Abaqus动态分析的理解

2017-01-20 by:CAE仿真在线来源:互联网

如果只对结构承受载荷后的长期响应感兴趣,静力分析(static analysis)是足够的,如果加载时间很短(例如在地震中)或者载荷在性质上是动态的(例如来自旋转机械的载荷),就必须采用动态分析(dynamic analysis)。

1.基本方程

M为结构的质量;

为结构的加速度;

I为在结构中的内力;P为所施加的外力。动态分析与静态分析的主要区别在于:1)是否包含惯性力

,动态分析包含,静态不包含
;2)静态分析的内力只有结构变形内力,而动态分析的内力是由结构变形和运动(如阻尼)产生的内力共同决定。

2.ABAQUS中的动态分析的基本解法:

1)振型叠加法(modal superposition procedure):用于求解线性动态问题;

常用语以下几种情况:

a)系统是线性的,即线性材料特性,无接触行为,不考虑几何非线性。

b)响应只受相对较少的频率支配。当在响应中频率成分增加时,例如打击和碰撞问题,振型法的效率将会降低。

c)载荷的主要频率应该在所提取的频率的范围之内,以确保对载荷的描述足够准确。

d)特征模态应该能精确的描述任何突然加载所产生的初始加速度。

e)系统的阻尼不能太大。

2)直接解法(direct-solution dynamic analysis procedure):主要用于求解非线性动态问题。因为对于非线性分析,结构的固有频率会发生明显的变化,所以振型叠加法已不再适用。

3.ABAQUS中阻尼及其确定

1) 库仑阻尼,物体之间因为接触或者相互滑动产生的阻尼力。在没有液体润滑的情况下都叫做干摩擦(湿摩擦,比如有润滑油的时候其实就是一种粘性阻尼了)

2) 粘性阻尼,气体或者液体中结构的振动,比如空气中,比如水中。

3) 结构阻尼(或者内部阻尼)。弹性材料的内阻尼,即使是在真空中,因为阻尼也会振动衰减,材料内部的分子之间(或者原子)相互摩擦也会消耗能量。

阻尼参数如何确定:首先,一定要保持阻尼的一致性,甚至宁愿接受误差大,但是同一类分析阻尼系数要严格一样。然后,建议参照公司或者同行的参数来选择阻尼参数。其次,可以比较仿真和实验大致标定一个阻尼参数。最后,可以根据振动衰减测量一个阻尼参数(不推荐)。

由于阻尼只是在结构吸收能量特性意义上的近似,而不是模拟造成这种效果的物理机制,所以确定模型中需要的阻尼数据是很困难的。在某些问题中有时不得不根据工程经验来选取适合的阻尼,偶尔也可以从动态试验中获得这些数据。但通常情况下必须通过查阅参考资料或者凭借经验获得这些数据,在这种情况下,必须十分谨慎地解释模拟结果,并通过参数分析来评估模拟对于阻尼值的敏感性。我们常用的几种ABAQUS阻尼,有瑞利阻尼,模态阻尼,复合阻尼,这三种阻尼可以看成是粘性阻尼。第四种常用的是结构阻尼,他和前面三种是本质是不同的。

系统的结构阻尼特性与结构或者材料的内摩擦机理有关。其他形式的阻尼属于粘性阻尼。

4.四种动态分析的区别:

1)谐响应分析,频域问题,同一时刻只施加一种频率的载荷

2)响应谱分析,频域问题,同一时刻施加多个载荷

3)随机响应分析,频域问题,同一时候施加多个载荷,但是载荷是随机的,所以采用统计意义的功率谱函数加载。(依然是周期载荷,是统计意义上的周期载荷)

4)瞬态响应分析,时域问题,和前三个明显不同。不是周期载荷。

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