MODAL DAMPING, MODAL=COMPOSITE4.结构阻尼Use the following option to define damping by specifying mode numbers:*MODAL DAMPING, STRUCTURAL,DEFINITION=MODE NUMBERSUse the following option to define damping by specifying a frequency range:*MODAL DAMPING, STRUCTURAL,DEFINITION=FREQUENCY RANGE最后引用ABAQUS的一句原话:In direct-integration dynamic analysis you very often define energy dissipation mechanisms—dashpots, inelastic material behavior, etc.—as part of the basic model. In such cases there is usually no need to introduce additional damping: it is often unimportant compared to these other dissipative effects。