Abaqus動態分析的理解

2017-01-20 by:CAE仿真在線來源:互聯網

如果只對結構承受載荷后的長期響應感興趣,靜力分析(static analysis)是足夠的,如果加載時間很短(例如在地震中)或者載荷在性質上是動態的(例如來自旋轉機械的載荷),就必須采用動態分析(dynamic analysis)。

1.基本方程

M為結構的質量;

為結構的加速度;

I為在結構中的內力;P為所施加的外力。動態分析與靜態分析的主要區別在于:1)是否包含慣性力

,動態分析包含,靜態不包含
;2)靜態分析的內力只有結構變形內力,而動態分析的內力是由結構變形和運動(如阻尼)產生的內力共同決定。

2.ABAQUS中的動態分析的基本解法:

1)振型疊加法(modal superposition procedure):用于求解線性動態問題;

常用語以下幾種情況:

a)系統是線性的,即線性材料特性,無接觸行為,不考慮幾何非線性。

b)響應只受相對較少的頻率支配。當在響應中頻率成分增加時,例如打擊和碰撞問題,振型法的效率將會降低。

c)載荷的主要頻率應該在所提取的頻率的范圍之內,以確保對載荷的描述足夠準確。

d)特征模態應該能精確的描述任何突然加載所產生的初始加速度。

e)系統的阻尼不能太大。

2)直接解法(direct-solution dynamic analysis procedure):主要用于求解非線性動態問題。因為對于非線性分析,結構的固有頻率會發生明顯的變化,所以振型疊加法已不再適用。

3.ABAQUS中阻尼及其確定

1) 庫侖阻尼,物體之間因為接觸或者相互滑動產生的阻尼力。在沒有液體潤滑的情況下都叫做干摩擦(濕摩擦,比如有潤滑油的時候其實就是一種粘性阻尼了)

2) 粘性阻尼,氣體或者液體中結構的振動,比如空氣中,比如水中。

3) 結構阻尼(或者內部阻尼)。彈性材料的內阻尼,即使是在真空中,因為阻尼也會振動衰減,材料內部的分子之間(或者原子)相互摩擦也會消耗能量。

阻尼參數如何確定: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要嚴格一樣。然后,建議參照公司或者同行的參數來選擇阻尼參數。其次,可以比較仿真和實驗大致標定一個阻尼參數。最后,可以根據振動衰減測量一個阻尼參數(不推薦)。

由于阻尼只是在結構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制,所以確定模型中需要的阻尼數據是很困難的。在某些問題中有時不得不根據工程經驗來選取適合的阻尼,偶爾也可以從動態試驗中獲得這些數據。但通常情況下必須通過查閱參考資料或者憑借經驗獲得這些數據,在這種情況下,必須十分謹慎地解釋模擬結果,并通過參數分析來評估模擬對于阻尼值的敏感性。我們常用的幾種ABAQUS阻尼,有瑞利阻尼,模態阻尼,復合阻尼,這三種阻尼可以看成是粘性阻尼。第四種常用的是結構阻尼,他和前面三種是本質是不同的。

系統的結構阻尼特性與結構或者材料的內摩擦機理有關。其他形式的阻尼屬于粘性阻尼。

4.四種動態分析的區別:

1)諧響應分析,頻域問題,同一時刻只施加一種頻率的載荷

2)響應譜分析,頻域問題,同一時刻施加多個載荷

3)隨機響應分析,頻域問題,同一時候施加多個載荷,但是載荷是隨機的,所以采用統計意義的功率譜函數加載。(依然是周期載荷,是統計意義上的周期載荷)

4)瞬態響應分析,時域問題,和前三個明顯不同。不是周期載荷。

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