基于复阻尼假定的混合结构动力时程分析方法的改进

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当前,结构振动中的阻尼研究较集中于两种:第一是粘性阻尼,第二是复阻尼。粘性阻尼是一种较为理想化的阻尼,方便数学求解,但是理论上来说粘性阻尼的能量耗散与激振频率有关,这与试验结果不符,导致在有些实际工程应用中会产生较大的误差。复阻尼在时域内求解困难,但是能够很好地贴合试验结果,在工程应用中所造成的误差也相对较小,因此在计算机方法普遍得到应用的背景下,复阻尼的应用已取得很大的进展。在结构的抗震分析过程中,反应谱法是抗震分析的主要方法,但由于该方法实质为用于线性求解的频域方法,在大震作用下结构的弹塑性分析结果仅为近似值。我国抗震规范规定,对于不规则建筑,甲类建筑,超高层建筑等需要进行弹塑性抗震计算时,我国规范规定要用时程分析法进行补充计算。传统的时程分析法只是针对单一材料的结构,对于在复阻尼基础上的针对混合结构的时程分析法来说,目前还没有一种较为有效的计算方法。综上,本文针对混合结构在基于复阻尼假定的抗震分析实模态叠加法的基础上,提出一种基于复阻尼假定的针对混合结构抗震计算的时程分析法,主要完成了以下工作:对原有的动力方程进行改进,完成了动力方程频域和时域求解方法的理论推导,对计算过程进行了完整的描述。在第一步工作的基础上编写C++程序,利用著名有限元软件MSC.NASTRAN的DMAP工具编写代码,嵌入到.bdf文件中提交MSC.Nastran计算,提取C++程序求解时需要的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵、荷载矩阵以及特征向量矩阵,对每个模态一一进行动力时程计算。将本文方法计算结果和有限元软件ADINA计算结果进行对比与分析。结果表明,两种方法求解出的结果时程变化趋势基本相同,内力峰值有明显差别,但本文所提出的方法计算效率更高,计算速度相比较ADINA来说提升了近20倍,大大节约了时间成本。对复阻尼假定过程中出现的非因果关系进行概述,就非因果因素对计算结果产生的影响进行探讨和验证。结果表明,非因果因素对计算结果产生的影响极小,不足0.2%,不足以影响计算结果的精确度。
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