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ABAQUS能量平衡原理与应用

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    ABAQUS中的能量名目非常丰富,有内能、动能、应变能、外部力做的功、阻尼耗能、塑性耗能、损伤耗能、时间相关量耗能、周边媒介耗能。。。这些能之间的关系如何,是如何保持能量守恒?


    1).能力守恒依然遵守的是热力学第一定律

    2).各关系如下:

      Eu+Ek+Ef-Ew-Eqb=constant

式中:Eu内能;

      Ek动能;

      Ef:模型接触摩擦耗能;

      Ew:外部荷载作功;

      Eqb为周边媒介阻尼耗能;

    3). Ew=E_面力+E_体力

       Eu=Ei+Ev=Es+Ep+Ec+Ev

       Ev阻尼耗能,包括粘滞阻尼,材料阻尼。

       Ei剩下的内能,包括弹性应变能Es,塑性能Ep以及时间相关量耗能Ec(例如蠕变等)

       Es=Ee+Ed;弹性应变能又包含了损伤耗能Ed和可恢复能Ee。

   4). 常规工程能量耗能分布:

   一是弹性应变能和动能;二是塑性耗能;三是阻尼耗能;

最后以几张能量图作为范图,该图表达的是一核心筒受到ELCENTRO波时的动力时程反应分析。

[ABAQUS] <wbr alt='ABAQUS中的能量平衡的图1' referrerpolicy='origin-when-cross-origin' ></wbr> <wbr>能量平衡

能量图:动能:ALLWK(external work for whole model)

        内能:ALLIE(internal energy for whole model)

        外部荷载功:ALLKE(Kinetic energy for whole model)





[ABAQUS] <wbr alt='ABAQUS中的能量平衡的图2' referrerpolicy='origin-when-cross-origin' ></wbr> <wbr>能量平衡

内能、应变能、塑性耗能

内能:ALLIE(internal energy for whole model)

应变能:ALLPD(Platic dissipation for whole model)

塑性耗能:ALLSE(strain energy for whole model)





[ABAQUS] <wbr alt='ABAQUS中的能量平衡的图3' referrerpolicy='origin-when-cross-origin' ></wbr> <wbr>能量平衡
损伤耗能、应变能


顺上耗能:ALLDMD(damage dissipation energy for whole model)

应变能:ALLPD(Platic dissipation for whole model)


 


关于本文网友的疑问:

   根据庄茁老师《基于ABAQUS分析的有限元分析和应用》书中(9.6.1节)表述:整体模型的能量平衡可以写为:

   ALLIE+ALLVD+ALLFD+ALLKE-ALLWK=ETOTAL=constant (公式1)

即,内能+粘性耗散能+摩擦耗散能+动能-外力功=常量


   ALLIE=ALLSE+ALLPD+ALLCD+ALLAE (公式2) 

即,内能=存储的应变能+非弹性耗散能+粘弹性耗散能(或者蠕变耗散能)+伪应变能

问题是:
1、ABAQUS中ALLWK指的是外荷载所做的功,我认为它应该等于其它能量项之和,比如说公式1中,外力功=内能+粘性耗散能+摩擦耗散能+动能,这样的话,ETOTAL应该是在0附近变化(<1%);如果我的理解有误,不知ETOTAL的物理含义是什么?
2、我分析的是结构在地震波作用下的反应,通过查看资料发现,能量方程有两种,即相对能量方程和绝对能量方程,相对能量方程是动力方程两边对“相对位移”积分得到的,绝对能量方程式动力方程两边对“绝对位移”积分得到的,我在ABAQUS帮助文件中没有找到这些能量项计算的公式说明,请问这些能量项的计算公式在哪本资料上能够查的到?还想再问下,如果求地震波输入结构中的能量,是否就是外力功ALLWK这项呢?
3、根据您博客中的内容,内能=弹性应变能(Es)+塑性能(Ep)+阻尼耗能(Ev)+蠕变耗能(Ec),而弹性应变能(Es)=损伤耗能(Ed)+可恢复能(Ee),这里的损伤耗能Ed是ABAQUS中变量ALLDMD(Damage dissipation  energy)吗?它代表什么意思呢?
比对公式2,如果ALLSE指的是可恢复的弹性应变能,那么是否公式2中少了一项损伤耗能(Es),不知该怎么理解?


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