原创：ABAQUS地震时程分析的一些经验总结

hunanyangdong

做了挺长时间地震，自己做了个总结，省得忘记，也希望能给大家提供参考，减少摸索的时间。

Abaqus地震分析的总结——时步、单元尺寸、滤波、等效非线性、无限元

1、自由场地震反应

经典的自由场地震反应用shake91或proshake等进行分析，在分析完可以导出各层土的等效线性参数，包括阻尼（粘滞阻尼系数）和剪切模量，用剪切模量可以计算弹性模量，shake中假定泊松比为常数，对地震反应没影响。其实FLAC中有自带自由场边界，计算地震很方便。

如以下是shake91中自带的例子输出得到的参数

  ITERATION NUMBER  8

  VALUES IN TIME DOMAIN

NO TYPE DEPTH  UNIFRM. <---- DAMPING ---->   <---- SHEAR MODULUS ----->    G/Go

         (FT)   STRAIN  NEW    USED   ERROR  NEW   USED    ERROR   RATIO

--- ---- ----  ------- ----- ------  ------   -------   -------   ------   -----

  1  2    2.5  .00077  .007   .007       .0    3851.5    3851.5       .0    .992

  2  2    7.5  .00295  .014   .014       .0    3020.0    3020.0       .0    .960

  3  2   15.0  .00634  .023   .023       .0    2803.8    2803.8       .0    .892

  4  2   25.0  .00976  .028   .028       .0    2985.8    2985.8       .0    .852

  5  1   35.0  .01099  .030   .030       .0    3621.7    3621.6       .0    .933

  6  1   45.0  .01403  .035   .035       .0    3540.5    3540.4       .0    .912

  7  1   55.0  .01362  .034   .034       .0    4296.0    4296.0       .0    .915

  8  1   65.0  .01566  .037   .037       .0    4239.8    4239.8       .0    .903

  9  2   75.0  .01356  .034   .034       .0    5402.7    5402.7       .0    .792

10  2   85.0  .01505  .037   .037       .0    5266.0    5266.0       .0    .772

11  2   95.0  .01336  .034   .034       .0    6288.2    6288.2       .0    .795

12  2  105.0  .01413  .035   .035       .0    6203.4    6203.4       .0    .784

13  2  115.0  .01233  .032   .032       .0    7357.2    7357.2       .0    .810

14  2  125.0  .01281  .033   .033       .0    7290.8    7290.8       .0    .803

15  2  135.0  .01115  .030   .030       .0    8570.4    8570.4       .0    .829

16  2  145.0  .00865  .026   .026       .0   11292.6   11292.6       .0    .863

Shake中的outcrop指出露基岩，baserock指土层底部的基岩，因此不考虑波的衰减的情况下，在outcrop处用加速度计测得的地震加速度幅值为baserock处的2倍。如果在abaqus中的土层与基岩的交界面处输入地震波，在跟shake91对比时，要是用baserock输入。在abaqus中建立的土层数要和shake91中的土层数相等，使用同样的参数，注意是弹模，泊松比，密度和瑞利阻尼。注意shake91中必须是8列或4列数据，如果使用两列数据，则无法读入加速度。Shake91是频域有限元法，对于加速度幅值是先放大，再滤波。自带的例子中滤掉大于25Hz的波。

2、阻尼，时程分析中一般使用瑞利阻尼

瑞利阻尼的一般公式

M、K为质量和刚度矩阵，α、β分别为质量系数和刚度系数。

式中，ζi和ωi分别为结构的第i阶模态的阻尼比和圆频率，关于两个频率的取值有很多取法，详见

详见Parametric study on seismic ground response by finite element modelling

详见Analysis for seismic response of dry storage facility for spent fuel

3、滤波

使用seismosignal进行滤波，把高频波滤掉，shake2000手册中提到可以把大于15Hz的波都滤掉，而shake91中则把大于25Hz的滤掉，只对高频滤波，低频不滤波，因为低频也就是长周期的波对地震响应起控制作用。故在把地震波用于有限元分析前，先滤掉高频波。

4、关于单元尺寸、最小增量步时间

4.1单元尺寸

有限单元长度必须小于最大频率对应波长的1/10-1/8，因此滤掉高频波后可以增大单元尺寸

详见Parametric study on seismic ground response by finite element modeling

4.2时步选择

常选择0.005，但精确的选择如下：

详见Soil–structure interaction effects on seismic inelastic analysis of 3-D tunnels

5关于无限元，由于无限元只能吸收垂直入射的波，所以在水平地震时是用无限元没什么作用，而且无限元会引起震荡。可以是用比较大的模型，然后是用偏执网格（即中间密外围稀），而且对于竖向传播的波，网格的水平尺寸对波没什么影响，但要注意同一个单元中，不同尺寸不宜相差太远。我见过建立圆柱体模型，然后对同一水平的外围节点使用MPC控制节点位移，控制点选圆周上任意点，即保证同一水平上的外围点位移相同。

6、关于输入地震波，一般在底部基岩面节点之间输入加速度时程即可，在load模块中的tool-amplitude中定义幅值（也可以用inp文件定义加速度文件），具体可参照帮助中大坝的例子。

有价值的参考文献：

Computer analysis and design of earthquake resistant structures: a handbook

由于图片不好上传，故完整版请下载pdf附件。

哈哈，求版主加分。

hunanyangdong

我整理了一下午，虽然不是很规范，但是对于绝大多数做地震分析的童鞋来说还是应该有价值的。四十多个人下载，可惜版主还是不给加技术分，我本来是设置的免费下载的，大家如果觉得好的话，帮忙顶一下，希望到第50个人顶的时候，会有版主出来加技术分，到时我就设置为免费下载

ffubei

谢谢分享！

风云无忌

正在做高层弹塑性时程分析，感觉你的分享蛮专业 的，谢谢

hjyq520

请教楼主，一般用啥边界处理？粘弹？弹簧和阻尼器的参数选取有啥经验没？呵呵，赐教啊。还有就是初始地应力平衡是直接用这个边界平衡的？还是用的静力边界。能否详细解说下，处理的过程。谢谢

jdbear

楼主能不能把shake91分享一下，找了很久网上下不来

hunanyangdong

hjyq520 发表于 2012-5-24 22:25
请教楼主，一般用啥边界处理？粘弹？弹簧和阻尼器的参数选取有啥经验没？呵呵，赐教啊。还有就是初始地应力 ...

模型建大一点，土建成圆柱体，用MPC约束外边的节点

hunanyangdong

jdbear 发表于 2012-5-25 08:50
楼主能不能把shake91分享一下，找了很久网上下不来

据说proshake比shake91用起来要方便很多，可惜我没得

icomein

好东西，先看看

tommyliuyj

请问Computer analysis and design of earthquake resistant structures: a handbook
这本书在哪里能找到？

hunanyangdong

tommyliuyj 发表于 2012-5-26 15:16
请问Computer analysis and design of earthquake resistant structures: a handbook
这本书在哪里能找到？ ...

这本书没找到，只见过很多人参考的，可以在学校图书馆找找看

hjyq520

hunanyangdong 发表于 2012-5-26 12:36
模型建大一点，土建成圆柱体，用MPC约束外边的节点

没太明白，楼主。能否用个小例子给大伙开坛详细讲解下？呵呵，跪求啊。

lhzong

怎么搞的，没有内容啊，0k，白花钱下载了

lhzong

地震波不是直接加载加速度就可以了吗，怎么搞的这么复杂啊

zjwcq

:):):):)

jdbear

hunanyangdong 发表于 2012-5-26 12:45
据说proshake比shake91用起来要方便很多，可惜我没得

感谢，感谢

hunanyangdong

lhzong 发表于 2012-5-26 22:45
怎么搞的，没有内容啊，0k，白花钱下载了

不可能没内容的，我试过的

lhzong

hunanyangdong 发表于 2012-5-28 22:03
不可能没内容的，我试过的

您好，能不能给我一个abaqus分析地震的例子啊，谢谢Lhzong@163.com

刘某

其实楼主已经做得不错了  不过根据我做地震动力方面的经验（abaqus软件），使用无限元是可以取得很好的效果的  但是需要注意一些很关键的细节才能得到好的效果。使用无限元时把地震加速度波通过seismosignal软件转换为位移时程波输入模型底部，就不会出现模型漂移的现象，第二，无限元设置的位置应该离要研究的结构足够远才能避免无限元对结构的影响，设置了阻尼之后的土体可以消除水平地震波的反射问题   呵呵  :)

刘某

现在使用abaqus做地震动力方面的研究 ，有一个比较重要的难题是如何选择土体的动力本构模型才能取得比较真实的效果  选 等效线弹性模型？边界面模型?还是什么模型比较好？  希望能和楼主一起探讨这些问题:):):)