Abaqus时程分析法计算地震反应的简单实例

问题描述：

（本例引用《有限元法及其应用》一书中陆新征博士计算的算例）

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。

第一部分：反应谱法

几点说明：

本例建模过程使用CAE；

添加反应谱必须在inp 中加关键词实现，CAE 不支持反应谱；

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

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。Ok

（3） Create lines：connected，分别输入0，0；0，3；0，6；0，9；0，12。

（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：I，category：beam，type：beam, Continue, create profile, name:I, 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：I，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。

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

（17） 点击results进入后处理模块，可以看到最大位移为78.975px，这与陆新征博士讲解的ansys结果79.[1**********]999px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，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10（施加的加速度记录共10s，间隔0.01s），type：automatic，最大增量数量设置为2000步，将初始时间增量设置为0.005，最小增量设置为1e-15，最大增量设置为0.005，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！）。将模型顶端节点设置为set1（在tools中设置，用于观察顶端节点的反应情况），在output中设置需要输出结果，在edit history output request 将domain改为set，选择set1，在displacement里面选择U。

（2） 进入property模块，在材料中补充damping，使用瑞利阻尼，质量系数为0.4，刚度系数为0.03。

（3） 进入load模块，boundary condition manager，将fix在step2的propagated改为inactive，create一个新的边界条件（在step2），取消x向位移约束（以在该方向施加加速度），再create一个边界条件（在step2），type为acceleration/ angular acceleration,continue,选择基底节点，勾选A1，输入1（加速度记录单位m/s^2），在amplitude后点create，name：ac，type：tabular，continue，time span：total time，从excel复制时间和加速度至date数据栏中（加速度时程按规范将最大值调整为0.35m/s^2），再amplitude下拉栏中选ac，ok。Dimiss。

（4） 进入job模块， Create job，submit。结构顶端的水平位移时程见下图，最大值为43px。

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