应用 | ANSYS中的阻尼介绍

2017-03-10  by:CAE仿真在线  来源:互联网

1. 比例阻尼

最常用也是比较简单的阻尼大概是Rayleigh阻尼,又称为比例阻尼。它是多数实用动力分析的首选,对许多实际工程应用也是足够的。在ANSYS里,它就是阻尼与阻尼之和,分别用ALPHD与BETAD命令输入。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来用作输入。

尽管阻尼与阻尼概念简单明确,在使用中也要小心一些可能的误区。首先,阻尼与质量有关,主要影响低阶振型,而阻尼与刚度有关,主要影响高阶振型;如果要做的是非线性瞬态分析,同时刚度变化很大时,那么使用阻尼很可能会造成收敛上的困难;一样的理由,有时在使用一些计算技巧时,比如行波效应分析的大质量法,加上了虚假的大人工质量,那么就不可以使用阻尼。同样,在模型里加上了刚性连接时,也应该检查一下阻尼会不会造成一些虚假的计算结果。

2.粘性阻尼比

粘性阻尼表现为类似物体在粘性流体中运动时的阻力,与速度成正比。

粘性阻尼力:

对单自由度系统,c就是粘性阻尼系数,对多自由度系统,就是阻尼矩阵[C]。[C]是定义结构阻尼特性的最基本形式,然而对粘性阻尼,很少有直接定义阻尼阵[C]的,阻尼比才是定义粘性阻尼最简捷的方法。在ANSYS中,既可以定义在结构坐标系下的全结构阻尼比(DMPRAT命令),也可以在模态坐标下对各个模态定义各自的模态阻尼比(MDAMP命令)。ANSYS最终计算的各模态相应的模态阻尼比是MDAMP定义的模态阻尼比与DMPRAT定义的全结构阻尼比的叠加。

DMPRAT与MDAMP都是只对响应谱分析、谐分析及使用模态叠加法的瞬态分析有效,它们所对应的阻尼阵[C]是随频率不同而变化的阻尼阵。已知模态阻尼比后,则对应的阻尼阵[C]用式求出。与输入的模态阻尼比对应的阻尼矩阵。其中是第i个振型向量,是对应的模态频率。

值得注意的是上述公式只有理论意义,在振型叠加中是直接使用定义的振型阻尼比与全结构阻尼比。所以在做Full(完全)积分法的瞬态分析时,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间,(如一些规范上规定某些结构可以用0.005~0.05的阻尼比做分析),该怎么办呢?这时候一个简单的办法是用阻尼与阻尼来逼近一个常数阻尼比。

图1 用ALPHD与BETAD来拟合常数阻尼比

选定与,就可以用相应公式计算出做输入用的ALPHD与BETAD值来。

3.材料阻尼

与其它几种阻尼不同的是,材料阻尼是在材料参数里面进行定义的(命令:MP,DAMP),材料阻尼又叫滞回阻尼,其最显著的特点是与结构响应频率无关。

图2 两种阻尼与频率的关系

许多文献上常把它写成复数刚度的形式:。其中k是结构刚度,,称做材料阻尼系数(又叫结构阻尼系数)。

在单自由度情况,质量m做简谐振动时,(c是对应的粘性阻尼系数),因此得到对应的阻尼比为:

在ANSYS里,它是刚度矩阵的乘子,产生的阻尼阵是各材料对应刚度的加权和。

很明显,它对应的阻尼阵[C]是可以对角化的,所以既能在full(完全)法瞬态分析中使用,也可以在振型叠加法分析中使用。上面介绍了ANSYS在做Full积分的瞬态分析时,用阻尼比定义的阻尼都被程序忽略掉,在许多时候,已知的是粘性阻尼的阻尼比,又要做full法的瞬态分析,那怎么办?此时一种办法是把粘性阻尼比换算为材料阻尼系数再用MP,DAMP输入。材料阻尼系数与粘性阻尼比的换算关系是: ,在单自由度情况下:(c是粘性阻尼系数)。

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