ABAQUS时程分析法计算地震反应的简单实例（在原反应谱模型上修改） 

问题描述： 

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 

第一部分：反应谱法 

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。continue

（3） Create lines，在分别输入0，0回车；0，3回车；0，6回车；0，9回车；0，12回车。 

（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. 

（5） Create section，name：Section-1，category：beam，type：beam,

Continue

create profile, name: Profile-1, 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：Section-1，ok。 

（7） Assign beam orientation，选择全部，默认值确定。 

（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，第三列为阻尼比。 

                                                                        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，continue

默认，ok，进入job manager，选择spc，submit，计算成功！

Frequency must be increasing continuously in a spectrum definition 

（17）点击results进入后处理模块，可以看到最大位移为3.159cm，这与陆新征博士讲解的ansys结果3.1611cm基本一致。可以查看工作目录下的spc.dat文件查看详细的频率和模态分析结果。 

第二部分：时程分析 

（1）进入step模块，删除原step1、step2。建立step1（static general），用于施加重力

（2）将step1结果作为动态分析的初始状态，time period 设置为1e-10（很短时间）。

建立step2（dynamic implicit），进行动力时程分析

time period 设置为20（施加的加速度记录共20s，间隔0.02s），type：automatic，最大增量数量设置为2000步，将初始时间增量设置为0.02，最小增量设置为1e-15，最大增量设置为0.02，half-step residual tolerance：100（控制automatic求解精度的值，在地震分析中应该设置多大为好？还没弄清楚！请大家赐教！）。

另外，将非线性开关打开：在Step Manager对话框中点击Nlgeom

（3）将模型顶端节点设置为set-1:tools-->>set-->>create（在tools中设置，用于观察顶端节点的反应情况），同样的方法，底端节点设置为set-2

在output中设置需要输出结果，在edit history output request 将domain改为set，选择set1，在displacement里面选择U。

output-->> history output request-->>manager-->>edit

Creat H-Output-2，选择set-2，同上

（3）进入property模块，material editor-->>edit-->>mechanical-->>damping在材料中补充damping，使用瑞利阻尼，质量系数alpha为0.15，刚度系数beta为0.01。

（3）进入load模块，boundary condition manager，将fix在step2的propagated改为inactive（点击deactivate）

create一个新的边界条件（在step2），取消z向位移约束（以在该方向施加加速度）

再create一个边界条件（在step2），type为acceleration/ angular acceleration,continue

选择基底节点，勾选A1，输入1（加速度记录单位m/s^2），

在amplitude后点create，name：Amp-1，type：tabular，continue

time span：total time从excel文件ac5复制时间和加速度至date数据栏中（加速度时程按规范将最大值调整为0.35m/s^2）

再amplitude下拉栏中选Amo-1，ok。 

Dimiss

（4）进入job模块， Create job，submit。点击result

（5） result->history  output—>Special Displacement :U1 at Node 1 in NSET SET—2      

和U1 at Node 5 in NSET SET—1（同时按住SHIFT键可同时选择）—>plot

 (6)点击左“XY Data”前的加号出现，对_temp_1,_temp_3分别单击右键，点击edit，可将时程数据导出到excel文件中，利用excel计算功能，算出相对位移（求差），再利用excel做出相对位移的时程曲线。

注：原例中时程曲线如下

本算法得到的曲线如下图下载本文