麦克斯韦阻尼 (Maxwell Damping)是Itasca为FLAC3D、FLAC2D 和 3DEC 引入的一项新功能【动态算法(dynamic algorithm)---阻尼】,主要应用于动力分析,尤其是地震变形分析 (seismic deformation analyses),最直接的优点是极大缩短了运行时间。因此,麦克斯韦阻尼为时域地震变形分析提供了瑞利阻尼的替代方案。使用麦克斯韦阻尼的数值计算时间比使用瑞利阻尼所需的时间的少很多,测试结果显示,使用麦克斯韦阻尼的 FLAC3D 模型比使用瑞利阻尼的模型快10-200倍,而且精度不变,从而能够在短时间内进行大型3D 场地响应和土-结构相互作用分析【地质力学问题的动力分析 (Dynamic Analysis)】。
麦克斯韦阻尼的基本单元涉及标准线性实体 (SLS, Standard Linear Solid),它由与一个或多个麦克斯韦组件并联作用的主弹簧(Primary Spring)组成 (每个组件由一个与缓冲器串联的弹簧组成)。这种配置允许频率相关的阻尼,可以定制该阻尼以在期望的频率范围内实现相对恒定的阻尼比。通常,麦克斯韦阻尼方案利用多个 (通常是三个)麦克斯韦组件来实现整个频率范围 (0.5 Hz 至 25 Hz) 的目标阻尼比。系统的整体阻尼响应大约是各个麦克斯韦组件阻尼的叠加,这允许进行调整以匹配所需的阻尼目标。
标准线性实体(SLS)的阻尼比可以表示为:
4. 应用
麦克斯韦阻尼方法在涉及线弹性和弹塑性材料行为的应用以及梁和壳等结构元件中特别有用,目前,麦克斯韦阻尼已在以下三种不同的单元中实现:
block mechanical damping maxwell
structure dynamic damping maxwell
structure link dynamic-damping maxwell
5. 结束语
与传统方法相比,利用麦克斯韦阻尼可以显著减少大型 3D 场地响应分析所需的计算时间,保持效率和精度的平衡。麦克斯韦阻尼用于线弹性和弹塑性模型中的低应变阻尼,使其成为结构和岩土工程应用中的多功能选择。