ANSYS结构动力学分析中的阻尼与结构动力学分析中阻尼的处理.docx

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和介绍。Ol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的。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：F=Mx÷Cx）÷11x）阻尼矩阵为下面的各阻尼形式之和：C=aM+K+三K+ZM0+ZGJ74-l式中，Q为常值质量阻尼（阻尼）（ALPHAD命令）；B为常值刚度阻尼（B阻尼）（BETA命令）；为常值阻尼比；f为当前的频率（DMPRAT命令）；Bj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）。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：砒TF=OJ+2贴OJ+媛*每个模态产生有效阻尼比di而不是创建阻尼矩阵八图+筒小啰式中，a为常值质量阻尼；B为常值刚度阻尼；为常值阻尼比；gmi为第i个模态的常值阻尼比；j为第j个材料的阻尼系数；ESj为第j个材料的应变能，ANSYS由f）TK（f）计算得到。02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（MRDAMP）并进行单元应力的计算（MXPAND命令）。03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。04了解MPQAMP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g/冗£或仪匕如果有多种材料，那么，阻尼矩阵就是简单得将材料的Bj乘以相应的材料的刚度矩阵：cL*jwp=24号J-I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8°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：M,Gi一MZ与J-I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。05下面的表格列出了，不同分析类型中可以支持的阻尼形式。AnalysisTypeAlptia.BetaDampingALPHAD,BETADMaterial-DepefidofltDampingfP.DAMPConstantDampingRation(DMPRAModalDampingMDAMPElanwfitDamping3(CoMBlN7,andsoon)StaticN/AN/AN/AN/AN/AModalUndampedNo(5No(5NO(5NoNoDampedYeYeeYesNoYesHarmonicFullYesYesYNoYesReducedYeYesYesNoYosModeSupYelYes(4.6Y丽Y«(7Yg6TransientFullY«8YesNoNor-ReducedY«sYesNoNqYesModeSupYE6Ye,6YWY«(7Y*6SpectrumSPRS.MPRS2YeS(1YesYesYesNoDDAM2丫Y®5YesYesNoPSD(21Y«5NoYesYeSNqBUCidiegN/AWANXANAN/ASUbStrUCtUraYesYesNoNoYes结构动力学分析中阻尼的处理阻尼，在振动过程中耗散振动能量，使振动衰减下来的力，是广义的阻尼；在动力学方程中，阻尼与速度成正比，相应的系数称为阻尼系数，该种类型的阻尼称为粘性阻尼或线性阻尼，是狭义的阻尼。fnx+cx+kx=/（/）由于阻尼是耗散振动能量的，因此，阻尼方向始终与速度方向相反。然而，在现实世界中，粘性阻尼是很少的。在动力学方程中，能处理的只有粘性阻尼。因此，对于大量的非粘性阻尼，必须处理为粘性阻尼。动力学分析中易于处理的两种阻尼：粘性阻尼（粘性液体），结构阻尼（材料本构）。01粘性阻尼粘性阻尼是最简单、最理想化的阻尼，然而该类型的阻尼在现实世界中几乎不存在，但是有些类型的阻尼处理为粘性阻尼后，可以获得理想的结果。比如，汽车悬架上用的液体阻尼器，依靠粘性液体的反复:流动实现对振动能量的衰减。VibrationDecline400800120016002000240 02 80032003600T me2 O 246 O 9 Q-O -gr-d 专阻尼系数的确定是困难的，最常用的方法还是通过试验的方法，测量出振幅的衰减率进而由下式推导出阻尼比U求出阻尼比C,就可由系统的临界阻尼cn=2mn,得到系统的粘性阻尼C*cn.02结构阻尼c结构阻尼是由材料本构产生的一种阻尼形式,该种类型的阻尼因材料的不同而有较大的变化，一般金属材料的结构阻尼在0.03-0.05之间。结构阻尼的处理方法大致来说分为两种,一是复刚度，二是Rayleigh阻尼。复刚度：该种处理方法认为系统的结构阻尼与振幅成正比，但在相位上差90度，在动力学方程中描述为fnx+igkx+kx=J(/)假设两个动力学方程等价，可推导出gk=c,即c=gk.因此，要用粘性阻尼C来模拟结构阻尼g,只有在某一指定频率值下才有意义。系统阻尼比为史C=J=6=屋CX2w¾2其中，入=33n频率比。2对比公式的几点说明：当人=1,即激励频率等于固有频率时，阻尼比等于结构阻尼的一半，若此时系统没有其他阻尼，则品质因子Q=lg;当人1,即激励频率小于固有频率，结构阻尼将提供更大的阻尼比，即此时材料本身对振动的衰减将更加有效；当A>l,即激励频率大于固有频率，结构阻尼将提供相对较小的阻尼比，即此时材料本身对振动的衰减将变得微弱。结构阻尼特性Rayleigh阻尼:Rayleigh阻尼是将结构阻尼通过一定的线性组合直接转化为粘性阻尼。其中，C为阻尼矩阵，M为质量矩阵，K为刚度矩阵。B=工-马+(¾其中，31、32为关注的频率段的上下限。对Rayleigh阻尼的讨论：当系统发生共振时，此时我们只关注该频率下的阻尼，即l=2,则有：=g¾C=g<¾w+-=WCX+.G=g%即：叫22其他类型的阻尼，因为形式各样，很难用公式去描述，在实际工程中常用的方法是根据一个振动周期消耗的能量相等的原理，去估算一个等效的粘性阻尼。粘性阻尼在一个振动周期所做的功是W,则由下式可计算出WW=ca>Al摩擦阻力的等效粘性阻尼：阻力f与摩擦系数成正比，f=rng4UMgCe=TTrab4流体中阻尼的等效粘性阻尼：阻力f与速度的平方成正比，f=Y*v2_2a>ACL39