有关动力分析中的阻尼问题

2016-12-21 by:CAE仿真在线来源:互联网

在Transient 分析的 Full 方法中,可用的阻尼就只有 Rayleigh 阻尼(Alphad, betad)和材料相关的阻尼(MP,DAMP),以及单元阻尼。而和材料相关的阻尼在 Full 方法中其实还是和材料相关的 Beta 阻尼。

现在有一结构,包括主体钢结构和柔索两部分组成,要求风荷载下的动力响应。但两部分结构的阻尼比和频率相差许多,分别取 1%和 0.5%,遇到问题如下:

1.有什么方法可是两部分的阻尼取值不一样?能够分别定义吗?

通过对柔索ω1=0.04Hz处ξ1=0.5%和钢结构ω1=0.4Hz处ξ1=1%来定义α,β,但是所得结果在柔索和钢结构的二阶频率处ω2处的阻尼与实际相差实在太远。又通过和材料相关的阻尼来分别定义两部分的 Beta 值,仍无法达到理想的 ξ 曲线。

不知有谁处理过类似的问题,请指教

2. 在ANSYS 手册中有:“Beta阻尼和材料阻尼在非线性分析中会导致不理想的结果。这两种阻尼要和刚度矩阵相乘,而刚度矩阵在非线性分析中是不断变化的。由此引起的阻尼变化有时会和物理结构的实际阻尼变化相反。”

而现在的情况是:若Beta 阻尼取为零,结构可正常计算; 若Beta 阻尼取到

0.002 以上,则算了几步马上就不收敛了?

两部分结构的阻尼比和频率相差许多,我的意见是用材料阻尼输入,即MP,DAMP命令。此命令虽然是材料阻尼,实际上也可以用来输入粘滞阻尼等,只是需要先作一个换算。

各种阻尼输入方式都是可以互相换算的,所以,您说:“和材料相关的阻尼在 Full 方法中其实还是和材料相关的 Beta 阻尼。”我认为是不确的,尽管形式可能相同,但实际上物理本质是不一样的,所以互相要有一定的换算才可以代入。

Rayleigh 阻尼(Alphad, betad)及全结构阻尼比还有振型阻尼比等都是对正个结构而言,所以要对不同部分输入不同的阻尼只有用MP,DAMP,及单元阻尼了。无论是粘滞阻尼还是材料阻尼都可以用MP,DAPM输入,但是相应的换算关系是不一样的,不能直接代入。您的阻尼建议您应该先考虑一下其本质,再找到最合适的阻尼本构关系,再找到相应的数值,在换算为MP,DAMP的输入数值。

模态分析,谱分析,瞬态分析。根据ANSYS的帮助文件,针对分析的不同,阻尼的输入方式也是有分别的,现归纳如下:

1、模态分析:只谈有阻尼模态分析。有三种方式可用,1)ALPHA和BETA阻尼,可由ALPHAD、BETAD命令输入;2)材料相关阻尼,可用MP,DAMP命令输入。如果采用Rayleigh阻尼,计算步骤是否应为:无阻尼模态分析,得到前两阶频率;联立方程组求解瑞利阻尼的两个系数;有阻尼分析。若采用材料相关阻尼,根据ANSYS指南有两种方法:一个是采用材料相关阻尼比,另一个为将BETA阻尼作为材料性质通过MP命令指定。问题是,若模型中包含多种材料,如:钢梁、砼板、CFST柱,此时要用MP命令一一指定么:MP,DAMP,1,…;MP,DAMP,2,…;MP,DAMP,3,…?

2、谱分析:可用的阻尼比输入形式较多,根据ANSYS指南,除单元阻尼及ALPHA阻尼均可用。所以我想可以采用最简单的DMPRAT定义,对吗?但还想问两个问题:1)若采用BETA阻尼,是采用BETAD命令还是MP,DAMP命令定义?还是两者均可?若采用BETAD,是不是定义一次

就够了,意思是全结构的阻尼而非针对某一种材料定义的?2)钢管混凝土拱桥的阻尼比该如何取值呢(0.02还是0.05)?

3、瞬态分析:ANSYS中共提供了三种方法,我需要采用完全法,因此可选的操作同有阻尼模态分析。综合ANSYS帮助及论坛中的一些帖子,采用大质量法不可用ALPHA阻尼;考虑非线性,刚度降低,不可用BETA阻尼。只剩下材料阻尼,但对材料阻尼用于瞬态分析我也比较困惑,一部分见模态分析部分,此外材料阻尼不是也要与刚度矩阵相乘么?如果BETA不可用,为什么材料阻尼可用呢?瞬态分析到底如何输入结构的阻尼呢?

此外,我对材料相关阻尼也没搞清,请问它是指由材料阻尼系数推导出的阻尼比么?那到底是材料阻尼系数的1/2呢还是acos(-1)*f*(材料阻尼系数)呢?若为后者,其中的f是哪个频率呢?(此问题有些重复,请原谅。但兄弟愚钝,一直没有找到答案。旧事重提,惭愧!)

在ANSYS中用Full(完全)积分法做瞬态分析时,用阻尼比定义的阻尼都被程序忽略掉了,那么许多时候我们需要用一个全结构的阻尼比去做full法的瞬态分析计算时,一个简单的办法是用阻尼与阻尼来逼近一个常数阻尼比。已知结构总阻尼比是 ,则用两个频率点上阻尼与阻尼产生的等效阻尼比之和与其相等,就可以求出近似的阻尼与阻尼系数,选定与 ,用公式计算出和 ,用命令ALPHD与BETAD来输入。

上述用ALPHD和BETAD来输入阻尼系数,只有当结构的各个组成部分的阻尼比相同时才适用,当结构由阻尼比不同的子结构组成时,只能用MP,DAMP命令定义材料阻尼系数,材料阻尼系数与粘性阻尼比的换算关系是: ,式中为材料阻尼系数, 为阻尼比。在你的问题中,分别求出钢结构和柔索的材料阻尼系数,用MP,DAMP输入即可

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