ABAQUS地震反应谱分析

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ABAQUS反应谱法计算地震反应的简单实例

Fan.hj

2010年4月4日

清明小长假，琢磨了下ABAQUS如何进行地震反应谱计算。现通过一小算例说明。

问题描述：

（本例的问题引用《有限元法及其应用》一书中陆新征博士ANSYS算例的问题） 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

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。OK。退出sketch。 （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.OK

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（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，OK。

（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（图2）

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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，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3.159cm，这与陆博士讲解的

ANSYS结果3.1611cm基本一致。可以查看工作目录下的spc.dat文件得到详细的频率和模态分析结果（图3～4）

图3

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图4