ABAQUS阻尼詳解一二

首先得說一下,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.(這個是摘自abaqus幫助中的話)

如果允許無阻尼結(jié)構(gòu)自由振動,則振動的幅度是恒定的。然而,實際上,能量通過結(jié)構(gòu)的運動而耗散,并且振蕩的幅度減小直到振蕩停止。這種能量耗散稱為阻尼。(這個是根據(jù)原文谷歌翻譯的,可能不是很通順,湊合看吧)

繼續(xù)翻譯幾段幫助的話:

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.

能量耗散是由多種效應(yīng)引起的,包括結(jié)構(gòu)接頭處的摩擦和局部材料滯后。阻尼是一種方便的方法,可以在不詳細模擬效果的情況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,本征模式是針對無阻尼系統(tǒng)計算的,但大多數(shù)工程問題都涉及某種阻尼,無論阻尼有多小。

(繼續(xù)抄幫助)

向模型添加阻尼有兩個原因:限制數(shù)值振蕩或向系統(tǒng)添加物理阻尼。Abaqus/Explicit 提供了幾種阻尼引入分析的方法。


Bulk viscosity(體積粘度)

體積粘度引入了與體積應(yīng)變相關(guān)的阻尼。其目的是改進高速動態(tài)事件的建模。Abaqus/Explicit 包含體積粘度的線性和二次形式。你可以修改步驟定義中的默認體積粘度參數(shù),但是很少需要這樣做。體積粘度壓力不包括在材料點應(yīng)力中,因為它僅作為數(shù)值效應(yīng)。因此,它不被視為材料本構(gòu)響應(yīng)的一部分。

 關(guān)于體積粘度的詳細介紹大家可以查幫助,我這里給大家截個圖,或者大家也可以看我最下面鏈接里的PDF文件

ABAQUS阻尼詳解一二的圖1

ABAQUS阻尼詳解一二的圖2


粘性壓力(Viscous pressure

粘性壓力載荷通常用于結(jié)構(gòu)問題和準靜態(tài)問題,以抑制低頻動態(tài)效應(yīng),從而以最少的增量達到靜態(tài)平衡。

ABAQUS阻尼詳解一二的圖3

ABAQUS阻尼詳解一二的圖4


材料阻尼(Material damping)

材料模型本身可以以塑性耗散或粘彈性的形式提供阻尼。對于許多應(yīng)用,這種阻尼可能就足夠了。另一種選擇是使用瑞利阻尼。有兩個與瑞利阻尼相關(guān)的阻尼因子:αR 表示質(zhì)量比例阻尼,βR 表示剛度比例阻尼。質(zhì)量比例阻尼主要用于消除低階振蕩,剛度比例阻尼主要用于消除高階振蕩。

ABAQUS阻尼詳解一二的圖5

ABAQUS阻尼詳解一二的圖6


離散緩沖器(Discrete dashpots)

還有一種選擇是定義單個的阻尼器元素。每個阻尼元件提供的阻尼力與其兩個節(jié)點的相對速度成正比。這種方法的優(yōu)點是,它使您只能在您認為有必要的地方應(yīng)用阻尼。阻尼器應(yīng)始終與其他元件平行使用,如彈簧或桁架,以便它們不會導致穩(wěn)定性極限的顯著降低。接下來就開始講講阻尼器:abaqus的阻尼器一般指彈簧(Spring)和阻尼器(dashpot),一般你百度基本上也就告訴你這兩個,另外我了解到的還有另外一類叫粘滯阻尼器(這一類好像在土木中會用到,其實咱們機械中液壓缸也可以用定義為該阻尼器)

由于本人比較懶,所以直接拿上次懸臂梁的模型來演示了。首先看一下未添加任何阻尼器的計算結(jié)果,最大的變形量為0.857mm。

ABAQUS阻尼詳解一二的圖7


接地彈簧

彈簧和阻尼器都是在Interacting模塊中,然后在最上面的Special-Springs/dashpots中建立

ABAQUS阻尼詳解一二的圖8


選擇下面的Connect points to ground(Standard)

ABAQUS阻尼詳解一二的圖9

然后選擇梁右側(cè)斷面底部的頂點,然后鼠標中鍵確認,彈簧剛度隨便設(shè)置一個,我這邊隨便填了1000,然后坐標系選擇原始的坐標系,自由度選擇1,同樣的再設(shè)置另外一個點。

ABAQUS阻尼詳解一二的圖10

ABAQUS阻尼詳解一二的圖11


其余設(shè)置和之前的一樣,查看結(jié)果可以看到變形量為0.387mm,查看應(yīng)力可以看到兩個端點受到的應(yīng)力最大

ABAQUS阻尼詳解一二的圖12

ABAQUS阻尼詳解一二的圖13


兩點彈簧

操作和接地彈簧類似,但是首先要先建兩個點,然后再定義點集,同樣設(shè)置彈簧系數(shù)為1000。

ABAQUS阻尼詳解一二的圖14ABAQUS阻尼詳解一二的圖15

ABAQUS阻尼詳解一二的圖16


提交計算,查看結(jié)果可得:最大的變形量為0.383mm,查看應(yīng)力可以看到兩個端點受到的應(yīng)力最大

ABAQUS阻尼詳解一二的圖17

ABAQUS阻尼詳解一二的圖18


 我這個案例中,兩點彈簧和接地彈簧的結(jié)果一樣,因為選擇的點近似接地,但是在實際工作中兩點彈簧的應(yīng)用場景大多數(shù)是兩個零件之間添加彈簧,那樣就不會出現(xiàn)這種情況了。


這個再介紹一下非線性彈簧的設(shè)置

從整個計算文件夾中找到INP文件,用記事本打開(也可以用專業(yè)的軟件打開),ctrl+F,輸入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

然后將其改為

*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


其中在第一句語句后面添加了nonlinear;

第二句語句代表方向均為1方向;

接下來的為彈簧力和位移的數(shù)據(jù);

彈簧種類由SpringA改為Spring2;(該段是直接copy的公眾號文章中的)


查看計算結(jié)果

ABAQUS阻尼詳解一二的圖19

ABAQUS阻尼詳解一二的圖20


阻尼器

所有的操作和彈簧的設(shè)置是一樣的,唯一的區(qū)別就是在設(shè)置參數(shù)處,將上面的彈性系數(shù)勾掉,然后勾選下面的阻尼系數(shù),同樣設(shè)置1000。

ABAQUS阻尼詳解一二的圖21

提交計算,得到最大的變形量為0.382mm,查看應(yīng)力可以看到兩個端點受到的應(yīng)力最大

ABAQUS阻尼詳解一二的圖22ABAQUS阻尼詳解一二的圖23


彈簧+阻尼器

細心的可以發(fā)現(xiàn),其實彈簧系數(shù)和阻尼系數(shù)都可以勾上,關(guān)于其具體實際工程意義,建議大家自己去研究。后處理我這里就不贅述了。

ABAQUS阻尼詳解一二的圖24



關(guān)于彈性系數(shù)和阻尼系數(shù)的設(shè)置都是根據(jù)實際來的,我這里不代表任何實際的工程意義。在Interaction模塊中設(shè)置彈簧系數(shù)后,大家可以看到邊上會出現(xiàn)K的字樣,而設(shè)置阻尼系數(shù)后,邊上會出現(xiàn)C的字樣,而且在后處理中會有顯示彈簧和阻尼器的示意圖。這里不得不提一下接地彈簧和接地阻尼器的顯示,在abaqus中他只在Interaction中有顯示,但是在后處理中是不現(xiàn)實的,而且在Interaction中顯示就是一個球,這個一度讓我以為是顯示錯誤,因為在WB中不管接地彈簧還是兩點彈簧,都有顯示彈簧的標志,害我研究了好幾天。

這個很多人可能在后處理中發(fā)現(xiàn),我這個彈簧或阻尼器沒有顯示出來,這個因為沒有設(shè)置顯示Connector,默認全勾選上。

ABAQUS阻尼詳解一二的圖25


滯阻尼器

粘滯阻尼器是根據(jù)流體運動,特別是當流體通過節(jié)流孔時會產(chǎn)生粘滯阻力的原理而制成的,是一種與剛度、速度相關(guān)型阻尼器。一般由油缸、活塞、活塞桿、襯套、介質(zhì)、銷頭等部分組成,活塞可以在油缸內(nèi)作往復運動,活塞上設(shè)有阻尼結(jié)構(gòu),油缸內(nèi)裝滿流體阻尼介質(zhì)。

粘滯阻尼器工作原理:活塞將缸體一分為二,活塞在缸體內(nèi)往復運動過程中,阻尼介質(zhì)在兩個分隔腔體內(nèi)靈敏活動,介質(zhì)的分子間,介質(zhì)與活塞產(chǎn)生劇烈的粘滯,介質(zhì)在經(jīng)過活塞孔時產(chǎn)生巨大的節(jié)省阻尼,這些效果的合力成為阻尼力。活動中產(chǎn)生的阻尼力,將地震動能,經(jīng)過活塞在阻尼介質(zhì)中的往復運動轉(zhuǎn)化為熱量耗散掉,使活塞運動速度逐漸下降,抵達阻尼耗能的意圖。


粘滯阻尼器特征:粘滯阻尼器是一種無剛度的速度型粘滯阻尼器,工作時不會改動結(jié)構(gòu)的固有動力特性,只對結(jié)構(gòu)供給附加阻尼,阻尼力—位移滯回曲線飽滿近似矩形,使其具有安穩(wěn)的動力特性和很強的耗能才干。粘滯阻尼器能夠用于修建結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)隔震層,也可用于上部結(jié)構(gòu),因此在修建減震結(jié)構(gòu)中運用極為廣泛。

因為粘滯阻尼器是一種無剛度的速度型粘滯阻尼器,工作時不會改動結(jié)構(gòu)的固有動力特性,其只對結(jié)構(gòu)供給附加阻尼,阻尼力一位移滯回曲線飽滿近似矩形,使其具有安穩(wěn)的動力特性和很強的耗能才干。(厚顏無恥的抄了幾段人家公司的產(chǎn)品介紹)

說實話,應(yīng)該是我孤陋寡聞,我也是第一次聽說這個名詞。后來在網(wǎng)上搜了不少相關(guān)的資料,這個屬于消能減震器,主要應(yīng)用在建筑行業(yè),但是其實機械行業(yè)應(yīng)該也有在用的,可能還是我接觸的比較少,大家有興趣的可以自己去了解一下。

下面介紹一下其主要操作:

定義參數(shù)

在Interaction模塊中,最上欄找到Connector-Section-Create

ABAQUS阻尼詳解一二的圖26


也可以從左側(cè)功能欄點擊

ABAQUS阻尼詳解一二的圖27

ABAQUS阻尼詳解一二的圖28


Connector的功能應(yīng)該在多體動力學中應(yīng)用比較廣泛,由于我還沒接觸這塊的內(nèi)容,因此也不敢介紹太多。大家有興趣的可以自己找相關(guān)的資料。

ABAQUS阻尼詳解一二的圖29

ABAQUS阻尼詳解一二的圖30


這里面的具體參數(shù)得根據(jù)廠家給的參數(shù)來輸入,相信能用到這個功能的,手里應(yīng)該也有相應(yīng)的數(shù)據(jù)。也有耦合的設(shè)置,這塊有需求的自己看幫助吧。

ABAQUS阻尼詳解一二的圖31


創(chuàng)建特征

Interacion→Connector→Geometry,然后選擇需要建立阻尼器的兩個參考點。

ABAQUS阻尼詳解一二的圖32

ABAQUS阻尼詳解一二的圖33


賦值屬性

Interacion→Connector→Assignment(或者選擇右側(cè)菜單),選擇右下角Sets,選擇上面的特征,選擇坐標系。

ABAQUS阻尼詳解一二的圖34ABAQUS阻尼詳解一二的圖35ABAQUS阻尼詳解一二的圖36ABAQUS阻尼詳解一二的圖37


關(guān)于結(jié)果和后處理,我這里就不詳說了,每個分析都不一樣,大家根據(jù)自己的需求去設(shè)置要輸出的參數(shù)。



斷斷續(xù)續(xù)的,這個阻尼搞了一個多月。期間查找了很多資料,幫助文檔、公眾號等搜了一大堆,有不少被我保存成PDF文檔,然后前段時間看到有公眾號也分享ANSYS關(guān)于阻尼的官方課件,然后又將其翻譯了一下。然后將所有我覺得還可以的資料匯集成一個66頁的PDF。這次搞個收費吧,其實你要是想深入研究,這些資料在網(wǎng)上自己都能慢慢找到,我做的就是稍微整合了一下而已,大部分情況下,我上面介紹的已經(jīng)基本上夠用了。

ABAQUS阻尼詳解一二的圖38

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