ABAQUS时程分析法计算地震反应的简单实例ABAQUS时程分析法计算地震反应的简单实例(在原反应谱模型上修
改)
问题描述:
悬臂柱高12m,工字型截面(图1),密度7800kg/m3,EX=2.1e11Pa,泊松比0.3,所有振型的阻尼比为2%,在3m高处有一集中质量160kg,在6m、9m、12m处分别有120kg的集中质量。反应谱按7度多遇地震,取地震影响系数为0.08,第一组,III类场地,卓越周期Tg=0.45s。
图1 计算对象
第一部分:反应谱法
几点说明:
λ本例建模过程使用CAE;
λ添加反应谱必须在inp中加关键词实现,CAE不支持反应谱;
λ *Spectrum不可以在keyword editor中添加,keyword editor不支持此关键词读入。
λ ABAQUS的反应谱法计算过程以及后处理要比ANSYS方便的多。
操作过程为:
(1)打开ABAQUS/CAE,点击create model database。
(2)进入Part模块,点击create part,命名为column,3D、deformation、wire。continue
(3)Create lines,在
分别输入0,0回车;0,3回车;0,6回车;0,9回车;0,12回车。
(4)进入property模块,create material,name:steel,general-->>density,mass density:7800
mechanical-->>elasticity-->>elastic,young‘s modulus:2.1e11,poisson’s ratio:0.3.
(5)Create section,name:Section-1,category:beam,type:beam,
Continue
create profile, name:Profile-1, shape:I,
按图1尺寸输入界面尺寸,ok。
在profile name选择I,material name 选择steel。Ok
(6)Assign section,选择全部,done,弹出的对话框选择section:Section-1,ok。
(7)Assign beam orientation,选择全部,默认值确定。
(8)View-->>part display options,在弹出的对话框里勾选,render beam profiles,以可视化梁截面形状。
(9)添加集中质量,Special-->>inertia-->>create,name:mass1,type:point mass/inertia,
continue,选择(0,3)位置点
done,mass:160,ok。
create,name:mass2,type:point mass/inertia,continue,选择0,6;0,9;0,12位置点(按shift多选),done,mass:120,ok,dismiss。
(10)Assembly-->>instance part,instance type选dependent(mesh on part),ok。
(11)Step-->>create step,name:step-1,procedure type选freqency,continue
在basic选项卡中,eigensolver选择频率提取方法,本例选用lanczos法,number of eigenvalues request,选value,输入10.ok。
再create step,create step,name:step-2,procedure type选response spectrum,continue
在basic选项卡中,excitations选择单向single direction,sumations选择square root of the sum of squares(SRSS)法,use response spectrum:sp(反应谱的name,后面再inp中添加),方向余弦(0,0,1),scale factor:1.
进入damping选项卡,阻尼使用直接模态(direct modal),勾选direct damping data,start mode:1,end mode:8,critical damping fraction:0.02.ok。
(12)进入load模块,Load-->>create boundary condition,name:fixed,step选择initial,category选择mechanical,types选择displacement/ rotation,continue
选择0,0点,done,勾选u1~ur3所有6个自由度。Ok。
(13)进入mesh模块,object选择part,点seed edge by number,选择所有杆,done,输入3,done
点assign element type,选择全部杆,done,默认B31,ok。点mesh part,yes。
(14)进入job模块,name:demo-spc,source:model,continue,默认,ok。进入job manager,点击write input,在工作目录生成demo-spc.inp文件。
(15)进入ABAQUS工作目录,使用UltraEdit软件(或其他类似软件)打开demo-spc.inp,*Boundary关键词的后面加如下根据问题叙述确定的反应谱:
*Spectrum,type=acceleration,name=sp
0.1543,0.167,0
0.1915,0.25,0
0.2102,0.333,0
0.2241,0.444,0
0.25,0.5,0
0.3295,0.667,0
0.4843,1,0
0.5987,1.25,0
0.7868,1.667,0
1.0342,
2.222,0
1.0342,10,0
0.3528,10000,0
第一列为加速度,第二列为频率,第三列为阻尼比。
图2
保存。
(16)进入job模块,create job,name:spc,source选择input file,input file select:工作目录下的demo-spc.inp,continue
默认,ok,进入job manager,选择spc,submit,计算成功!
Frequency must be increasing continuously in a spectrum definition
(17)点击results进入后处理模块,可以看到最大位移为3.159cm,这与陆新征博士讲解的ansys结果3.1611cm基本一致。可以查看工作目录下的spc.dat文件查看详细的频率和模态分析结果。
第二部分:时程分析
(1)进入step模块,删除原step1、step2。建立step1(static general),用于施加重力
(2)将step1结果作为动态分析的初始状态,time period 设置为1e-10(很短时间)。
建立step2(dynamic implicit),进行动力时程分析
time period 设置为20(施加的加速度记录共20s,间隔0.02s),type:automatic,最大增量数量设置为2000步,将初始时间增量设置为0.02,最小增量设置为1e-15,最大增量设置为0.02,half-step residual tolerance:100(控制automatic求解精度的值,在地震分析中应该设置多大为好?还没弄清楚!请大家赐教!)。
另外,将非线性开关打开:在Step Manager对话框中点击Nlgeom
(3)将模型顶端节点设置为set-1:tools-->>set-->>create(在tools中设置,用于观察顶端节点的反应情况),同样的方法,底端节点设置为set-2
在output中设置需要输出结果,在edit history output request 将domain改为set,选择set1,在displacement里面选择U。
output-->> history output request-->>manager-->>edit
Creat H-Output-2,选择set-2,同上
(3)进入property模块,material editor-->>edit-->>mechanical-->>damping在材料中补充damping,使用瑞利阻尼,质量系数alpha为0.15,刚度系数beta为0.01。