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

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1、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=MxCx）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

2、（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

3、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

4、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,

5、andsoon)StaticN/AN/AN/AN/AN/AModalUndampedNo(5No(5NO(5NoNoDampedYeYeeYesNoYesHarmonicFullYesYesYNoYesReducedYeYesYesNoYosModeSupYelYes(4.6Y丽Y(7Yg6TransientFullY8YesNoNor-ReducedYsYesNoNqYesModeSupYE6Ye,6YWY(7Y*6SpectrumSPRS.MPRS2YeS(1YesYesYesNoDDAM2丫Y5YesYesNoPSD(21Y5NoYesYeSNqBUCidiegN/AWANXANAN/A

6、SUbStrUCtUraYesYesNoNoYes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

7、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

8、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CX2w2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

9、阻尼比，即此时材料本身对振动的衰减将更加有效；当Al,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+(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：=gC=gAl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_2aACL39