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ABAQUS瑞利阻尼

关于ABAQUS中的质量比例阻尼总结论:ABAQUS中的质量比例阻尼是和绝对速度有关的,即质量比例阻尼产生的阻尼力由绝对速度引起。

以阻尼系数表达的阻尼,产生的阻尼力由相对速度引起。

Abaqus Analysis User's Manual—Mass proportional damping:The factor introduces damping forces caused by the absolute velocities of the model and so simulates the idea of the model moving through a viscous “ether” (a permeating, still fluid, so that any motion of any point in the model causes damping).帮助手册也说明了质量比例阻尼是和绝对速度有关。

问题:1、应用直接积分法进行时程分析,地震波一般以边界条件的形式加到支座处,结构阻尼只能使用Rayleigh阻尼,而这时产生的阻尼力是绝对速度产生的,而运动方程中的阻尼项产生的阻尼力是与相对速度有关。

2、SAP2000中施加地震波,支座处相对位移为0,绝对位移不为0,其相对位移相对哪一点来说的?算例:单自由度体系,如图(1),质量m=,k=1N/m,阻尼比ξ=,对应的阻尼系数c=,若应用直接积分法进行时程分析,结构的阻尼需要转换成Rayleigh阻尼,使用如下公式:22nnnβωαξω=+如果只使用质量比例阻尼(结构只有一阶振型),即2nnαξω=,容易得出α=。

.图(1)情况(1):在ABAQUS中用spring单元模拟竖向的直杆,水平刚度k=1N/m,采用Rayleigh阻尼,通过*mass,alpha=(质量比例阻尼)施加,地震波需用Elcentrol波,以边界条件的形式加在支座处(竖向杆下端)。

为了作对比,在SAP2000中的结构阻尼在分析工况中以质量比例阻尼的形式施加。

MATLAB中变成使用NewMark-beta方法。

三者质量的相对位移时程对比如下:图(2)质量点相对位移时程对比图(3)质量点绝对位移时程对比图(4)支座位移时程对比结论:质量点相对位移时程SAP2000与MATLAB重合很好,ABAQUS与两者差别较大;SAP2000与ABAQUS在支座处得位移时程重合很好。

情况(2):在ABAQUS中用spring单元模拟竖向的直杆,水平刚度k=1N/m,采用Rayleigh阻尼,通过*mass,alpha=(质量比例阻尼)施加,地震波需用Elcentrol波,以惯性力的形式加质量点处。

SAP2000的参数设置同情况(1)。

三者质量的相对位移时程对比如下:图(5)质量点相对位移时程对比图(6)质量点绝对位移时程对比图(7)支座位移时程对比结论:质量点相对位移时程SAP2000与MATLAB及ABAQUS 重合很好,几乎完全一致。

情况(3):在ABAQUS中用spring单元模拟竖向的直杆,水平刚度k=1N/m,采用阻尼器模拟结构阻尼,通过*dashpot施加阻尼系数c=,地震波需用Elcentrol波,以边界条件的形式加在支座处(竖向杆下端)。

SAP2000的参数设置:结构阻尼在连接单元的属性中施加阻尼阻,尼系数c=。

图(8)质量点相对位移时程对比图(9)质量点绝对位移时程对比图(10)支座位移时程对比结论:位移时程SAP2000与MATLAB及ABAQUS重合很好,几乎完全一致。

情况(4):在ABAQUS中用spring单元模拟竖向的直杆,水平刚度k=1N/m,采用阻尼器模拟结构阻尼,通过*dashpot施加阻尼系数c=,地震波需用Elcentrol波,以惯性力的形式加质量点处。

SAP2000的参数设置:结构阻尼在连接单元的属性中施加阻尼阻,尼系数c=。

图(11)质量点相对位移时程对比图(12)质量点绝对位移时程对比图(13)支座位移时程对比结论:质量点相对位移时程SAP2000与MATLAB及ABAQUS 重合很好,几乎完全一致。

情况(5):含阻尼器结构体系不变,结构阻尼采用质量比例阻尼,alpha=。

在质量点水平方向加入阻尼器,采用Maxwell模型,在ABAQUS中用spring 单元和dashpot单元模拟,如图(14)。

阻尼器参数为c d=,弹簧刚度k d =1。

地震波需用Elcentrol波,以惯性力的形式加质量点处。

图(14)在SAP2000中的结构阻尼在分析工况中以质量比例阻尼的形式施加。

图(15)质量点相对位移时程对比图(16)阻尼力滞回曲线对比结论:SAP2000与ABAQUS重合很好,几乎完全一致,MATLAB 与前两者略有差别。

情况(6):含阻尼器结构体系不变,结构阻尼采用质量比例阻尼,alpha=。

在质量点水平方向加入阻尼器,采用Maxwell模型,在ABAQUS中用spring 单元和dashpot单元模拟,如图(14)。

阻尼器参数为c d=,弹簧刚度k d =1。

地震波需用Elcentrol波,以边界条件的形式加在支座处(竖向杆下端),另外,水平阻尼器右端的支座固定。

图(17)质量点相对位移时程对比图(18)阻尼力滞回曲线对比结论:ABAQUS与其他两者差别较大。

情况(7):含阻尼器结构体系不变,结构阻尼采用质量比例阻尼,alpha=。

在质量点水平方向加入阻尼器,采用Maxwell模型,在ABAQUS中用spring 单元和dashpot单元模拟,如图(14)。

阻尼器参数为c d=,弹簧刚度k d =1。

地震波需用Elcentrol波,以边界条件的形式加在支座处(竖向杆下端),另外,水平阻尼器右端的支座也加地震波。

结论:三者有差别,没有情况(5)吻合的好ABAQUS响应的INPUT文件如下:情况(1)*Heading不含阻尼器,采用质量比例阻尼,地震波以边界条件施加*Node1,0,02,0,1*Nset,Nset=Nout1,2*Element,Type=Mass,Elset=PointMass1,2*Mass,Elset=PointMass,alpha=*Element,Type=SPRING2,Elset=spring2,1,2*SPRING,ELSET=spring1,11*Boundary1,1,6**Step1:Gravity*STEP,NAME=GravitySTEP1:Gravity*Static,1,1e-5,1*Dload,GRAV,0,*Output,FIELD, VARIABLE=PRESELECT*END STEP**Step2:Modal*Step,Name=ModalAnalysis,PERTURBATIONStep2:Modal anlysis*Frequency3*Output,Field,Variable=Preselect*End Step**Step3:Earthquake*Step,Name=TimeHistory,Inc=2000,NLGEOMStep3:Earthquake*Dynamic,HAFTOL=,ALPHA=0,30,0,*Amplitude,Name=Earthquake,Input=*Boundary,op=Mod,Type=Acceleration,Amplitude=Earthquake 1,1,1,1E-2*Output, field, variable=PRESELECT*Output, history,FREQUENCY=1*Node Output,Nset=NoutU1,U2,RF*Element Output,Elset=springS11,E11*End Step情况(2)*Heading不含阻尼器,采用质量比例阻尼,地震波以惯性力形式施加*Node1,0,02,0,1*Nset,Nset=Nout1,2*Element,Type=Mass,Elset=PointMass1,2*Mass,Elset=PointMass,alpha=*Element,Type=SPRING2,Elset=spring2,1,2*SPRING,ELSET=spring1,11*Boundary1,1,6**Step1:Gravity*STEP,NAME=GravitySTEP1:Gravity*Static,1,1e-5,1*Dload,GRAV,0,*Output,FIELD, VARIABLE=PRESELECT*END STEP**Step2:Modal*Step,Name=ModalAnalysis,PERTURBATIONStep2:Modal anlysis*Frequency3*Output,Field,Variable=Preselect*End Step**Step3:Earthquake*Step,Name=TimeHistory,Inc=2000,NLGEOMStep3:Earthquake*Dynamic,HAFTOL=,ALPHA=0,30,0,*Amplitude,Name=Earthquake,Input=*Cload,Amplitude=Earthquake2,1,*Output, field, variable=PRESELECT*Output, history,FREQUENCY=1*Node Output,Nset=NoutU1,U2,RF*Element Output,Elset=springS11,E11*End Step情况(3)*Heading不含阻尼器,采用阻尼器模拟结构阻尼,地震波以边界条件形式施加*Node1,0,02,0,1*Nset,Nset=Nout1,2*Element,Type=Mass,Elset=PointMass1,2*Mass,Elset=PointMass*Element,Type=SPRING2,Elset=spring2,1,2*SPRING,ELSET=spring1,11*Element,Type=DASHPOT2,Elset=dashpot3,1,2*DASHPOT, ELSET=dashpot1,1*Boundary1,1,6**Step1:Gravity*STEP,NAME=GravitySTEP1:Gravity*Static,1,1e-5,1*Dload,GRAV,0,*Output,FIELD, VARIABLE=PRESELECT*END STEP**Step2:Modal*Step,Name=ModalAnalysis,PERTURBATIONStep2:Modal anlysis*Frequency3*Output,Field,Variable=Preselect*End Step**Step3:Earthquake*Step,Name=TimeHistory,Inc=2000,NLGEOMStep3:Earthquake*Dynamic,HAFTOL=,ALPHA=0,30,0,*Amplitude,Name=Earthquake,Input=*Boundary,op=Mod,Type=Acceleration,Amplitude=Earthquake1,1,1,1E-2*Output, field, variable=PRESELECT*Output, history,FREQUENCY=1*Node Output,Nset=NoutU1,U2,RF*Element Output,Elset=springS11,E11*End Step情况(4)*Heading不含阻尼器,采用阻尼器模拟结构阻尼,地震波以惯性力形式施加*Node1,0,02,0,1*Nset,Nset=Nout1,2*Element,Type=Mass,Elset=PointMass1,2*Mass,Elset=PointMass*Element,Type=SPRING2,Elset=spring2,1,2*SPRING,ELSET=spring1,11*Element,Type=DASHPOT2,Elset=dashpot3,1,2*DASHPOT, ELSET=dashpot1,1*Boundary1,1,6**Step1:Gravity*STEP,NAME=GravitySTEP1:Gravity*Static,1,1e-5,1*Dload,GRAV,0,*Output,FIELD, VARIABLE=PRESELECT*END STEP**Step2:Modal*Step,Name=ModalAnalysis,PERTURBATIONStep2:Modal anlysis*Frequency3*Output,Field,Variable=Preselect*End Step**Step3:Earthquake*Step,Name=TimeHistory,Inc=2000,NLGEOMStep3:Earthquake*Dynamic,HAFTOL=,ALPHA=0,30,0,*Amplitude,Name=Earthquake,Input=*Cload,Amplitude=Earthquake2,1,*Output, field, variable=PRESELECT*Output, history,FREQUENCY=1*Node Output,Nset=NoutU1,U2,RF*Element Output,Elset=springS11,E11*End Step情况(5)*HeadingMaxwell模型阻尼器模拟,地震力以惯性力形式施加,采用质量比例阻尼*Node1,0,02,0,13,,14,1,1*Nset,Nset=Nout1,2,4*Element,Type=Mass,Elset=PointMass1,2*Mass,Elset=PointMass,alpha=*Element,Type=SPRING2,Elset=spring_12,1,2*SPRING,ELSET=spring_11,11**定义阻尼器的属性,用Spring和Dashpot单元*Element,Type=SPRINGA,Elset=spring_23,3,4*Spring,Elset=spring_21*Element,Type=DASHPOTA,Elset=dashpot 4,2,3*DASHPOT, ELSET=dashpot*Boundary1,1,64,1,6**Step1:Gravity*STEP,NAME=GravitySTEP1:Gravity*Static,1,1e-5,1*Dload,GRAV,0,*Output,FIELD, VARIABLE=PRESELECT*END STEP*Step,Name=ModalAnalysis,PERTURBATION Step2:Modal anlysis*Frequency3*Output,Field,Variable=Preselect*End Step**Step3:Earthquake*Step,Name=TimeHistory,Inc=2000,NLGEOM Step3:Earthquake*Dynamic,HAFTOL=,ALPHA=0,30,0,*Amplitude,Name=Earthquake,Input=*Cload,Amplitude=Earthquake2,1,*Output, field, variable=PRESELECT*Output, history,FREQUENCY=1*Node Output,Nset=NoutU1,U2,RF*Element Output,Elset=spring_1S11,E11*Element Output,Elset=spring_2S11,E11*Element Output,Elset=dashpotS11,E11,ER11*End Step情况(6)*HeadingMaxwell模型阻尼器模拟,地震力以边界形式施加,采用质量比例阻尼*Node1,0,02,0,13,,14,1,1*Nset,Nset=Nout1,2,4*Element,Type=Mass,Elset=PointMass1,2*Mass,Elset=PointMass,alpha=*Element,Type=SPRING2,Elset=spring_12,1,2*SPRING,ELSET=spring_11,11**定义阻尼器的属性,用Spring和Dashpot单元*Element,Type=SPRINGA,Elset=spring_23,3,4*Spring,Elset=spring_21*Element,Type=DASHPOTA,Elset=dashpot4,2,3*DASHPOT, ELSET=dashpot*Boundary1,1,64,1,6**Step1:Gravity*STEP,NAME=GravitySTEP1:Gravity*Static,1,1e-5,1*Dload,GRAV,0,*Output,FIELD, VARIABLE=PRESELECT*END STEP*Step,Name=ModalAnalysis,PERTURBATIONStep2:Modal anlysis*Frequency3*Output,Field,Variable=Preselect*End Step**Step3:Earthquake*Step,Name=TimeHistory,Inc=2000,NLGEOMStep3:Earthquake*Dynamic,HAFTOL=,ALPHA=0,30,0,*Amplitude,Name=Earthquake,Input=*Boundary,op=Mod,Type=Acceleration,Amplitude=Earthquake1,1,1,1E-2*Output, field, variable=PRESELECT*Output, history,FREQUENCY=1*Node Output,Nset=NoutU1,U2,RF*Element 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variable=PRESELECT*Output, history,FREQUENCY=1*Node Output,Nset=NoutU1,U2,RF*Element Output,Elset=spring_1S11,E11*Element Output,Elset=spring_2S11,E11*Element Output,Elset=dashpotS11,E11,ER11*End Step。

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