ABAQUS/Explicit分析中的阻尼

刘怡东 常洪源

关键词：阻尼；震荡

一、前言

如果允许一个无阻尼结构做自由振荡，则它的振幅会是一個常数，然而在实际中，能量被结构耗散，振动的幅度减小直至停止，这种能量耗散被称为阻尼。在ABAQUS/Explicit分析中，为了避免数值振荡，一般都需要定义模型的阻尼，ABAQUS/Explicit提供了几种在分析中加入阻尼的方法。

二、定义阻尼的方法

1、 体积粘性（bulk viscosity）。即引入由于体积应变引起关的阻尼。它的目的是改进对高速动力学事件的模拟。体积粘性只是作为一个数值效应被引入，因此，材料点上的应力并不考虑体积粘性压力的影响。ABAQUS/Explicit包括体粘性的线性和二次的形式。

2、 材料阻尼。材料模型本身可能以塑性耗散或者粘弹性的形式提供了阻尼。对于许多应用，这样的阻尼可能是足够了。另一个选择是使用Rayleigh阻尼。与Rayleigh阻尼相关的阻尼系数有两个：质量比例阻尼 和刚度比例阻尼 。关于质量矩阵的比例系数，主要用于消除低阶振荡；刚度比例阻尼主要消除高阶振荡。

3、阻尼器单元。在Property功能模块和Interaction功能模块中都可以定义单独的减振器单元。每个减振器单元提供了一个与它的两个节点之间的相对速度成正比的阻尼力。这种方法的优点是使你能够把阻尼只施加在你认为有必要施加的节点上。减振器应当总是与其它单元并行使用，例如弹簧或者桁架，因此，它们不会引起稳定极限的明显下降。

4、粘性压力（viscous pressure）。在结构分析和准静态分析中可以施加粘性压力，其目的是减小高阶动力响应，以最小的稳定增量步长求解静力平衡方程。定义粘性压力的方法是，在load功能模块中定义压力荷载（pressure），将Distribution（分布方式）设为Viscous。

三、结论

在大多数线性动力学问题中，恰当的定义阻尼对于获得精确地结果是至关重要的。但是，在某种意义上阻尼只是近似地模拟了结构吸收能量的特性，并非是试图模拟这种效果的物理机制。因此，在模拟中确定阻尼参数是很难的，在这种情况下，必须谨慎地解释模拟结果，并通过参数分析研究来评估模拟对于阻尼值的敏感性。

作者简介：

刘怡东（1990—），女，满族，辽宁省锦州市人，沈阳建筑大学土木工程学院2013级结构工程专业在读硕士研究生，研究方向为复杂工程结构数值模拟