riks Abaqus动态分析的一点认识

一、abaqus动态分析分类

1、模态分析(频率)；

2.瞬态动力分析(子[/k0/]之间的三种非线性动力分析，即显式动力分析、显式动力分析和隐式动力分析、模态动力分析，只能用于线性，均在时域分析)；

3.稳态动力学分析(直接稳态动力学、亚[/k0/]稳态动力学子空间、基于模态的稳态动力学模态三种线性稳态动力学分析方法，均基于时域分析)；

4.响应谱分析(也称为脉冲响应分析，基于频域分析)；

5.随机响应分析(基于频域分析)；

6.屈曲分析(屈曲和:riks)

其次，详细介绍了动态分析

1、模态分析(频率)

模态分析用于分析结构模态频率。频率模态分析是各种动力分析类型的基本内容。结构的振动特性决定了结构对其他动态载荷的响应。因此，一般来说，模态分析应该在其他动力分析之前进行。使用模态分析:

1)结构设计可避免共振或按特定频率振动(如扬声器)。

2)可以让工程师认识到如何应对不同类型的动载荷结构。

3)有助于其他动态分析中控制参数(如时间步长)的估计和求解。模态是结构的固有属性。为了得到结构的频率和振型，需要输入结构的密度(因为需要质量)、弹性模量和泊松比。只能是线性单位和线性材料。指定频率提取方法和顺序。计算结果(dat文件)包括特征值(圆频率的平方)、圆频率和固有频率(圆频率除以2π)、广义质量(振动模态对应的单自由度系统的质量)和复合模态阻尼。还包括参与系数(振型在哪个自由度方向起主导作用)和有效质量(振型在哪个自由度方向被激活，当采用振型叠加法进行后续计算时，在频率提取步骤中需要提取足够数量的振型，判断标准是主运动方向的总有效质量超过总质量的90%)。

1.1 ABAQUS中的模态分析步骤:

1)导入模型，检查几何问题并修复。

2)定义材料，必须定义密度。

3)定义和分配材料的截面属性。

4)定义组件并确定每个组件的位置关系

5)定义模态分析步骤

6)定义交互等连接关系。

2.瞬态动态分析

瞬态动力分析用于研究结构在时域载荷下的动力响应。ABAQUS提供的瞬态动力分析方法包括隐式动力分析、inter-sub 空显示动力分析、显示动力分析和模态瞬态动力分析。

2.1、隐性动态分析(动态隐性)

隐式直接积分动力分析方法是研究强非线性瞬态动力响应的一般分析步骤。

2.2.sub 空之间的动态子空间分析

基于sub 空之间的显示动力学分析，利用动态平衡方程直接显示积分法，属于一般分析步骤，在频率分析步骤之后应用。它对于轻度非线性具有非常高的效率，并且不能用于接触分析。

2.3、显式动态分析(动态、显式)

显示器直接积分的动态分析方法是一个通用的分析步骤，用于研究大规模相对短时的动态响应和高度不连续的时间或过程。材料属性中定义的阻尼仅作用于直接连接。根据动态分析的计算时间，取决于细胞总数和所谓？？在时间增量步骤中，模型中的最小单元尺寸约为小，弹性模量和密度越大，稳定时间增量步骤越小，计算时间越长。因此，在显示动态分析中，不要随意细化网格。小球撞击钢板、手机掉落、弹丸射向身体等问题。

2.4.瞬时模态动态分析

瞬态模态动力学分析用于线性系统的时域分析。施加的激励是时间的函数，并且假设当激励被确定时，分配在每个增量时间段中线性变化。

为了计算给定的外部载荷和外部载荷作用的时间，有必要分析振动过程中的响应。如果需要定义模型的初始速度或加速度，需要在editstep中选择useinitialcondition，然后在load module字段中创建初始速度或加速度。瞬时模态动力分析的阻尼只能在分析步骤中定义。瞬时模式动态分析需要以下条件:

1)系统是线性的(线性材料，非接触行为，不考虑几何非线性)；

2)响应只受相对较少的频率支配，当频率分量在响应中增加时(如碰撞和碰撞问题)，模态叠加法的效率会降低。

3)负载的主频应在提取的频率范围内，以保证负载的描述足够准确；

4)特征模态应准确描述任何突加载荷引起的初始加速度；

5)系统阻尼不宜过大。当载荷施加到约束上时，载荷可以以基础运动的形式施加，并可以定义振幅曲线和方向。

上述求解瞬态动力学问题的方法各有特点和适用范围，其中模态瞬态动力学方法主要用于线性系统的瞬态响应问题。

模态叠加法在求解瞬态动力学问题时有其自身的优势和局限性。在模态瞬态响应分析之前，为了合理选择分析方法和设置参数，需要研究以下问题。

时域载荷能否用特征模态准确描述；模态叠加计算后保留的模态必须足以覆盖载荷中包含的频率，初始条件是否可以用特征模态准确描述，突然施加载荷引起的初始加速度是否可以用特征模态准确描述；是否只有线性动力学能满足要求。

1)定义瞬态模态分析

为了保证计算的准确性，需要合理定义强制函数，并短时间选取。比如荷载是随时间变化的地震荷载，时间间隔为1毫秒，那么求解过程中设置的时间步长也应该是1毫秒。

定义前需要进行模态分析，提取频率的方法不受限制。

2)模态选择

*选择本征模M1、M2、M3

或者

*选择本征模，生成N1，N2，I

3)模态阻尼

可用于模态瞬态自模拟分析的阻尼形式包括直接模态阻尼、瑞利阻尼和复合阻尼，而结构阻尼不能直接用于模态瞬态分析。模态阻尼*模态阻尼选项必须与*选择八种模式结合使用。可以在同一个模型中单独使用，也可以同时定义多个阻尼。如果未定义，则视为无阻尼系统。

4)材料

必须输入密度、材料的塑性和一些非弹性性质、热性质、传播特性等。无效。

5)元件:应力-应变(不包括有扭转的轴对称元件)、噪声、压电和流体静力元件

6)负载和输出

PS:基础运动:

在模态瞬态动力分析过程中，零位移边界条件和边界运动不能用*边界选项来定义。在分析过程中，唯一可用于指定节点自由度运动的选项是*基本运动。在模态瞬态动力分析步骤中，由* BOUNDARY选项定义的非零位移或加速度历史在分析中被忽略，在* frequency提取步骤中对边界条件的任何修改都将导致错误。

*基本运动，自由度=3，振幅=安培，比例=2

次级基本运动

要定义某个二次基本运动，只需在特征模式提取过程中将BASE NAME参数设置为二次基本运动的名称即可。

*基座运动，自由度=n，振幅=amp，基座名称=副基座

需要注意的是，如果构成主要基础的边界条件不能完全约束刚体模态，用户必须在特征模态提取过程中定义合适的频移，以避免数值计算中的奇异性。

基本运动分析输入模板

*标题

*振幅，名称=amp

*步长*频率

*边界

*边界，基础名称=基础

*结束步骤

*步骤

*模态动态

数据行，确定分析增量

*选择本征模式

指定为分析保留的模态范围

*模态阻尼

定义模态阻尼

*基本运动，dof=dof，振幅=振幅_1

*基础运动，dof=dof，振幅=振幅_2，基础名称=基础_2

*结束步骤

3.稳态动力学分析用于分析结构在简谐荷载作用下的响应，只能进行线性分析。

谐波响应分析是一种已知频率的符号间载荷作用下的结构响应技术。abaqus中有三种稳态动力学分析方法:稳态动力学直接法、稳态动力学模态法和稳态动力学子空间法。它常用于承受谐波载荷的结构，如旋转机械设备的轴承，如分析结构在不同速度下的响应。

分析只能是线性的，不允许非线性特性，所有负载必须具有相同的频率，每个负载都是间谐波负载，不计算瞬态响应。通过瞬态动力学可以忽略上述限制。

一般荷载是结构在一定频率范围内的力或位移的间谐荷载，相角可以是零，也可以是给定的角度。所有施加的载荷都被认为是相互协调的，例如重力和温度。计算结果是结构在不同频率下的位移应力响应。

它用于确定结构对稳态谐波载荷的响应，例如对旋转机械的轴承和支撑结构施加稳定的交变载荷，从而对不同的转速产生不同的挠度和应力。谐波响应分析是指给出随时间变化的正弦载荷谱。根据傅里叶变换，任何载荷谱都可以分解成几个不同幅值的简单谐波的叠加。基于模态谐响应分析，首先计算模型的固有频率。然后建立基于模态的谐波响应分析，需要输入幅值，定义一组频率范围，插入几个频率点(将频率与固有频率进行比较)以及该范围内的点分布(bise)。实际上，在计算时，分别加载几个幅值均匀、频率不同的简单谐波，载荷是以基本运动的形式加载的。基于模态的方法效率最高，其次是sub 空，直接法最低。直接法精度最高，其次是sub 空，模态法最低。

在工程中，有许多强迫振动，即由外部扰动或位移产生的振动。因为外部能量被连续输入到振动系统中，所以振动可以被保持而不会由于阻尼而随着时间衰减。根据外界激励的不同形式，强迫振动可分为间歇激励、周期激励、脉冲激励、阶跃激励和任意激励。

分析步骤:

1)扫描频率范围和密度

a)划分扫描频率区间:稳态动态，区间=范围或特征频率

b)定义扫描间隔:稳态动态，频率标度=对数或线性

c)设置偏移参数

2)定义多个频率扫描范围

3)定义阻尼

4)选择特征模式

选择本征模M1，m2，m3

5)初始条件:无需定义

6)边界条件虚部不受约束或释放，模态法和子空间法基于特征模态。在稳定性动力学分析步骤中，不能定义或使用零位移边界条件。

*边界定义了边界条件的移动，边界条件只能由基本运动定义，并且必须与特征模式提取步骤中的边界条件一致；直接法的边界条件可以在加载节点的任意自由度上按正弦规律变化。

7)负载

负载随时间呈正弦变化，也可以定义为随频率变化。

8)场定义:模态法不支持带温度场的分析

9)材料:必须输入密度，材料的成型和一些非弹性性质在分析中无效。

直接法和sub 空法可以考虑材料的频变特性。不允许模态方法。

10)单元:可以使用应力-应变(不包括有畸变的广义轴对称单元)、噪声声压和电流体动力

11)输出

3.1直接稳态动力学分析(直接稳态动力学)

隐式直接积分是线性摄动分析的一个步骤，用于研究谐波激励下系统线性化的稳态动态响应。在直接稳态动力学分析中，通过直接积分模型的原始方程来计算系统的稳态响应。在定义直接稳态动力学分析步骤时，首先定义扫频范围和频率点，得到包括频率范围边界点的分析结果，其中频率可以由振动的周期性给出。有两种类型的频率间隔，显式或对数(默认为对数间隔)。两者都可以选择。整个频率轴可以用频率区间等分，也可以在一定频率范围内引入偏执波束参数，定义频率点的非均匀分布。

当不能提取系统的特征模态时，就不能用模态法计算稳态响应。此时可以用直接法计算分析稳态响应。通常，如果系统具有以下特征，则不能提取特征模态:存在非对称刚度；包括模态阻尼以外的其他形式的阻尼；必须考虑粘弹性材料的特性(具有频率变化特性)。

求解结构稳态响应的过程是一个线性过程，可以是线性步骤，也可以是稳态响应分析步骤之前的非线性步骤。如果直接法稳态动力分析步骤之前的任何分析步骤包含几何非线性影响，则可以通过稳态动力响应分析中的参数设置来增加初始应力和载荷刚度的影响。

直接稳态动力学分析不需要提取系统的特征模态，而是在每个频率点对整个模型进行复杂的积分运算。因此，对于具有大阻尼频率变化特性的模型，直接法比模态分析法更精确，但需要更多的时间。

3.2基于模态分析的稳态动力学模态

模态叠加法是一种线性摄动分析步骤，用于研究谐波激励下系统线性化的稳态动态响应，只有从模态分析中提取固有频率和振型后才能使用。

模态稳态动力分析法是基于模态叠加法求解系统的稳态响应。在求解模态稳态响应之前，必须提取无阻尼特征模态，并通过变换对系统进行解耦，得到一组用模态坐标表示的单自由度运动方程。通过求解各单自由度运动方程得到系统在模态坐标下的稳态响应后，最终通过变换得到系统在物理坐标下的稳态响应。

模态稳态动态分析具有以下特征:

1)分析速度快，耗时最少(与直接法和sub 空法相比)；

2)计算精度低于直接法和sub 空法；

3)不适合分析阻尼特性大的模型；

4)不适合分析具有粘弹性材料(频率变化特性)的模型。

此外，需要注意的是，在使用基于模态的分析方法时，用户必须确定需要保留的特征模态，以确保这些模态能够准确描述系统的动态特性。

3.3.子方法的稳态动力学子空间分析空

模态叠加法是一种线性摄动分析步骤，用于研究谐波激励下系统线性化的稳态动态响应，只有从模态分析中提取固有频率和振型后才能使用。

与模态动力学分析不同，inter-sub 空稳态动力学分析将运动方程投影到一组特征模态上，然后求解。子模块空间稳态动力学分析的基本思想是:首先提取无阻尼对称系统的特征模态，选择合适的特征向量形成特征模态子模块空，然后将稳态动力学方程投影到特殊模态子模块空，用直接法求解子模块空间的稳态动力学方程。sub-空方法是基于这样的假设，即在有关频率范围内的无阻尼特征模态可以准确地表示受迫运动下的稳态动态响应。此外，子空必须包含足够数量的特征模态向量，其数量由用户定义。系统的动力学方程在模态sub 空之间投影，形成低维(非解耦)方程。对简化后的动力学方程进行求解，并返回结果得到物理坐标下的节点位移和应力响应。sub 空法稳态动力分析具有以下特点:

1)模型可以定义任何形式的阻尼；

2)可以处理刚度矩阵不对称的模型；

3)能够有效、快速地分析具有频率变化特性的模型；

4)与直接法相比，节省大量时间；

5)当模型规模迅速增大时，计算成本优势更加明显；

6)计算精度低于直接法。

4.反应谱分析，也称为冲击分析，用于分析结构在给定谱作用下的峰值。

基于模态计算，在给定的冲击谱下，应力或位移随时间变化。一般让步

反应谱(位移、加速度等。)在一定的频率范围内。给定加速度冲击谱，需要定义给定频率范围内所有模态的阻尼，并指定冲击载荷的方向(方向余弦)。在冲击谱分析中，采用模态叠加法计算结构响应，计算中设置了一个初始步骤和两个分析步骤。在初始步骤中定义边界条件。第一分析步骤为频率提取分析步骤，采用lanczos方法求解特征值，提取2000Hz以内的固有频率率，第二分析步骤采用线性摄动分析步骤中基于模态的响应谱分析，应用下表所示的加速度冲击谱，将2000Hz以内所有模态阶次的阻抗定义为0.05，根据冲击载荷的应用方向定义方向余弦(X/Y/Z方向)。

频率范围/赫兹

加速度冲击响应谱(q = 10)

50~1000

50克~ 3000克

1000~6000

3000g

5.随机响应分析是指结构在随机载荷下的响应。

根据随机响应分析，载荷谱是随机的，汽车在崎岖的山路上行驶时，载荷是能量曲线和功率谱密度函数，载荷曲线是不同频率范围内的功率谱密度。

计算结果是给定可靠度的应力。结果是频域中的应力或应变。

对于随机对应分析，采用模态叠加法计算响应，设置一个初始步骤和两个分析步骤。

在初始步骤中设置边界条件并定义边界条件；第一个分析步骤是提取频率分析步骤，采用lanczos方法求解特征值，计算2000Hz以内的固有频率；在第二分析步骤中，建立另一个线性扰动分析步骤，进行基于模态的随机响应分析，在该分析步骤中，设置10 Hz ~ 2000Hz的扫频范围、扫频点数、2000Hz内各模态的阻尼为0.05等相关信息。下图不对！未找到参考源。设定给定频率范围内加速度功率谱密度的PSD激励曲线，放大倍数为9800。

频率范围/赫兹

功率谱密度

总均方根值

10~50

0.05g2/Hz

23.92g

50~300

0.2g2/Hz

300~1000

0.4g2/Hz

频率范围/赫兹

功率谱密度

总均方根值

1000~2000

-6dB/oct

问:随机振动中的功率谱密度为10-50 Hz，3db/OCT；50-300hz，0.181 G2/Hz；

300-2000hz，-12db/oct，曲线是什么，曲线应该是一条虚线，10hz和2000hz是什么

G2/hz，怎么算。

回答:是一条折线。对角线的端点用这个公式计算:m(db/oct)= 10 * LG(a2/a1)/log2(f2/f1)，其中a1和a2为纵坐标(G2/Hz)的值，f1和F2为横坐标频率对应的值，m为斜率(db/oct)。因此，10Hz时应为0.0

分频斜率(也称为滤波器的衰减斜率)用来反映分频点以下频率响应曲线的下降斜率，用分贝/八度(dB/oct)表示。可分为一阶(6dB/oct)、二阶(12dB/oct)、三阶(18dB/oct)和四阶(24dB/oct)。阶数越高，分频点后的频率曲线斜率越大。常用二阶分频斜率。高阶分频器可以增加斜率，但相移大；低阶分频器可以产生平缓的斜率和良好的瞬态响应，但其幅频特性较差。当通过约束输入外部激励时，PSD可以以基本运动的形式应用。定义基本运动+PSD曲线，然后关联它们

*PSD-DEFINITION，NAME=PSD11，TYPE=BASE，G=9.8E3 0.05，0.0，10

0.05,0.0,50

0.2, 0.0,50.001

0.2,0.0,300

0.4, 0.0, 300.001

0.4, 0.0,1000

0.1, 0.0,2000

*基本运动，自由度=1，负载情况=1

*相关性，功率谱密度=功率谱密度11，类型=不相关1，1。

认为计算结果符合高斯分布，平均值μ=0。计算结果为1σ处的均方根应力σrms，即应力不超过σrms的概率为68%，因此μ 3σ内应力的计算概率为99.7%。问题:如果在曲线上设置一个点A(X，y)，那么RMISES-频率曲线是否意味着频率从0Hz到yHZ随机振动时，计算应力低于y的概率不超过68%？而当均方根应力σrms突然增大时，对应的频率就是模型的固有频率？因为这个频率接近固有频率，所以发生共振，响应(这里是应力)增加。右边是典型点应力最频繁的变化。

6.屈曲分析

6.1.线形扣环

又称特征值屈曲，算法与静态算法基本相同。在分析步骤中选择带扣。加载时特征值与载荷的乘积为线性屈曲载荷，只取一阶屈曲模态，屈曲首先发生的载荷。振幅不能在特征值屈曲分析中定义。

6.2.非线性屈曲(riks)

可以考虑几何、材料和边界条件等非线性行为，分析结构的不稳定倒塌、弹塑性失稳和后屈曲状态。用弧长代替时间可以引入几何缺陷。灵敏度分析是改变缺陷比例因子。

计算步骤:

1.复制特征值计算模型，

2.替换步骤

需要开启非线性，输入最大载荷比例系数，设置初始弧长、最大弧长增量等。

3.通过编辑关键词引入几何缺陷有三种方式:

1)叠加屈曲模式(常用)

在特征值屈曲分析中(以工作名称job-1 _ buck为例)，在关键字*结束步骤前插入: