ABAQUS时程分析法计算地震反应的简单实例

本例引用《有限元法及其应用》一书中陆新征博士使用ansys计算的算例

问题描述：

悬臂柱高12m，工字型截面（图1），密度7800kg/m³，EX=2.1e11Pa，泊松比0.3，所有振型的阻尼比为2%，在3m高处有一集中质量160kg，在6m、9m、12m处分别有120kg的集中质量。反应谱按7度多遇地震，取地震影响系数为0.08，第一组，III类场地，卓越周期Tg=0.45s。

图1 计算对象

第一部分：反应谱法

几点说明：

l 本例建模过程使用CAE；

l 添加反应谱必须在inp中加关键词实现，CAE不支持反应谱；

l *Spectrum不可以在keyword editor中添加，keyword editor不支持此关键词读入。

l ABAQUS的反应谱法计算过程以及后处理要比ANSYS方便的多。

操作过程为：

（1）打开ABAQUS/CAE，点击create model database。

（2）进入Part模块，点击create part，命名为column，3D、deformation、wire。continue

（3） Create lines，在分别输入0，0回车；0，3回车；0，6回车；0，9回车；0，12回车。

（4）进入property模块，create material，name：steel，general–>>density，mass density：7800

mechanical–>>elasticity–>>elastic，young‘s modulus：2.1e11，poisson’s ratio：0.3.

（5） Create section，name：Section-1，category：beam，type：beam,

Continue

create profile, name: Profile-1, shape:I,

按图1尺寸输入界面尺寸，ok。

在profile name选择I，material name 选择steel。Ok

（6） Assign section，选择全部，done，弹出的对话框选择section：Section-1，ok。

（7） Assign beam orientation，选择全部，默认值确定。

（8） View–>>part display options，在弹出的对话框里勾选，render beam profiles，以可视化梁截面形状。

（9）添加集中质量，Special–>>inertia–>>create，name：mass1，type：point mass/inertia，

continue，选择（0，3）位置点

done，mass：160，ok。

create，name：mass2，type：point mass/inertia，continue，选择0，6；0，9；0，12位置点（按shift多选），done，mass：120，ok，dismiss。

（10） Assembly–>>instance part，instance type选dependent（mesh on part），ok。

（11） Step–>>create step，name：step-1，procedure type选freqency，continue

在basic选项卡中，eigensolver选择频率提取方法，本例选用lanczos法，number of eigenvalues request，选value，输入10.ok。

再create step，create step，name：step-2，procedure type选response spectrum，continue

在basic选项卡中，excitations选择单向single direction，sumations选择square root of the sum of squares（SRSS）法，use response spectrum：sp(反应谱的name，后面再inp中添加)，方向余弦（0，0，1），scale factor：1.

进入damping选项卡，阻尼使用直接模态（direct modal），勾选direct damping data，start mode：1，end mode：8，critical damping fraction：0.02.ok。

（12）进入load模块，Load–>>create boundary condition，name：fixed，step选择initial，category选择mechanical，types选择displacement/ rotation，continue

选择0，0点，done，勾选u1~ur3所有6个自由度。Ok。

（13）进入mesh模块，object选择part，点seed edge by number，选择所有杆，done，输入3，done

点assign element type，选择全部杆，done，默认B31，ok。点mesh part，yes。

（14）进入job模块，name：demo-spc，source：model，continue，默认，ok。进入job manager，点击write input，在工作目录生成demo-spc.inp文件。

（15）进入ABAQUS工作目录，使用UltraEdit软件（或其他类似软件）打开demo-spc.inp，*Boundary关键词的后面加如下根据问题叙述确定的反应谱：

*Spectrum,type=acceleration,name=sp

0.1543,0.167,0

0.1915,0.25,0

0.2102,0.333,0

0.2241,0.444,0

0.25,0.5,0

0.3295,0.667,0

0.4843,1,0

0.5987,1.25,0

0.7868,1.667,0

1.0342,2.222,0

1.0342,10,0

0.3528,10000,0

第一列为加速度，第二列为频率，第三列为阻尼比。

图2

保存。

（16）进入job模块，create job，name：spc，source选择input file，input file select：工作目录下的demo-spc.inp，continue

默认，ok，进入job manager，选择spc，submit，计算成功！

Frequency must be increasing continuously in a spectrum definition

（17）点击results进入后处理模块，可以看到最大位移为3.159cm，这与陆新征博士讲解的ansys结果3.1611cm基本一致。可以查看工作目录下的spc.dat文件查看详细的频率和模态分析结果。

第二部分：时程分析

（1）进入step模块，删除原step1、step2。建立step1（static general），用于施加重力

（2）将step1结果作为动态分析的初始状态，time period 设置为1e-10（很短时间）。

建立step2（dynamic implicit），进行动力时程分析

time period 设置为20（施加的加速度记录共20s，间隔0.02s），type：automatic，最大增量数量设置为2000步，将初始时间增量设置为0.02，最小增量设置为1e-15，最大增量设置为0.02，half-step residual tolerance：100（控制automatic求解精度的值，在地震分析中应该设置多大为好？还没弄清楚！请大家赐教！）。