ABAQUS阻尼详解一二

首先得说一下,什么是阻尼?

If an undamped structure is allowed to vibrate freely, the magnitude of the oscillation is constant. In reality, however, energy is dissipated by the structure's motion, and the magnitude of the oscillation decreases until the oscillation stops. This energy dissipation is known as damping.(这个是摘自abaqus帮助中的话)

如果允许无阻尼结构自由振动,则振动的幅度是恒定的。然而,实际上,能量通过结构的运动而耗散,并且振荡的幅度减小直到振荡停止。这种能量耗散称为阻尼。(这个是根据原文谷歌翻译的,可能不是很通顺,凑合看吧)

继续翻译几段帮助的话:

The dissipation of energy is caused by a number of effects, including friction at the joints of the structure and localized material hysteresis. Damping is a convenient way of including the important absorption of energy without modeling the effects in detail.

能量耗散是由多种效应引起的,包括结构接头处的摩擦和局部材料滞后。阻尼是一种方便的方法,可以在不详细模拟效果的情况下包含重要的能量吸收。

In Abaqus/Standard the eigenmodes are calculated for the undamped system, yet most engineering problems involve some kind of damping, however small.

在 Abaqus/Standard 中,本征模式是针对无阻尼系统计算的,但大多数工程问题都涉及某种阻尼,无论阻尼有多小。

(继续抄帮助)

向模型添加阻尼有两个原因:限制数值振荡或向系统添加物理阻尼。Abaqus/Explicit 提供了几种阻尼引入分析的方法。


Bulk viscosity(体积粘度)

体积粘度引入了与体积应变相关的阻尼。其目的是改进高速动态事件的建模。Abaqus/Explicit 包含体积粘度的线性和二次形式。你可以修改步骤定义中的默认体积粘度参数,但是很少需要这样做。体积粘度压力不包括在材料点应力中,因为它仅作为数值效应。因此,它不被视为材料本构响应的一部分。

 关于体积粘度的详细介绍大家可以查帮助,我这里给大家截个图,或者大家也可以看我最下面链接里的PDF文件

ABAQUS阻尼详解一二的图1

ABAQUS阻尼详解一二的图2


粘性压力(Viscous pressure

粘性压力载荷通常用于结构问题和准静态问题,以抑制低频动态效应,从而以最少的增量达到静态平衡。

ABAQUS阻尼详解一二的图3

ABAQUS阻尼详解一二的图4


材料阻尼(Material damping)

材料模型本身可以以塑性耗散或粘弹性的形式提供阻尼。对于许多应用,这种阻尼可能就足够了。另一种选择是使用瑞利阻尼。有两个与瑞利阻尼相关的阻尼因子:αR 表示质量比例阻尼,βR 表示刚度比例阻尼。质量比例阻尼主要用于消除低阶振荡,刚度比例阻尼主要用于消除高阶振荡。

ABAQUS阻尼详解一二的图5

ABAQUS阻尼详解一二的图6


离散缓冲器(Discrete dashpots)

还有一种选择是定义单个的阻尼器元素。每个阻尼元件提供的阻尼力与其两个节点的相对速度成正比。这种方法的优点是,它使您只能在您认为有必要的地方应用阻尼。阻尼器应始终与其他元件平行使用,如弹簧或桁架,以便它们不会导致稳定性极限的显著降低。接下来就开始讲讲阻尼器:abaqus的阻尼器一般指弹簧(Spring)和阻尼器(dashpot),一般你百度基本上也就告诉你这两个,另外我了解到的还有另外一类叫粘滞阻尼器(这一类好像在土木中会用到,其实咱们机械中液压缸也可以用定义为该阻尼器)

由于本人比较懒,所以直接拿上次悬臂梁的模型来演示了。首先看一下未添加任何阻尼器的计算结果,最大的变形量为0.857mm。

ABAQUS阻尼详解一二的图7


接地弹簧

弹簧和阻尼器都是在Interacting模块中,然后在最上面的Special-Springs/dashpots中建立

ABAQUS阻尼详解一二的图8


选择下面的Connect points to ground(Standard)

ABAQUS阻尼详解一二的图9

然后选择梁右侧断面底部的顶点,然后鼠标中键确认,弹簧刚度随便设置一个,我这边随便填了1000,然后坐标系选择原始的坐标系,自由度选择1,同样的再设置另外一个点。

ABAQUS阻尼详解一二的图10

ABAQUS阻尼详解一二的图11


其余设置和之前的一样,查看结果可以看到变形量为0.387mm,查看应力可以看到两个端点受到的应力最大

ABAQUS阻尼详解一二的图12

ABAQUS阻尼详解一二的图13


两点弹簧

操作和接地弹簧类似,但是首先要先建两个点,然后再定义点集,同样设置弹簧系数为1000。

ABAQUS阻尼详解一二的图14ABAQUS阻尼详解一二的图15

ABAQUS阻尼详解一二的图16


提交计算,查看结果可得:最大的变形量为0.383mm,查看应力可以看到两个端点受到的应力最大

ABAQUS阻尼详解一二的图17

ABAQUS阻尼详解一二的图18


 我这个案例中,两点弹簧和接地弹簧的结果一样,因为选择的点近似接地,但是在实际工作中两点弹簧的应用场景大多数是两个零件之间添加弹簧,那样就不会出现这种情况了。


这个再介绍一下非线性弹簧的设置

从整个计算文件夹中找到INP文件,用记事本打开(也可以用专业的软件打开),ctrl+F,输入Spring查找到

*Spring, elset=Springs/Dashpots-1-spring


1000.

*Element, type=SpringA, elset=Springs/Dashpots-1-spring

1, Geom-1.16676, 1

*Spring, elset=Springs/Dashpots-2-spring


1000.

*Element, type=SpringA, elset=Springs/Dashpots-2-spring

2, Geom-1.11, 2

然后将其改为

*Spring, elset=Springs/Dashpots-1-spring,nonlinear

1,1
0,0
13465,0.00005
15171,0.0001
17734,0.00025
19980,0.0005
21417,0.00075
22497,0.001
23467,0.00128

*Element, type=Spring2, elset=Springs/Dashpots-1-spring

1, Geom-1.16676, 1

*Spring, elset=Springs/Dashpots-2-spring,nonlinear

1,1
0,0
13465,0.00005
15171,0.0001
17734,0.00025
19980,0.0005
21417,0.00075
22497,0.001
23467,0.00128

*Element, type=Spring2, elset=Springs/Dashpots-2-spring

2, Geom-1.11, 2


其中在第一句语句后面添加了nonlinear;

第二句语句代表方向均为1方向;

接下来的为弹簧力和位移的数据;

弹簧种类由SpringA改为Spring2;(该段是直接copy的公众号文章中的)


查看计算结果

ABAQUS阻尼详解一二的图19

ABAQUS阻尼详解一二的图20


阻尼器

所有的操作和弹簧的设置是一样的,唯一的区别就是在设置参数处,将上面的弹性系数勾掉,然后勾选下面的阻尼系数,同样设置1000。

ABAQUS阻尼详解一二的图21

提交计算,得到最大的变形量为0.382mm,查看应力可以看到两个端点受到的应力最大

ABAQUS阻尼详解一二的图22ABAQUS阻尼详解一二的图23


弹簧+阻尼器

细心的可以发现,其实弹簧系数和阻尼系数都可以勾上,关于其具体实际工程意义,建议大家自己去研究。后处理我这里就不赘述了。

ABAQUS阻尼详解一二的图24



关于弹性系数和阻尼系数的设置都是根据实际来的,我这里不代表任何实际的工程意义。在Interaction模块中设置弹簧系数后,大家可以看到边上会出现K的字样,而设置阻尼系数后,边上会出现C的字样,而且在后处理中会有显示弹簧和阻尼器的示意图。这里不得不提一下接地弹簧和接地阻尼器的显示,在abaqus中他只在Interaction中有显示,但是在后处理中是不现实的,而且在Interaction中显示就是一个球,这个一度让我以为是显示错误,因为在WB中不管接地弹簧还是两点弹簧,都有显示弹簧的标志,害我研究了好几天。

这个很多人可能在后处理中发现,我这个弹簧或阻尼器没有显示出来,这个因为没有设置显示Connector,默认全勾选上。

ABAQUS阻尼详解一二的图25


滞阻尼器

粘滞阻尼器是根据流体运动,特别是当流体通过节流孔时会产生粘滞阻力的原理而制成的,是一种与刚度、速度相关型阻尼器。一般由油缸、活塞、活塞杆、衬套、介质、销头等部分组成,活塞可以在油缸内作往复运动,活塞上设有阻尼结构,油缸内装满流体阻尼介质。

粘滞阻尼器工作原理:活塞将缸体一分为二,活塞在缸体内往复运动过程中,阻尼介质在两个分隔腔体内灵敏活动,介质的分子间,介质与活塞产生剧烈的粘滞,介质在经过活塞孔时产生巨大的节省阻尼,这些效果的合力成为阻尼力。活动中产生的阻尼力,将地震动能,经过活塞在阻尼介质中的往复运动转化为热量耗散掉,使活塞运动速度逐渐下降,抵达阻尼耗能的意图。


粘滞阻尼器特征:粘滞阻尼器是一种无刚度的速度型粘滞阻尼器,工作时不会改动结构的固有动力特性,只对结构供给附加阻尼,阻尼力—位移滞回曲线饱满近似矩形,使其具有安稳的动力特性和很强的耗能才干。粘滞阻尼器能够用于修建结构的基础隔震层,也可用于上部结构,因此在修建减震结构中运用极为广泛。

因为粘滞阻尼器是一种无刚度的速度型粘滞阻尼器,工作时不会改动结构的固有动力特性,其只对结构供给附加阻尼,阻尼力一位移滞回曲线饱满近似矩形,使其具有安稳的动力特性和很强的耗能才干。(厚颜无耻的抄了几段人家公司的产品介绍)

说实话,应该是我孤陋寡闻,我也是第一次听说这个名词。后来在网上搜了不少相关的资料,这个属于消能减震器,主要应用在建筑行业,但是其实机械行业应该也有在用的,可能还是我接触的比较少,大家有兴趣的可以自己去了解一下。

下面介绍一下其主要操作:

定义参数

在Interaction模块中,最上栏找到Connector-Section-Create

ABAQUS阻尼详解一二的图26


也可以从左侧功能栏点击

ABAQUS阻尼详解一二的图27

ABAQUS阻尼详解一二的图28


Connector的功能应该在多体动力学中应用比较广泛,由于我还没接触这块的内容,因此也不敢介绍太多。大家有兴趣的可以自己找相关的资料。

ABAQUS阻尼详解一二的图29

ABAQUS阻尼详解一二的图30


这里面的具体参数得根据厂家给的参数来输入,相信能用到这个功能的,手里应该也有相应的数据。也有耦合的设置,这块有需求的自己看帮助吧。

ABAQUS阻尼详解一二的图31


创建特征

Interacion→Connector→Geometry,然后选择需要建立阻尼器的两个参考点。

ABAQUS阻尼详解一二的图32

ABAQUS阻尼详解一二的图33


赋值属性

Interacion→Connector→Assignment(或者选择右侧菜单),选择右下角Sets,选择上面的特征,选择坐标系。

ABAQUS阻尼详解一二的图34ABAQUS阻尼详解一二的图35ABAQUS阻尼详解一二的图36ABAQUS阻尼详解一二的图37


关于结果和后处理,我这里就不详说了,每个分析都不一样,大家根据自己的需求去设置要输出的参数。



断断续续的,这个阻尼搞了一个多月。期间查找了很多资料,帮助文档、公众号等搜了一大堆,有不少被我保存成PDF文档,然后前段时间看到有公众号也分享ANSYS关于阻尼的官方课件,然后又将其翻译了一下。然后将所有我觉得还可以的资料汇集成一个66页的PDF。这次搞个收费吧,其实你要是想深入研究,这些资料在网上自己都能慢慢找到,我做的就是稍微整合了一下而已,大部分情况下,我上面介绍的已经基本上够用了。

ABAQUS阻尼详解一二的图38

ABAQUS

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