水哥很早以前就讨论过ANSYS中地震波的三种施加方式,具体见下面这篇推文:
不过这篇文章主要针对于APDL来讲,恰逢答疑群里面有同学咨询Workbench中应该如何操作大质量法,今日以这篇文章简要说明。
以下面的框架结构为例,简述采用大质量法进行地震时程分析的基本步骤。
1、地震波的生成
这里采用本人编写的EQTOOL地震波工具箱生成人工波来施加。
打开工具箱,根据项目的抗震参数生成反应谱,如下所示。
点击传入人工波按钮,并生成人工波,此处默认生成3条,分别切换,查看误差,选择误差最小的一条波作为目标波。
导出地震波,然后再导入积分与微分,核查有无基线漂移情况,默认是进行了基线修正,此处只是核查情况。
2、模型大质量的创建
导入模型,由于加载点处的质量为整体质量的10e5倍以上,首先点击Geometry获取总体质量,此处为1.26t
右键点击Geometry,插入Point Mass
大质量点选择直接,质量为1.0e10t,如果创建的点位数较少,可以手动操作,如果是批量的话,建议用脚本实现。
注意,质量点不能选择所有的点位一起创建,否则程序底部是采用耦合的方式进行,不能达到我们的目的。
3、地震波的加载
此处进行X方向地震时程分析,释放底部X方向的约束,其他方向进行正常约束。
注意导出来的地震波还需根据计算的单位制进行放大或者缩小,同时要乘以大质量的值。
如果要考虑非一致激励,也即对于大跨度结构而言,要考虑地震波的传播影响,施加力荷载时程时,可以考虑延时,延时=跨度/地震波速度,本案例由于跨度较小,延时可基本忽略不计,但为了演示基本加载过程,假定地震波由右向左传播,两个加载点的延时为0.04s,加载如下所示。
右侧加载点如下所示:
左侧加载点如下所示,注意考虑延时情况时,前面应设为0
除上述地震波情况外,还需考虑结构的初始状态,如基本的恒载,活载情况等,也即在地震波施加之前,结构应有的初始位移,这里只考虑自重的初始状态。
初始状态计算时,可人为引进一个很小的时间步,关闭时间积分效应,增加荷载子步数,以消除初始荷载的动力影响。
自重采用加速度施加方式考虑,如下所示:
另外,还需引入瑞雷阻尼,根据前面模态分析的结果,计算得到刚度阻尼和质量阻尼系数,填入即可。
注意模态分析要在引入大质量之前,否则有误差。
此处阻尼比取0.02,计算公式如下:
dam=0.02
fr1=2.7121
fr2=6.1829
fr1=2*3.14*fr1
fr2=2*3.14*fr2
damp1=(2*dam*fr1*fr2)/(fr1+fr2)
damp2=(2*dam)/(fr1+fr2)
阻尼设置如下所示:
4、结构求解与结果查看
这里分别查看底部加载点和顶部节点的位移和加速度响应,如下所示
底部加载点X方向位移响应情况
顶部节点X方向位移响应情况
顶部节点Y方向位移响应情况
加载点X方向加速度响应情况
顶部节点X方向加速度响应情况
端部中间杆件轴力响应情况
中间跨杆件弯矩响应情况
由于采用大质量法加载响应情况为绝对响应,要想得到相对响应情况,还需手动对变量进行相减操作。Mechanical中暂时还无类似APDL里面可以对变量进行相减的直接操作,需要用户导出数据,用第三方软件操作。
这里采用EXCEL完成,如下所示:
本文WB模型(需用2024R1版本才能打开)和相关素材文件(地震波、结果数据文件)支付积分后即可下载!
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