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2022-11-03

在 RFEM 6 中忽略质量

RFEM 6 的“模态分析”模块可以对结构进行模态分析,计算自振值,例如固有频率、振型、模态质量和有效模态质量系数。 这些结果可用于振动设计以及进一步的动力分析(例如,通过反应谱加载)。

然而,在模态分析中,通常需要忽略质量。 当模态分析的输出用于地震分析时尤其如此,因为计算需要每个方向上 90% 的有效模态质量。

一个典型的例子是受支撑的面,该面在很大程度上参与了结构的总质量,但对结构的动力响应没有重大影响。 当考虑这种质量时,有效模态质量系数很难达到 90%。

由于这些问题经常出现,因此在 RFEM 6 中可以忽略结构某些部分的质量,以便进行模态分析。 在模态分析中如何考虑质量可以在模态分析设置中定义,如图2所示。 与“不忽略”选项(即不忽略任何质量)相比,您可以选择以下两种选项来忽略质量: 忽略所有固定节点和线支座的质量,或自己选择单个对象。

前一个选项(图 2),顾名思义,就是可以将所有固定节点和线支座的质量设置为零。 这完全由程序完成;您不需要选择,因为程序会自动取消激活与固定节点和线支座相关的质量。

但是,您可以选择“用户自定义”选项,然后手动选择在模态分析中忽略质量的对象。 选择该选项后,您可以在新选项卡(“忽略质量”)中指定对象选择(图3)。 首先,您需要从以下选项中指定对象类型: 节点、线、杆件、面和无支座的节点。

接下来,您可以手动创建相关对象的列表,也可以使用对象列表字段中的“单独选择”按钮以图形方式选择它们。 对于所选对象,系统会要求您定义忽略哪个方向的质量。 为此,您可以勾选位移方向 uX 、uY和 uZ以及相应的旋转方向 𝜑X 、𝜑Y和 𝜑Z

在这两种情况下(忽略所有固定节点和线支座的质量,或者创建单独的对象选择),与所选选项关联的对象的质量将被停用,并且不会在模态分析中加以考虑。 通过将质量设置为零,等效质量系数将增加,从而可以轻松达到地震分析所需的总质量的 90%。

请注意,当忽略质量时,不会忽略对象的刚度。 如果您想忽略质量和刚度,则应该使用结构调整,我们将在下一篇知识库文章中对此进行介绍。

实例

在 RFEM 6 中忽略质量选项的重要性将通过图 4 中的示例进行说明,该示例显示了钢筋混凝土结构的延伸部分。

首先,将使用图 5 中所示的设置进行模态分析。 请注意,模态分析设置中指定了计算特征值的规则。 在这种情况下,选择“用户定义”选项,并且要计算的振型数设置为 30。

求解特征值问题的方法是 Lanczos 迭代法,用于确定大型模型的 p 个最低特征值和相应的振型。 质量矩阵是一致的,并且假设随后进行反应谱分析,质量被设置为作用在全局位移方向 X 和 Y 上。

“设置”选项卡管理着模态分析所需的其他设置,例如质量转换类型,它控制着模态分析中质量的导入。 在本例中考虑了 Z 轴分量(图 6)。 如文章开头所述,忽略质量选项是这些设置的一部分。 为了说明该选项的重要性,首先进行模态分析,不考虑任何忽略。

使用这些设置的模态分析结果如图 7 所示。 考虑到分析的输出将用于地震分析,我们最感兴趣的结果是有效模态质量。 例如,结果表明前 7 个特征值只是与钢结构相关的局部特征值,而模态 8、9 和 10 则包含大量的质量,并且对钢结构的动力响应产生重大影响。结构。

所有模态的结果如图8所示。 需要注意的是,要在 x 和 y 方向上达到所需的 90%,需要计算 30 个振型(更具体地说,在 x 方向上达到 96.95%,而在 y 方向上达到 95.26%)。 因此,要达到 90%,必须计算更多的特征值;但是,要计算的特征值越多,计算的时间就越长,尤其是在大型结构的情况下。

此时可以选择忽略质量选项。 这将允许您计算更少的特征值;例如设置为 10(即设置要计算的振型数为 10),在每个方向上仍然达到地震分析所需的有效模态质量的 90%。 与钢结构相关的质量可以忽略不计,因为结果表明它们对结构的动力响应影响不大。

如果忽略与钢结构相关的质量,您应该将对象类型定义为“杆件”,然后手动创建对象列表,或者使用“单独选择”按钮以图形方式选择对象,如图 9 所示。 对于所选对象,您应该选中所有位移和旋转方向的复选框(即 uX 、uY 、uZ 、𝜑X 、𝜑Y和 𝜑Z ),以忽略这些对象中的质量方向。

最后,您可以使用这些设置运行模态分析,并获得如图 10 所示的结果。 这一次只计算 10 种模态就达到了要求的 90%,并且分析时间大大缩短。


作者

Kirove 女士的职责是撰写技术文章并为 Dlubal 软件的客户提供技术支持。

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