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ABAQUS动态分析的理解

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发表于 2020-4-23 09:51 | 显示全部楼层 |阅读模式

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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)。

基本方程
1.png
式中,M 为结构的质量; 2.png 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:

  · 是否包含惯性力,动态分析包含,静态不包含;

  · 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。

ABAQUS中动态分析基本解法
1. 振型叠加法 (modal superposition procedure)

用于求解线性动态问题,常用于以下几种情况:

  · 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。

  · 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。

  · 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。

  · 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。

  · 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。

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,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。

阻尼参数的确定:

  · 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;

  · 可以比较仿真和实验大致标定一个阻尼参数;

  · 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。

四种动态分析的区别
  · 谐响应分析:频域问题,同一时刻只施加一种频率的载荷。

  · 响应谱分析:频域问题,同一时刻施加多个载荷。

  · 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)。

  · 瞬态响应分析:时域问题,和前三个明显不同。不是周期载荷。

来源:有限元在线微信公众号(ID:FEAonline_CAE)

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