ABAQUS时程分析法计算地震反应的简单实例

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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:

? 本例建模过程使用CAE;

? 添加反应谱必须在inp中加关键词实现,CAE不支持反应谱;

? *Spectrum不可以在keyword editor中添加,keyword editor不支持此关键词读入。 ? 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。

(3)进入load模块,boundary condition manager,将fix在step2的propagated改为inactive(点击deactivate)

create一个新的边界条件(在step2),取消z向位移约束(以在该方向施加加速度)

再create一个边界条件(在step2),type为acceleration/ angular acceleration,continue

选择基底节点,勾选A1,输入1(加速度记录单位m/s^2),

在amplitude后点create,name:Amp-1,type:tabular,continue

time span:total time从excel文件ac5复制时间和加速度至date数据栏中(加速度时程按规范将最大值调整为0.35m/s^2)

再amplitude下拉栏中选Amo-1,ok。 Dimiss

(4)进入job模块, Create job,submit。点击result

(5) result->history output—>Special Displacement :U1 at Node 1 in NSET SET—2

和U1 at Node 5 in NSET SET—1(同时按住SHIFT键可同时选择)—>plot

(6)点击左“XY Data”前的加号出现,对

_temp_1,_temp_3分别单击右键,点击edit,可将时程数据导出到excel文件中,利用excel计算功能,算出相对位移(求差),再利用excel做出相对位移的时程曲线。

注:原例中时程曲线如下

本算法得到的曲线如下图

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/z4tr.html

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