有關動力分析中的阻尼問題

2016-12-21 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

在Transient 分析的 Full 方法中,可用的阻尼就只有 Rayleigh 阻尼(Alphad, betad)和材料相關的阻尼(MP,DAMP),以及單元阻尼。而和材料相關的阻尼在 Full 方法中其實還是和材料相關的 Beta 阻尼。

現(xiàn)在有一結構,包括主體鋼結構和柔索兩部分組成,要求風荷載下的動力響應。但兩部分結構的阻尼比和頻率相差許多,分別取 1%和 0.5%,遇到問題如下:

1.有什么方法可是兩部分的阻尼取值不一樣?能夠分別定義嗎?

通過對柔索ω1=0.04Hz處ξ1=0.5%和鋼結構ω1=0.4Hz處ξ1=1%來定義α,β,但是所得結果在柔索和鋼結構的二階頻率處ω2處的阻尼與實際相差實在太遠。又通過和材料相關的阻尼來分別定義兩部分的 Beta 值,仍無法達到理想的 ξ 曲線。

不知有誰處理過類似的問題,請指教

2. 在ANSYS 手冊中有:“Beta阻尼和材料阻尼在非線性分析中會導致不理想的結果。這兩種阻尼要和剛度矩陣相乘,而剛度矩陣在非線性分析中是不斷變化的。由此引起的阻尼變化有時會和物理結構的實際阻尼變化相反?！?

而現(xiàn)在的情況是:若Beta 阻尼取為零,結構可正常計算; 若Beta 阻尼取到

0.002 以上,則算了幾步馬上就不收斂了?

兩部分結構的阻尼比和頻率相差許多,我的意見是用材料阻尼輸入,即MP,DAMP命令。此命令雖然是材料阻尼,實際上也可以用來輸入粘滯阻尼等,只是需要先作一個換算。

各種阻尼輸入方式都是可以互相換算的,所以,您說:“和材料相關的阻尼在 Full 方法中其實還是和材料相關的 Beta 阻尼?！蔽艺J為是不確的,盡管形式可能相同,但實際上物理本質(zhì)是不一樣的,所以互相要有一定的換算才可以代入。

Rayleigh 阻尼(Alphad, betad)及全結構阻尼比還有振型阻尼比等都是對正個結構而言,所以要對不同部分輸入不同的阻尼只有用MP,DAMP,及單元阻尼了。無論是粘滯阻尼還是材料阻尼都可以用MP,DAPM輸入,但是相應的換算關系是不一樣的,不能直接代入。您的阻尼建議您應該先考慮一下其本質(zhì),再找到最合適的阻尼本構關系,再找到相應的數(shù)值,在換算為MP,DAMP的輸入數(shù)值。

模態(tài)分析,譜分析,瞬態(tài)分析。根據(jù)ANSYS的幫助文件,針對分析的不同,阻尼的輸入方式也是有分別的,現(xiàn)歸納如下:

1、模態(tài)分析:只談有阻尼模態(tài)分析。有三種方式可用,1)ALPHA和BETA阻尼,可由ALPHAD、BETAD命令輸入;2)材料相關阻尼,可用MP,DAMP命令輸入。如果采用Rayleigh阻尼,計算步驟是否應為:無阻尼模態(tài)分析,得到前兩階頻率;聯(lián)立方程組求解瑞利阻尼的兩個系數(shù);有阻尼分析。若采用材料相關阻尼,根據(jù)ANSYS指南有兩種方法:一個是采用材料相關阻尼比,另一個為將BETA阻尼作為材料性質(zhì)通過MP命令指定。問題是,若模型中包含多種材料,如:鋼梁、砼板、CFST柱,此時要用MP命令一一指定么:MP,DAMP,1,…;MP,DAMP,2,…;MP,DAMP,3,…?

2、譜分析:可用的阻尼比輸入形式較多,根據(jù)ANSYS指南,除單元阻尼及ALPHA阻尼均可用。所以我想可以采用最簡單的DMPRAT定義,對嗎?但還想問兩個問題:1)若采用BETA阻尼,是采用BETAD命令還是MP,DAMP命令定義?還是兩者均可?若采用BETAD,是不是定義一次

就夠了,意思是全結構的阻尼而非針對某一種材料定義的?2)鋼管混凝土拱橋的阻尼比該如何取值呢(0.02還是0.05)?

3、瞬態(tài)分析:ANSYS中共提供了三種方法,我需要采用完全法,因此可選的操作同有阻尼模態(tài)分析。綜合ANSYS幫助及論壇中的一些帖子,采用大質(zhì)量法不可用ALPHA阻尼;考慮非線性,剛度降低,不可用BETA阻尼。只剩下材料阻尼,但對材料阻尼用于瞬態(tài)分析我也比較困惑,一部分見模態(tài)分析部分,此外材料阻尼不是也要與剛度矩陣相乘么?如果BETA不可用,為什么材料阻尼可用呢?瞬態(tài)分析到底如何輸入結構的阻尼呢?

此外,我對材料相關阻尼也沒搞清,請問它是指由材料阻尼系數(shù)推導出的阻尼比么?那到底是材料阻尼系數(shù)的1/2呢還是acos(-1)*f*(材料阻尼系數(shù))呢?若為后者,其中的f是哪個頻率呢?(此問題有些重復,請原諒。但兄弟愚鈍,一直沒有找到答案。舊事重提,慚愧!)

在ANSYS中用Full(完全)積分法做瞬態(tài)分析時,用阻尼比定義的阻尼都被程序忽略掉了,那么許多時候我們需要用一個全結構的阻尼比去做full法的瞬態(tài)分析計算時,一個簡單的辦法是用阻尼與阻尼來逼近一個常數(shù)阻尼比。已知結構總阻尼比是 ,則用兩個頻率點上阻尼與阻尼產(chǎn)生的等效阻尼比之和與其相等,就可以求出近似的阻尼與阻尼系數(shù),選定與 ,用公式計算出和 ,用命令ALPHD與BETAD來輸入。

上述用ALPHD和BETAD來輸入阻尼系數(shù),只有當結構的各個組成部分的阻尼比相同時才適用,當結構由阻尼比不同的子結構組成時,只能用MP,DAMP命令定義材料阻尼系數(shù),材料阻尼系數(shù)與粘性阻尼比的換算關系是: ,式中為材料阻尼系數(shù), 為阻尼比。在你的問題中,分別求出鋼結構和柔索的材料阻尼系數(shù),用MP,DAMP輸入即可

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