ansys提阻尼比
谐响应中阻尼的设置及其工程应用

【拉布索思】谐响应中阻尼的设置及其工程应用讨论背景这里主要讨论的是ANSYS(Workbench)中模态叠加法(包括瞬态中用模态叠加)的阻尼比(包括α、β阻尼)设置问题,不考虑材料的阻尼比。
各阻尼比的解释这里会把阻尼都写成阻尼比的形式,因为阻尼比最直观,也可以在实验中得到。
那么,总阻尼比为:其中,是常值阻尼比,是作用于所有阶的模态,而且值是恒定的,在Constant Damping Ratio 设置;是第i阶模态的阻尼比,用来设定某些阶的阻尼比,要通过命令MDAMP设置(命令解释请看help,命令使用实例请看下面例子);,这是β阻尼相应的阻尼比,也是作用于所有阶的模态,但值随频率增大而线性增大。
HELP中说,在很多实际结构问题中,α会被忽略,所以上式中就没有α只有β,我是这么猜的,因为通常实际问题的频率都在几十到几千赫兹不等,那么就比较小,可以忽略。
反正,在Workbench界面中是没有α的设置项的,默认α=0,要设的话就要加命令,这里也不讨论α了。
那么β值就决定了这个阻尼比,而因为β值是恒定的,所以这个阻尼比会随频率增大而线性增大,就能起到抑制高频的作用。
AWB中有两种输入β阻尼的方法,一是直接输入β值(Direct Input),二是输入某个频率下的阻尼比(Dampingvs Frequency),系统就会根据来计算出β值,界面中的Beta Damping Measure就是。
通过两种输入方法设置了β值后,系统就会自动求出各阶的β阻尼比,个人喜欢用第二种方法,因为设置阻尼比更直观,结合使用另外两个阻尼比时会更方便;注意,三个阻尼比的效果是叠加的。
为什么要设置阻尼?首先,加阻尼对共振频率的影响很小,比如是固有频率乘以,所以阻尼对共振频率的影响可以忽略。
那我认为,阻尼的主要作用是压低共振处的幅值,使频响曲线变得更平缓。
而实际结构中一定有阻尼,所以分析中适当设置一定的阻尼会比较接近实际。
如果阻尼都取为0(默认值)的话,频呼曲线的峰值会相当大,理论上是无穷大的。
damp

如前所述,在做 Full积分法的瞬态分析时,用阻尼比定义的阻尼都被 ANSYS 程序忽略掉了,所以同一个模型采用 full 法和模态叠加法的瞬态分析,ANSYS 计算采用的阻尼可能不一样,造成结果也有差别。
以下是结构分析中 ANSYS 常用的几种阻尼输入的命令流演示。
1)用 MP,damp 来输入粘滞阻尼DAMPRATO = 0.025 ! 已知粘滞阻尼的阻尼比LOSSMODM = 2*DAMPRATO ! 粘滞阻尼的阻尼比乘以2 是等价的材料阻尼系数(日本规范的“减衰系数”)CRITFREQ = 2.6 ! 此为粘性阻尼等效为材料阻尼时的换算频率MP_BETAD = DAMPRATO/(acos(-1)*CRITFREQ) ! 粘滞阻尼与频率有关/prep7mp,damp,1,MP_BETAD !定义viscous damping,与频率有关/soluantype,modalmodopt,lanb,1! 要使模态计算考虑阻尼的影响,必须用材料阻尼,材料阻尼必须在求解前指定! mxpand,,,,yes, 选项!阻尼比输入只在对求出的振型求反应再叠加中有用,! ansys 不会把阻尼比还原计算为阻尼阵 [C] 的mxpand,1,,,yes,,,Solve2)用 MP,Damp 输入材料阻尼DAMPRATO=0.025LOSSMODM=2*DAMPRATO ! 材料阻尼系数,书上给的一般是LOSSMODM/prep7mp,damp,1,DAMPRATO !常数,如果已知的是材料阻尼系数LOSSMODM,就要除以2 /soluantype,modal ! 使用模态叠加法modopt,lanb,1! importantmxpand,1,,,yes,,,,Solve3)用 BETAD 输入粘滞阻尼(振型叠加法)! MSUP method with BETAD! BETAD is damping_ratio/pi*f, even for MSUPDAMPRATO=0.025 ! 阻尼比LOSSMODM=2*DAMPRATO !等效的材料阻尼系数/prep7! mp,damp,1,DAMPRATOBETAD,DAMPRATO/(acos(-1)*442) ! 注意此公式! 442 是你给定的频率值/soluantype,modal !模态分析modopt,lanb,1! importantmxpand,1,,,yeslumpm,on,,,,solve/soluantype,harmic !谐分析hropt, msuphrout, on, offharfrq, FREQBEGN, FREQENDG,,,solve4)使用 DMPRAT 定义的整体结构的常数阻尼比(模态叠加法)! MSUP method with DMPRAT! shows that DMPRAT is damping ratioDAMPRATO=0.025 !全结构阻尼比是0.025LOSSMODM=2*DAMPRATO/prep7!mp,damp,1,DAMPRATO/soluantype,modal ! 先做无阻尼振型分解solve/soluantype,harmichropt,msuphrout,on,offharfrq,FREQBEGN,FREQENDGnsubst,NUM_STEPkbc,1dmprat,DAMPRATO ! 在这里定义此阻尼比,常数,,,,,,solve5)用 MP,DAMP 定义粘性阻尼做 FULL 瞬态分析! 粘性阻尼随频率增加而增加,高频衰减快! Full method with MP,DAMP! shows that MP,DAMP with FULL is damping_ratio/pi*f! As freq increases, damping is hugeDAMPRATO=0.025LOSSMODM=2*DAMPRATOCRITFREQ=480MP_BETAD=DAMPRATO/(acos(-1)*CRITFREQ) ! 注意此公式/prep7mp,damp,1,MP_BETAD6)用 DMPRAT 定义全结构常数阻尼比! Full method with DMPRATDAMPRATO=0.025LOSSMODM=2*DAMPRATOCRITFREQ=480MP_BETAD=DAMPRATO/(acos(-1)*CRITFREQ)/prep7et,1,1! mp,damp,1,MP_BETAD ! 如果用材料阻尼形式输入,就这样输入dmprat,DAMPRATO !常数阻尼比/soluantype,modal !带阻尼的振型分解modopt,lanb,3! importantmxpand,3,,,yeslumpm,on,,,solve/soluantype,harmichropt,full ! full harmonic analysis6.单元阻尼许多单元具有单元阻尼,单元阻尼都是在相关单元数据中输入。
基于ANSYS的颤振频域分析方法

基于ANSYS的颤振频域分析方法颤振是指物体或系统由于外部激励而产生的由自身刚度与阻尼引起的共振现象。
颤振频域分析方法基于ANSYS的有限元分析技术,旨在分析和解决颤振问题。
颤振频域分析方法主要分为两个步骤:模态分析和频域响应分析。
1.模态分析:模态分析用于确定结构的固有频率和模态形态。
在ANSYS中,可以通过模态分析计算得到结构的固有频率和固有振型。
在模态分析中,结构会被线性化处理,即假设结构的响应是线性的,结构的刚度和质量被视为常值。
模态分析结果可以帮助我们确定系统的固有频率,以及潜在的颤振模态。
2.频域响应分析:频域响应分析是基于模态分析的结果,计算结构在不同频率下的响应特性。
在ANSYS中,可以使用频域响应分析方法来计算结构的动力响应,例如位移、速度和加速度。
常用的方法包括有限元法和传递矩阵法。
在颤振频域分析中,最重要的是确定结构的固有频率和阻尼比。
固有频率可以通过模态分析获得,而阻尼比的确定则需要进一步的分析。
阻尼比影响结构的共振现象,太小的阻尼比会导致结构共振,而太大的阻尼比则会减小结构的灵敏度。
在ANSYS中,可以通过多种方法来确定阻尼比,例如模态阻尼比法、能量法和频域响应法。
模态阻尼比法利用结构的模态参数来估计阻尼比,能量法是通过分析结构的能量损耗来确定阻尼比,而频域响应法是通过模态超前函数和超后函数的比值来计算阻尼比。
颤振频域分析方法的结果包括结构的频谱响应和共振频率。
频谱响应表示了结构在不同频率下的振动幅度,共振频率则表示结构的特征频率,即结构最易发生共振的频率。
总之,颤振频域分析方法是基于ANSYS的一种用于分析和解决颤振问题的工程方法。
通过模态分析和频域响应分析,可以确定结构的固有频率和响应特性,进而评估结构的颤振风险,从而采取相应的措施进行改进和优化。
ANSYS模态分析教程及实例讲解

结构动态特性的改善方法
增加结构阻尼
通过增加结构阻尼,可以有效地吸收和消耗振动能量,减小结构 的振动幅值和响应时间。
优化结构布局
通过合理地布置结构的质量、刚度和阻尼分布,可以改善结构的动 态特性,提高结构的稳定性和安全性。
加强关键部位
对于关键部位,应加强其刚度和稳定性,以减小其对整体结构的振 动影响。
ansys模态分析教程及实例讲解
目 录
• 引言 • ANSYS模态分析基础 • ANSYS模态分析实例 • 模态分析结果解读 • 模态分析的优化设计 • 总结与展望
01 引言
ห้องสมุดไป่ตู้
目的和背景
01
了解模态分析在工程领域的应用 价值,如预测结构的振动特性、 优化设计等。
02
掌握ANSYS软件进行模态分析的 基本原理和方法。
挑战
未来模态分析面临的挑战主要包括处理大规模复杂结构 、模拟真实环境下的动力学行为以及提高分析的实时性 。随着结构尺寸和复杂性的增加,如何高效地处理大规 模有限元模型和计算海量数据成为亟待解决的问题。同 时,为了更准确地模拟实际工况下的结构动力学行为, 需要发展更加逼真的边界条件和载荷条件设置方法。此 外,提高模态分析的实时性对于一些实时监测和反馈控 制的应用场景也具有重要的意义。
模态分析基于振动理论,将复杂结构系统分解为若干个独立的模态,每个模态具有 特定的固有频率和振型。
模态分析可以帮助工程师了解结构的动态行为,预测结构的振动响应,优化结构设 计。
模态分析的步骤
建立模型
施加约束
求解
结果分析
根据实际结构建立有限 元模型,包括几何形状、 材料属性、连接方式等。
根据实际工况,对模型 施加约束条件,如固定
ANSYS-随机振动分析功能实现随机疲劳分析

利用 ANSYS随机振动分析功能实现随机疲劳分析ANSYS 随机振动分析功能可以获得结构随机振动响应过程的各种统计参数(如:均值、均方根和平均频率等),根据各种随机疲劳寿命预测理论就可以成功地预测结构的随机疲劳寿命。
本文介绍了ANSYS随机振动分析功能,以及利用该功能,按照Steinberg 提出的基于高斯分布和Miner 线性累计损伤定律的三区间法进行 ANSYS随机疲劳计算的具体过程。
1.随机疲劳现象普遍存在在工程应用中,汽车、飞行器、船舶以及其它各种机械或零部件,大多是在随机载荷作用下工作,当它们承受的应力水平较高,工作达到一定时间后,经常会突然发生随机疲劳破坏,往往造成灾难性的后果。
因此,预测结构或零部件的随机疲劳寿命是非常有必要的。
2.ANSYS随机振动分析功能介绍ANSYS随机振动分析功能十分强大,主要表现在以下方面:1.具有位移、速度、加速度、力和压力等 PSD类型;2.能够考虑 a 阻尼、阻尼、恒定阻尼比和频率相关阻尼比;3.能够定义基础和节点 PSD激励;4.能够考虑多个 PSD激励之间的相关程度:共谱值、二次谱值、空间关系和波传播关系等;5.能够得到位移、应力、应变和力的三种结果数据: 1 位移解, 1 速度解和 1 加速度解;3.利用 ANSYS随机振动分析功能进行疲劳分析的一般原理在工程界,疲劳计算广泛采用名义应力法,即以S-N 曲线为依据进行寿命估算的方法,可以直接得到总寿命。
下面围绕该方法举例说明 ANSYS随机疲劳分析的一般原理。
当应力历程是随机过程时,疲劳计算相对比较复杂。
但已经有许多种分析方法,这里仅介绍一种比较简单的方法,即Steinberg 提出的基于高斯分布和 Miner 线性累计损伤定律的三区间法(应力区间如图 1 所示):应力区间发生的时间68.3% 的时-1~+1间27.1% 的时-2~+2间4.33% 的时-3~+3间99.73%大于 3的应力仅仅发生在0.27%的时间内,假定其不造成任何损伤。
ANSYS动力分析中的阻尼

ANSYS动力分析中的阻尼问题结构导则5. 瞬态动力学分析5.9. 瞬态动力学分析5.9.3. 阻尼在诸多体系中,存在阻尼,且在动力分析中必须定义阻尼。
在ANSYS program 中,存在以下不同形式的阻尼:•瑞利阻尼•材料阻尼•材料常数阻尼系数•常数阻尼比•模态阻尼•单元阻尼在ANSYS Professional program中,仅有常数阻尼比和模态阻尼比可用。
在一个模型中,可定义多种阻尼,将不同形式的阻尼集成后,ANSYS软件会形成阻尼矩阵(C)。
材料常数阻尼系数仅可应用于完全谐响应分析和模态谐响应分析。
表5.5为“结构动力分析中的阻尼”,阐述了在不同结构动力分析中可用的阻尼类型。
表5.5 结构动力分析中的阻尼N/A :不可用1.仅有β阻尼,无α阻尼。
2.此阻尼仅用于模态组合,但不用于计算模态系数。
3.包括超单元阻尼矩阵4.如果采用扩展模态,则转化为模态阻尼5.如果定义,则为谱分析确定一个有效阻尼比6.如果采用QR阻尼模态提取模态(MODOPT,QRDAMP),且在前处理或模态分析中定义了任意一种类型的阻尼,ANSYS软件均忽略振型叠加分析中的阻尼。
7.在振型叠加谐响应分析中,仅有QR阻尼法支持材料常数阻尼系数。
α阻尼和β阻尼用于定义瑞利阻尼中的常数α 和β。
阻尼矩阵(C)通过以下常数乘以质量矩阵(M)和刚度矩阵(K):(C) = α(M) + β(K)ALPHAD与BETAD命令用来定义α 和β。
一般α and β未知,但可以通过模态阻尼比ξi计算得到。
模态阻尼比ξi ξi = α/2ωi + βωi/2某个关心的或者重要的频率上的实际模态阻尼比。
如果模态i的圆频率ωi已知,则α 和β 满足下式:在诸多实际工程结构中,忽略α阻尼(或质量阻尼),即α = 0。
在此情况下,可通过ξi andωi计算β:β = 2ξi/ωi在一个荷载步中,只可输入一个β值,因此,应选择最关键的频率来计算β。
ansys 集中质量点的作用

ansys 集中质量点的作用在ansys中,集中质量点是一种用于简化复杂结构的建模技术。
它将结构体系中的质量集中到一个点上,并保持其对结构动力学行为的影响。
这种方法可以显著简化结构模型,并降低计算复杂度,同时保持较高的分析精度。
ansys集中质量点可以用于建立动力学模型。
在结构动力学分析中,确定结构的固有频率和振型是非常重要的。
集中质量点可以代表结构的质量分布情况,并且能够准确地预测结构的固有频率和振型。
这样,工程师可以通过集中质量点建立的简化模型,快速准确地分析结构的动力学响应。
ansys集中质量点可以用于模拟结构的动态响应。
在实际工程中,结构往往受到外部载荷的作用,需要分析其在动态载荷下的响应情况。
通过将结构的质量集中到一个点上,可以简化结构模型,并减少计算量。
这样,工程师可以更加高效地分析结构的动态响应,如振动幅值、位移响应等。
ansys集中质量点还可以用于优化设计。
在工程设计中,优化结构的质量和性能是一个重要的目标。
集中质量点可以代表结构的质量分布情况,通过调整集中质量点的位置和质量,可以优化结构的动力学性能。
例如,通过调整集中质量点的位置,可以使结构的固有频率达到特定的要求。
通过调整集中质量点的质量,可以优化结构的振动特性。
这样,工程师可以利用ansys集中质量点进行结构优化设计,提高结构的性能和可靠性。
ansys集中质量点还可以用于分析结构的动态响应特性。
通过将结构的质量集中到一个点上,可以简化结构模型,并提取结构的动力学特性。
例如,通过分析集中质量点的质量和刚度,可以计算结构的固有频率和振型。
通过分析集中质量点的质量和阻尼,可以计算结构的阻尼比和阻尼特性。
这样,工程师可以通过ansys集中质量点分析结构的动态响应特性,为结构设计和优化提供重要参考。
ansys集中质量点在工程分析中发挥着重要作用。
它可以用于建立动力学模型、模拟结构的动态响应、优化设计以及分析结构的动态响应特性。
通过使用ansys集中质量点,工程师可以快速准确地进行结构分析和设计,提高工程效率和可靠性。
ANSYS中的阻尼(转载)

阻尼是动力分析的一大特点,也是动力分析中的一个易于引起困惑之处,而且由于它只是影响动力响应的衰减,出了错不容易觉察。
阻尼的本质和表现是相当复杂的,相应的模型也很多。
ANSYS提供了强大又丰富的阻尼输入,但也正以其强大和丰富使初学者容易发生迷惑这里介绍各种阻尼的数学模型在ANSYS中的实现,与在ANSYS中阻尼功能的使用。
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:(5.1.1)求比例阻尼系数的拟合公式用方程组(5.1.1)可以得到阻尼与阻尼系数值,然后用ALPHD与BETAD命令输入,这种阻尼输入既可以做full(完全)法的分析,也可以作减缩法与振型叠加法的分析,都是一样的有效。
但是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.阻尼阵的计算ANSYS中有多种办法可以输入阻尼特性。
先概括几个在结构分析中常用的输入阻尼的命令:ALPHAD:输入阻尼参数BETAD:输入阻尼参数DMPRA T:输入全结构的阻尼比MDAMP:输入与各频率的振型对应的模态阻尼比MP,DAMP 输入对应于某种材料的材料阻尼??。
与以上几种命令的输入对应的ANSYS计算的总阻尼阵[C]是:(5.1.2)ANSYS计算阻尼矩阵的公式其中m是结构中有阻尼的材料种类数,n是具有特有阻尼的单元类型数。
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请教,ANSYS模态分析后,如何得到各阶模态的模态阻尼比*getentity=mode ,item1=damp请教1楼,命令流*GET, Par, Entity, ENTNUM, Item1, IT1NUM, Item2, IT2NUM中其他几项分别如何设置,如Par,ENTNUM,等,另外输入命令流如何显示其模态阻尼比,本人初学命令流,谢谢!par是随便一个参数名,其他的默认,,,只有逗号即可,在后在参数里看ANSYS动力学分析中提供了各种的阻尼形式,这些阻尼在分析中是如何计算,并对分析有什么影响呢?本文将就此做一些说明何介绍.一.首先要清楚,在完全方法和模态叠加法中定义的阻尼是不同。
因为前者使用节点坐标,而后者使用总体坐标.1.在完全的模态分析、谐相应分析和瞬态分析中,振动方程为:阻尼矩阵为下面的各阻尼形式之和:α为常值质量阻尼(α阻尼)(ALPHAD命令)β为常值刚度阻尼(β阻尼)(BETA命令)ξ为常值阻尼比,f为当前的频率(DMPRAT命令)βj为第j种材料的常值刚度矩阵系数(MP,DAMP命令)[C]为单元阻尼矩阵(支持该形式阻尼的单元)where: [C] = structure damping matrixα = mass matrix multiplier (input on ALPHAD command)[M] = structure mass matrixβ = stiffness matrix multiplier (input on BETAD command)βc = va riable stiffness matrix multiplier (see Equation 15–23)[K] = structure stiffness matrixNm = number of materials with DAMP or DMPR input= stiffness matrix multiplier for material j (input as DAMP on MP command)= constant (frequency-independent) stiffness matrix coefficient for material j (input as DMPR on MP command)Ω = circular excitation frequencyKj = portion of structure stiffness matrix based on material jNe = number of elements with specified dampingCk = element damping matrixCξ = frequency-dependent damping matrix (see Equation 15–21)2.对模态叠加方法进行的谐相应分析、瞬态分析何谱分析,动力学求解方程为:每个模态产生有效阻尼比ξid而不是创建阻尼矩阵α为常值质量阻尼β为常值刚度阻尼ξ为常值阻尼比ξmi为第i个模态的常值阻尼比ξj为第j个材料的阻尼系数Ejs为第j个材料的应变能,ANSYS由{f}T[K]{f}计算得到。
二.对谱分析,阻尼仅仅包含在模态组合里,而在计算模态系数的时候并没有考虑。
当使用模态叠加法时,材料阻尼被添加到扩展的模态中,因此,用户必须在进行模态分析之前,就包括材料阻尼(MP,DAMP)并进行单元应力的计算(MXPAND命令)。
三.模态叠加法支持使用QR阻尼,但是用户必须知道尽管是模态组合方法,阻尼在模态分析中已包含了,所以应该使用上面的完全阻尼矩阵[C]来计算阻尼。
如果使用QR阻尼的的模态提取方法(MOPT,QRDAMP),并且在前处理或模态分析中指定了任何形式的阻尼,那么ANSYS 将在进行模态叠加时忽略阻尼。
四.了解MP,DAMP在不同的情况下有不同的作用非常重要。
在完全分析中,材料阻尼代表了该材料的一个刚度矩阵乘子,与粘性阻尼(与频率成线性关系,但针对所有的材料)类似。
因此,在这种情况下,对单自由度结构,材料阻尼值等于ξ/πf或c/k。
如果有多种材料,那么,阻尼矩阵就是简单得将材料的βj乘以相应的材料的刚度矩阵:但是,在使用模态叠加法时材料阻尼值类似于结构阻尼(与频率无关),也即材料阻尼值会等于单自由度体系的ξ。
如果有多种材料,使用模态应变能方法(MSE)来计算系统的有效阻尼比:也就是说,一个有效的常值材料阻尼将被用于所有模态的计算。
五.下面的表格列出了不同分析类型中可以用到的阻尼。
§3.8.3阻尼大多数系统中存在阻尼,而且在动力学分析中应当指定阻尼。
在ANSYS程序可以指定五种形式的阻尼:·Aplha和Beta阻尼(Rayleigh阻尼)·和材料相关的阻尼·恒定的阻尼比·振型阻尼·单元阻尼在ANSYS/Professional程序中只有恒定阻尼比和振型阻尼可用。
可以在模型中指定多种形式的阻尼,程序按所指定的阻尼之和形成阻尼矩阵[C]。
下表列出了在不同结构分析中可用的阻尼类型。
不同分析类型可用的阻尼N/A表示不能使用[1]表示只可用β阻尼,不可用α阻尼[2]表示阻尼只用于模态合并,不用于计算模态系数[3]表示包括超单元阻尼矩阵[4]表示如果经模态扩展转换成了振型阻尼[5]表示如果指定了,程序会计算出一个用于随后的谱分析的有效阻尼比[6]表示如果使用QR阻尼模态提取方法[MODOPT,QRDAMP],在前处理或模态分析过程中指定任何阻尼,但ANSYS在执行模态叠加分析时将忽略任何阻尼。
[7]如果你使用QR阻尼模态提取方法[MODOPT,QRDAMP],DMPART和MDAMP 不能使用。
1.Alpha阻尼和Beta阻尼Alpha阻尼和Beta阻尼用于定义瑞利(Rayleigh)阻尼常数α和β。
阻尼矩阵是在用这些常数乘以质量矩阵[M]和刚度矩阵[K]后计算出来的。
命令ALPHAD和BETAD分别用于确定瑞利(Rayleigh)阻尼常数α和β。
通常α和β的值不是直接得到的,而是用振型阻尼比计算出来的。
是某个振型i的实际阻尼和临界阻尼之比。
如果是模态i的固有角频率,则α和β满足下列关系:在许多实际问题中,Alpha阻尼(或称质量阻尼)可以忽略(α=0)。
这种情形下,可以由已知的和计算出β:由于在一个载荷步中只能输入一个β值,因此应该选取该载荷步中最主要的被激活频率来计算β值。
为了确定对应给定阻尼比ξ的α和β值,通常假定α和β之和在某个频率范围内近似为恒定值(见图5)。
这样,在给定阻尼比ξ和一个频率范围ωi~ωj后,解两个并列方程组便可求得α和β。
图5瑞利阻尼Alpha阻尼在模型中引入任意大质量时会导致不理想的结果。
一个常见的例子是在结构的基础上加一个任意大质量以方便施加加速度谱(用大质量可将加速度谱转化为力谱)。
Alpha阻尼系数在乘上质量矩阵后会在这样的系统中产生非常大的阻尼力,这将导致谱输入的不精确,以及系统响应的不精确。
Beta阻尼和材料阻尼在非线性分析中会导致不理想的结果。
这两种阻尼要和刚度矩阵相乘,而刚度矩阵在非线性分析中是不断变化的。
由此所引起的阻尼变化有时会和物理结构的实际阻尼变化相反。
例如,存在由塑性响应引起的软化的物理结构通常相应地会呈现出阻尼的增加,而存在Beta阻尼的ANSYS模型在出现塑性软化响应时则会呈现出阻尼的降低。
2.和材料相关的阻尼和材料相关的阻尼允许将Beta阻尼做为材料性质来指定[MP,DAMP]。
但要注意在谱分析[ANTYPE,SPECTR]中的MP,DAMP是指定和材料相关的阻尼比ξ,而不是β。
同样要注意对于多材料单元如SOLID46,SOLID65,SHELL91和SHELL99,只能对单元整体指定一个β值,而不能对单元中的每一种材料都指定。
在这些情形下,β是由单元的材料指针(用MAT命令设置)决定的,而不是由单元实常数MAT指向的材料决定的。
3.恒定阻尼比恒定阻尼比是在结构中指定阻尼的最简单的方法。
它表示实际阻尼和临界阻尼之比,是用DMPRAT命令指定的小数值。
DMPRAT只可用于谱分析、谐响应分析和模态叠加法瞬态动力学分析。
4.振型阻尼振型阻尼可用于对不同的振动模态指定不同的阻尼比。
它用MDAMP命令指定且只能用于谱分析和模态叠加法瞬态动力学分析、谐响应分析。
5.单元阻尼单元阻尼在用到有粘性阻尼特征的单元类型时会涉及到,如单元COMBIN7,COMBIN14,COMBIN37,COMBIN40等。
关于阻尼的更详细描述参见<<ANSYS理论参考手册>>。
阻尼是动力分析的一大特点,也是动力分析中的一个易于引起困惑之处,而且由于它只是影响动力响应的衰减,出了错不容易觉察。
阻尼的本质和表现是相当复杂的,相应的模型也很多。
ANSYS 提供了强大又丰富的阻尼输入,但也正以其强大和丰富使初学者容易发生迷惑这里介绍各种阻尼的数学模型在ANSYS中的实现,与在ANSYS中阻尼功能的使用。
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:(5.1.1)求比例阻尼系数的拟合公式用方程组(5.1.1)可以得到阻尼与阻尼系数值,然后用ALPHD与BETAD命令输入,这种阻尼输入既可以做full(完全)法的分析,也可以作减缩法与振型叠加法的分析,都是一样的有效。
但是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.阻尼阵的计算ANSYS中有多种办法可以输入阻尼特性。
先概括几个在结构分析中常用的输入阻尼的命令:ALPHAD:输入阻尼参数BETAD:输入阻尼参数DMPRAT:输入全结构的阻尼比MDAMP:输入与各频率的振型对应的模态阻尼比MP,DAMP 输入对应于某种材料的材料阻尼??。
与以上几种命令的输入对应的ANSYS计算的总阻尼阵[C]是:(5.1.2)ANSYS计算阻尼矩阵的公式其中m是结构中有阻尼的材料种类数,n是具有特有阻尼的单元类型数。