在LS-DYNA中阻尼完全是可选的,通过使用一个*DAMPING卡片来调用。应该知道能量可以通过其它的非*DAMPING的方式耗散,比如,因为沙漏力产生的能量,刚性墙的力产生的能量,接触摩擦力产生的能量,离散阻尼产生的内能等。

有时候,接触力可能将噪声引入到响应里。在这种情况下,通过*CONTACT卡第二张卡的VDC参数来增加粘性阻尼,从而帮助减小噪声。VDC以临界阻尼的百分比输入,典型的值是10到20。

*DAMPING卡片概览:

LS-DYNA中的质量阻尼(Mass damping)包括*damping_global & *damping_part_mass,是用于抑止低频的结构振动模式,但此外它有抑制刚体模式的效应。因此对经受明显刚体运动的部件,应该要么从质量阻尼中排除或者在部件经历大的刚体运动期间关掉质量阻尼;或者使用*damping_relative来替代。通过使用*damping_relative,仅仅相对指定刚体的运动/振动被抑制。

在质量阻尼情况下临界阻尼系数是4*pi/T,其中T是要抑制的模态的周期(通常是最低阶(基频)模态)。周期可以通过特征值分析(eigenvalue)或者从一个无阻尼的瞬态分析结果来估计。如果选择使用质量阻尼,建议使用小于临界阻尼系数的阻尼值。取10%的临界阻尼的值,即输入0.4*pi/T,是相当典型的值。可以选择用同样的阻尼系数抑制所有的部件(*damping_global)或者对每一个部件指定不同的阻尼系数(*damping_part_mass)。在任何一种情况下,阻尼系数可能会随时间变化(在仿真中间关掉或打开阻尼时会有用)。

*damping_part_stiffness是为了抑制高频振动和数值振荡,通常对结构振动没有明显的影响。这种情况下阻尼系数COEF近似表示临界阻尼的一个系数。典型的COEF值是0.1。如果使用刚性阻尼产生不稳定,消除阻尼或者减小COEF的值来使回复稳定(也许降低一个数量级或者在某些情况下更多)。

质量和刚性阻尼在隐式瞬态分析中都实现了。

在版本970中另一个可选的阻尼是频率不相关的阻尼选项,它的目标是抑制一个范围的频率和一批部件(*damping_frequency_range)。

*Damping_frequency_range是由Arup的Richard Sturt开发的,它的理论细节是私有的。它开发的意图是帮助LS-DYNA来适当地处理振动预测问题中的阻尼--包括车辆NVH时间历程分析,某些地震问题和土木结构的振动问题。

*damping_frequency_range的关键点在于:
-仅使用很小的阻尼,例如1%到2%
-处理阻尼将轻微的减小了响应的刚度,那是因为阻尼力的应力滞后于理论上正确的阻尼力,由于需要估计频率内容。
-用户指定的频率范围最理想情况是不要超过最高值和最低值之间30%。在这个范围之外同样可以获得阻尼,但阻尼值会减小。
这种阻尼是基于节点速度的,所以可能会由于结构模态或者刚体转动而有振荡。

在Rayleigh阻尼里,阻尼矩阵表达为质量和刚度矩阵的线性组合C = alpah*M + beta*K
LS-DYNA为标准的非线性分析在单元级实现Rayleigh阻尼。这是为了数值上的方便,因为在显式方法里不需要生成刚度矩阵K。取而代之,通过简单的将应力在单元面积上积分得到内力。Rayleigh阻尼作为这个应力的一个修正而实现。

版本960中的刚性阻尼(stiffness damping)完全重新实现,即使这样可以在960中提供COEF值,这个值与950中的BETA值是相符的,其中:COEF=BETA*(w/2)

版本950和960中的刚性阻尼不完全相同。在960中刚性阻尼方程在高频域提供一个近似的临界阻尼分数。方程的详细信息是不公开的。这个方程中的变化是因为使用旧版本方程时产生不稳定的频率而促使的。在版本970的3510子版本(或者更高)中,旧的950版本的刚性阻尼方程作为一个选项提供,通过设置COEF值为负值来调用。这个参数之后被解释成V950用户手册中所指的BETA值。

English Version:

Damping is completely optional in LS-DYNA and is invoked using one the *DAMPING commands. Be aware that energy dissipation can occur through means other than *DAMPING, e.g., energy due to hourglass forces,energy due to rigidwall forces, energy due to contact friction forces,internal energy from discrete dampers, etc.

Sometimes, contact forces can introduce noise into the response. In such cases, adding viscous damping via the VDC parameter on Card 2 of *contact may help reduce the noise.   VDC is input as a percentage of critical damping …   a typical value is 10 to 20.

___________________________________________________________
Overview of *DAMPING commands:

Mass damping in LS-DYNA, which includes *damping_global and *damping_part_mass, is intended to damp low-frequency structural modes but it has the added effect of damping rigid body modes.Thus parts that undergo significant rigid body motion should EITHER be excluded from mass damping OR the mass damping should be turned off during the time the part undergoes rigid body motion OR *damping_relative should instead be used. By using *damping_relative, only motion/vibration that is relative to the motion of a particular rigid body is damped.

The critical damping coefficient in the case of mass damping is 4*pi/T where T is the period of the mode targeted for damping (usually the lowest frequency (fundamental) mode).The period can be determined from an eigenvalue analysis or estimated from results of an undamped transient analysis.   If the user elects to use mass damping, a damping value less than the critical damping coefficient is suggested.
A value of 10% of critical damping, input as 0.4*pi/T,   is fairly typical.   You can choose to damp all parts using the same damping coefficient (*damping_global) or, to tailor the damping to the individual response characteristics of each part, you can assign a different damping coefficient to each part (*damping_part_mass).   In either case, the damping coefficient can vary with time (useful to turn damping off or on in the middle of a simulation).

*damping_part_stiffness is intended to damp high frequency, numerical oscillation and generally won’t have much affect on structural vibration/oscillation. The damping coefficient COEF in this case appproximately represents a fraction of critical damping.   A typical value of COEF is 0.1. If an instability results from using stiffness damping, eliminate the damping or reduce COEF (by perhaps an order of magnitude or more in some cases)so that stability is restored.

Both mass and stiffness damping are implemented for implicit transient analysis.

Another damping alternative in version 970 is a frequency-independent damping option which targets a range of frequencies and a set of parts (*damping_frequency_range).Damping_frequency_range was developed by Richard Sturt of Arup and its theoretical details are proprietary.   It was developed with the intent of helping LS-DYNA to handle damping in vibration prediction problems properly - including vehicle NVH time-history analysis as well as certain classes of seismic problems and civil/structural vibration problems.

The key points of *damping_frequency_range are:
- Use for low amounts of damping only, e.g. up to 1% or 2%
- The damping treatment slightly reduces the stiffness of the response -that’s because the applied damping force lags slightly behind the “theoretically correct” damping force, due to the need to evaluate frequency content.
- The frequency range specified by the user should ideally be no more than a factor of 30 between highest and lowest. Damping is still achieved outside the frequency range but the amount of damping reduces.This damping is based on the nodal velocities; these might oscillate due to structure modes or due to rigid body rotation.
__________________________________________________________________________
Additional commentary on damping …
In Rayleigh damping, the damping matrix is expressed as a linear combination of the mass and stiffness matricies:

C = alpha*M + beta*K

The LS-DYNA implementation of Rayleigh damping for standard, nonlinear analysis is done at the element level, as you stated. This is done for numerical convenience, since in the explicit method we don’t need to form the stiffness matrix K.Instead, we compute internal forces by simply integrating stresses over the element area.   The Rayleigh damping terms are implemented as corrections to these stresses.

The stiffness damping in version 960 is completely reformulated.Even though you may provide a 960 COEF value which is consistent with the 950 BETA value, , that is,…COEF = BETA * (w/2)

…the 950 stiffness damping and the 960 stiffness damping will not be exactly equivalent.   The 960 formulation of stiffness damping provides an APPROXIMATE fraction of critical damping in the high frequency domain.   The details of the formulation are proprietary.   The change in formulation was prompted by the frequent occurences of instability when using the old formulation.

In rev. 3510 (or higher) of v. 970, the old 950-style stiffness damping formulation is available as an option and is invoked by setting the COEF parameter to a negative value.   The parameter is then interpreted as a BETA value as documented in the v. 950 User’s Manual.

 

附:

    mx''+cx'+kx+rn=r(此等式为动力计算中常用的力学平衡方程),我们用引入阻尼的概念来表征能量的消耗。一般的我们采用弹性材料在计算地震作用或者其他动力荷载下的反应时,才使用阻尼的概念(根据计算方法的不同,如以振型为基础的FNA方法和反应谱方法引入了阻尼比的概念,比如对混凝土结构,阻尼比为0.05,钢结构为0.03左右。如采用直接积分方法引入了瑞利阻尼,具体又分为刚度阻尼和质量阻尼)如果采用弹塑性材料我们很难再来定义阻尼了。定义了道理谁都说不清。
    阻尼还有一种情况,就是动态的加载来模拟静载的效果,此时我们关心的时结构在加载时不产生大的振动以模拟静态的效果,此时我们加大的阻尼。一般我们称这种阻尼为数值阻尼,属于数值计算中的一种处理技术。

Damping_part_stiffness 是施加刚度阻尼
Damping_global是施加质量阻尼
详细说明见手册!
再模拟计算中,具体的阻尼参数很难把握,只能多次有规律地试算,比较结果,最终确定!
顺便:对动态的加载来模拟静载的效果的算例,用质量阻尼比较理想。

发表于: 2012-05-23 16:44 阅读(5245) 评论(1) 收藏 好文推荐

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# re: [LS-DYNA] Damping 阻尼-中英文版
不知道怎么称呼楼主,想请教下最后一段话:“阻尼还有一种情况,就是动态的加载来模拟静载的效果,此时我们关心的时结构在加载时不产生大的振动以模拟静态的效果,此时我们加大的阻尼。一般我们称这种阻尼为数值阻尼,属于数值计算中的一种处理技术。”我用这种方法来给结构加载,可是出现阻尼能不断增加的现象,不知道是则么回事?希望能得到您的指点,谢谢!


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不知道怎么称呼楼主,想请教下最后一段话:“阻尼还有一种情况,就是动态的加载来模拟静载的效果,此时我们关心的时结构在加载时不产生大的振动以模拟静态的效果,此时我们加大的阻尼。一般我们称这种阻尼为数值阻尼,属于数值计算中的一种处理技术。”我用这种方法来给结构加载,可是出现阻尼能不断增加的现象,不知道是则么回事?希望能得到您的指点,谢谢!--【匿名用户】:E-works热心网友 dyna碰撞
我目前在德国工作,VDI2230是螺栓计算的必用标准,另外FKM-Richtlinie以及DIN743,&nbsp;DIN&nbsp;6892对结构,焊接,轴类和配合的疲劳强度也很重要,此外国内现在结构疲劳计算的标准如&nbsp;钢结构设计规范&nbsp;感觉很不全面,而且还完全停留在实用名义应力对比的阶段。欧洲在这方面先进很多,如果有问题可以讨论。
QQ:47285075--【匿名用户】:E-works热心网友
祝福学子们~--蔻色指尖
很强大--御风
请问一下,ANSYS中角速度的方向是不是顺时针为正、逆时针为负?--【匿名用户】:E-works热心网友
我用ANSYS&nbsp;LS分析轧制钢板时,可逆轧制,一个道次后,设置加速度为负值,为什么钢板会一直加速往前走,而不会反向运动。--【匿名用户】:E-works热心网友
正在准备资料中,不久就发出来了--D&D_ANSYS
等续集啊、、、--卢玉琴
你的载荷是加速度载荷么加速度载荷的话方向正好是反的,因为在ansys中对加速度的定义是惯性力,&nbsp;惯性力是阻碍物体运动的所以在考虑的时候方向要反着考虑就可以了--D&D_ANSYS
我在加荷载的时候方向为什么是反的?
例如,y=-1.上面却显示方向沿y轴向上,这是怎么回事?--【匿名用户】:E-works热心网友

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