abaqus中阻尼的设置

1. 阻尼定义 能量耗散，振幅逐渐减小直至停止振动，这种能量耗散被称为阻尼（damping）。能量耗散来源于几个因素，其中包括结构连接处的摩擦和局部材料的迟滞效应。阻尼对于表征结构吸收能量是一个很方便的方法，它包含了重要的能量吸收过程，而不需要模拟耗能的具体机制。 阻尼的分类：与速度成正比的阻尼称之为粘性阻尼（viscous damping）。有时粘性阻尼不能满足工程需求，因此，还与摩擦力相关的库伦阻尼，结构阻尼，流体阻尼等。 粘性阻尼表达式：F_{d}=c \dot x，c为阻尼，Fd为力，\dot x为速度。 3. Abaqus阻尼设置方式 abaqus的阻尼分为两类，与速度成比例的粘性阻尼；和与位移成比例的结构阻尼（在频域分析中采用） abaqus引入阻尼的3中途径： 材料和单元的阻尼 整体阻尼，包括粘性阻尼，瑞利阻尼，结构阻尼 模态阻尼，只能用于模态分析 在ABAQUS中阻尼可以应用在下面的动力学分析中： 非线性问题直接积分求解（显式分析或者隐式分析） 直接法或子空间法稳态动力学分析 模态动力学分析（线性） 4. Abaqus阻尼设置 - 具体操作 针对模态动力学分析，在ABAQUS/Standard中可定义几种不同类型的阻尼：直接模态阻尼（DirectModal Damping），瑞利阻尼（RayleighDamping），复合模态阻尼（Composite Modal Damping）和结构阻尼（StructureDamping）。 ABAQUS动力学分析中用*Modal Damping选项来定义阻尼。 以下内容是以在step分析步内定义阻尼的举例，每阶模态可以定义不同量值的阻尼，但其实也可以在Material分析步设置阻尼。 4.1 直接模态阻尼： 采用直接模态阻尼可以定义对应于每阶模态的阻尼比。其典型的取值范围是在临界阻尼的1%~10%之间。直接模态阻尼允许用户精确定义系统的每阶模态的阻尼。 举例：设置前10阶振型的阻尼定义为4%的临界模态阻尼，11~20阶振型的阻尼为5%的临界阻尼 界面操作：在分析步骤内定义直接模态阻尼，如下图所示，激活直接模态阻尼选项（DirectModal），并在数据行内输入数据。 4.2 瑞利阻尼 - 常用，需重点掌握 在瑞利阻尼中，假设阻尼矩阵可表示为质量矩阵和刚度矩阵的线性组合，即： 在Material分析步设置阻尼 ABAQUS中通过设置alpha和beta来求解瑞利阻尼，具体如下图。此外，如上式所示，alpha与质量矩阵有关，beta与刚度矩阵有关，而alpha与beta与阻尼比的关系如下： b. 在STEP分析步设置阻尼 尽管假设阻尼正比于质量和刚度没有严格的物理基础，但是实际上我们对于阻尼分布的真实情况知之甚少，也就不能够保证其它更为负载的模型是正确的。通常，瑞利阻尼模型对于大阻尼系统，即阻尼值超过10%临界阻尼时是不可靠的。 使用瑞利阻尼有许多方便，例如系统的特征频率与对应的无阻尼系统特征值一致；相对于其它形式的阻尼，可以精确的定义系统每阶模态的瑞利阻尼；各阶模态的瑞利阻尼可转换为直接模态阻尼，在ABAQUS/Standard中将瑞利阻尼转换为直接模态阻尼进行动力学计算。ABAQUS在模态动力学分析步骤内定义瑞利阻尼，如下图所示，激活瑞利阻尼选项（Reyleigh），并输入数据。 举例：设置前10阶模态定义alpha=0.2525,beta=2.9e-3；11~20阶模态定义alpha=0.2727,beta=3.03e-3。这两个值常常根据（Eq. 4.3）和（Eq. 4.4）求解。 4.3 复合阻尼 在复合阻尼中，对应于每种材料的阻尼定义一个临界阻尼比，这样就得到了对应于整体结构的复合阻尼。如果结构由多种材料组成，那么采用复合阻尼来描述系统的阻尼特性是非常简便有效的。 在ABAQUS中分两步定义复合阻尼。 a) 在材料属性中定义该材料对应的复合阻尼，如下图所示： b) 在分析步骤内勾选复合阻尼选项，如下图所示： 4.4 结构阻尼 系统的结构阻尼特性与结构或者材料的内摩擦机理有关。结构阻尼力的方向与速度方向相反，与位移相比滞后90°。只有当位移和速度的相位差为90°时，结构阻尼假设才能成立，因此激励必须是正弦函数。使用结构阻尼假设的动力学分析包括稳态响应分析和随机响应分析，其它如瞬态动力学分析则不能直接应用机构阻尼，必须依据一定的准则将其转换为等效的粘性阻尼。 在 ABAQUS中定义结构阻尼如下图所示：