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有限元分析|abaqus动力学分析基础
来源: | 作者:thinks | 发布时间: 2023-06-07 | 101 次浏览 | 分享到:

结构力学分析大概可以分为结构动力分析和静力分析两种基本类型。想要区分好它们,就要了解到是否考虑惯性力对结构的影响。在通常情况下,如果结构体系的自振频率与荷载激励频率之间存在着很大的差异,那么激发的结构振动将会非常缓慢,惯性力可视情况而定,这样即可忽视。

 

 

 

在基本方程中,[m]为了构建质量矩阵,[c]阻尼矩阵的结构,[k]刚度矩阵的结构,[u]为节点位移列阵,为节点速度列阵,为节点加速度列阵,{f}列阵节点负载。

 

动力学问题分类

根据分析内容不同,动力学问题大致可以分为以下几类:

 

模态分析(frequency):模态分析用于确定结构在自由振动条件下的动态特性,主要包括结构的自振频率和振型。模态分析为其他动力学分析提供了基础,通常限于线性材料和线性行为的情况。然而,在abaqus中也可以进行考虑非线性行为的模态分析。

 

稳定动力学分析是指进行谐响应分析(steady-statedynamic),用于确定结构在受到简谐荷载作用时的稳定响应。这种荷载可以是力或位移,最终得出结构在频域内的响应。同样,稳定动力学分析仅考虑线性行为。

 

瞬态动力学分析(dynamic):在时域负载的影响下,瞬态动力学分析用于研究结构的动力响应。

 

响应谱分析是一种分析结构峰值响应的方法,它基于给定的响应谱,通过将结构的模态分析结果与响应谱相结合,来解决问题。

 

随机响应分析(randomresponse):随机响应分析用于分析随机负载下结构的动态响应(用功率谱密度表示)。数值是给出可信度下的结构响应,是一个统计值。

 

动力学问题计算方法

abaqus带来了多种计算方法,以满足不同的分析类型,主要分为三类:

 

直接方法:直接求解模型的动力学方程积分,计算精度高,但耗时较多;
模态叠加法是通过将模型动力学方程解耦到模态坐标系中,得到一组用模态坐标表示的单自由度运动方程,再对每个单自由度运动方程进行求解的方法。虽然计算精度低于直接法和子空间法,但是至少需要时间。
子空间法是一种求解动力学方程的方法,它将动力学方程投影到一组特征模态空间中,这个空间包括足够数量的特征模态向量。接着,该方法会产生一组减缩的方程(未解耦),最后再对这些方程进行求解。

计算精度(高->低):直接法>子空间法>模态叠加法>模态叠加法
计算耗时(少->多):模式叠加法的直接法???

abaqus为稳态动力学分析、瞬态动力学分析、响应谱分析和随机响应分析提供了以下实际计算方法:


附:显式算法和隐式直接积分法的区别

 

abaqus的显式算法使用中心差分法对时间进行差分,无需进行迭代,所以不存在收敛问题。

 

然而,时间增量一般较小,适合分析短时间内发生的冲击、碰撞等动力学问题以及复杂的非线性问题;隐式算法则采用newmark法,需要迭代求解非线性方程组,因此可能会存在收敛问题,但是可以设置较大的时间增量。在abaqus中使用隐式算法。

 

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