Abaqus動(dòng)態(tài)分析的理解

2017-01-20 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

如果只對(duì)結(jié)構(gòu)承受載荷后的長(zhǎng)期響應(yīng)感興趣,靜力分析(static analysis)是足夠的,如果加載時(shí)間很短(例如在地震中)或者載荷在性質(zhì)上是動(dòng)態(tài)的(例如來(lái)自旋轉(zhuǎn)機(jī)械的載荷),就必須采用動(dòng)態(tài)分析(dynamic analysis)。

1.基本方程

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M為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量;

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為結(jié)構(gòu)的加速度;

I為在結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力;P為所施加的外力。動(dòng)態(tài)分析與靜態(tài)分析的主要區(qū)別在于:1)是否包含慣性力

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,動(dòng)態(tài)分析包含,靜態(tài)不包含
;2)靜態(tài)分析的內(nèi)力只有結(jié)構(gòu)變形內(nèi)力,而動(dòng)態(tài)分析的內(nèi)力是由結(jié)構(gòu)變形和運(yùn)動(dòng)(如阻尼)產(chǎn)生的內(nèi)力共同決定。

2.ABAQUS中的動(dòng)態(tài)分析的基本解法:

1)振型疊加法(modal superposition procedure):用于求解線性動(dòng)態(tài)問(wèn)題;

常用語(yǔ)以下幾種情況:

a)系統(tǒng)是線性的,即線性材料特性,無(wú)接觸行為,不考慮幾何非線性。

b)響應(yīng)只受相對(duì)較少的頻率支配。當(dāng)在響應(yīng)中頻率成分增加時(shí),例如打擊和碰撞問(wèn)題,振型法的效率將會(huì)降低。

c)載荷的主要頻率應(yīng)該在所提取的頻率的范圍之內(nèi),以確保對(duì)載荷的描述足夠準(zhǔn)確。

d)特征模態(tài)應(yīng)該能精確的描述任何突然加載所產(chǎn)生的初始加速度。

e)系統(tǒng)的阻尼不能太大。

2)直接解法(direct-solution dynamic analysis procedure):主要用于求解非線性動(dòng)態(tài)問(wèn)題。因?yàn)閷?duì)于非線性分析,結(jié)構(gòu)的固有頻率會(huì)發(fā)生明顯的變化,所以振型疊加法已不再適用。

3.ABAQUS中阻尼及其確定

1) 庫(kù)侖阻尼,物體之間因?yàn)榻佑|或者相互滑動(dòng)產(chǎn)生的阻尼力。在沒(méi)有液體潤(rùn)滑的情況下都叫做干摩擦(濕摩擦,比如有潤(rùn)滑油的時(shí)候其實(shí)就是一種粘性阻尼了)

2) 粘性阻尼,氣體或者液體中結(jié)構(gòu)的振動(dòng),比如空氣中,比如水中。

3) 結(jié)構(gòu)阻尼(或者內(nèi)部阻尼)。彈性材料的內(nèi)阻尼,即使是在真空中,因?yàn)樽枘嵋矔?huì)振動(dòng)衰減,材料內(nèi)部的分子之間(或者原子)相互摩擦也會(huì)消耗能量。

阻尼參數(shù)如何確定:首先,一定要保持阻尼的一致性,甚至寧愿接受誤差大,但是同一類分析阻尼系數(shù)要嚴(yán)格一樣。然后,建議參照公司或者同行的參數(shù)來(lái)選擇阻尼參數(shù)。其次,可以比較仿真和實(shí)驗(yàn)大致標(biāo)定一個(gè)阻尼參數(shù)。最后,可以根據(jù)振動(dòng)衰減測(cè)量一個(gè)阻尼參數(shù)(不推薦)。

由于阻尼只是在結(jié)構(gòu)吸收能量特性意義上的近似,而不是模擬造成這種效果的物理機(jī)制,所以確定模型中需要的阻尼數(shù)據(jù)是很困難的。在某些問(wèn)題中有時(shí)不得不根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)選取適合的阻尼,偶爾也可以從動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中獲得這些數(shù)據(jù)。但通常情況下必須通過(guò)查閱參考資料或者憑借經(jīng)驗(yàn)獲得這些數(shù)據(jù),在這種情況下,必須十分謹(jǐn)慎地解釋模擬結(jié)果,并通過(guò)參數(shù)分析來(lái)評(píng)估模擬對(duì)于阻尼值的敏感性。我們常用的幾種ABAQUS阻尼,有瑞利阻尼,模態(tài)阻尼,復(fù)合阻尼,這三種阻尼可以看成是粘性阻尼。第四種常用的是結(jié)構(gòu)阻尼,他和前面三種是本質(zhì)是不同的。

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)阻尼特性與結(jié)構(gòu)或者材料的內(nèi)摩擦機(jī)理有關(guān)。其他形式的阻尼屬于粘性阻尼。

4.四種動(dòng)態(tài)分析的區(qū)別:

1)諧響應(yīng)分析,頻域問(wèn)題,同一時(shí)刻只施加一種頻率的載荷

2)響應(yīng)譜分析,頻域問(wèn)題,同一時(shí)刻施加多個(gè)載荷

3)隨機(jī)響應(yīng)分析,頻域問(wèn)題,同一時(shí)候施加多個(gè)載荷,但是載荷是隨機(jī)的,所以采用統(tǒng)計(jì)意義的功率譜函數(shù)加載。(依然是周期載荷,是統(tǒng)計(jì)意義上的周期載荷)

4)瞬態(tài)響應(yīng)分析,時(shí)域問(wèn)題,和前三個(gè)明顯不同。不是周期載荷。

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