ABAQUS阻尼的确定

ABAQUS阻尼的确定

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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)

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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:

Use 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:

Use the following options to define bulk viscosity for an individual element set:

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 NUMBERS Use the following option to define damping by specifying a frequency range: *MODAL DAMPING, MODAL=DIRECT,DEFINITION=FREQUENCY RANGE

2.瑞雷阻尼

Use the following option to define damping by specifying mode numbers: Use the following option to define damping by specifying a frequency range:

3.复合模态阻尼

*DAMPING, COMPOSITE=

4.结构阻尼 *MODAL DAMPING, MODAL=COMPOSITE

Use the following option to define damping by specifying mode numbers: *MODAL DAMPING, STRUCTURAL,DEFINITION=MODE NUMBERS Use the following option to define damping by specifying a frequency range:

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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

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