Abaqus預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析

預(yù)應(yīng)力模態(tài)

模態(tài)分析是一個線性攝動分析，只能進行線性求解。在動力學方程中，其載荷矩陣和阻尼矩陣為0，特征值的提取只取決于剛度矩陣和質(zhì)量矩陣。而結(jié)構(gòu)在外載荷的作用下剛度矩陣會發(fā)生變化，也就間接影響了結(jié)構(gòu)的固有頻率。而預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下，我們不清楚剛度矩陣的變化對模態(tài)頻率的影響時，便需要進行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析。

Abaqus預(yù)應(yīng)力模態(tài)求解

分析流程如下：第一步先進行非線性靜力學求解——第二步進行模態(tài)提取

需要注意的是第一步求解時必須打開幾何非線性，即NLGEOM = YES 否則第一步求解完成后剛度矩陣不會改變，模態(tài)頻率也就不會發(fā)生變化。第二步模態(tài)求解無需設(shè)置PERTURBATION（線性攝動）或幾何非線性，軟件默認在開啟幾何非線性的后續(xù)分析步中繼續(xù)保持。

另外，第一步非線性靜力求解的材料非線性，接觸等都會對結(jié)構(gòu)的剛度矩陣產(chǎn)生影響，進而改變模態(tài)頻率。材料如果進入塑性，相應(yīng)的切向模量會降低，進而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度矩陣變小。

靜力分析下接觸狀態(tài)的改變也會對剛度矩陣產(chǎn)生影響。Abaqus在進行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析時對接觸的處理如下：第一步進行非線性接觸分析，軟件會把第一步分析結(jié)果的接觸區(qū)域作為第二步模態(tài)分析的作用區(qū)域，而第一步分析結(jié)果的接觸面分開區(qū)域不予考慮。需要注意的是，在進行第二步模態(tài)分析時，接觸區(qū)域并不是簡單的直接轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Tie處理，而是通過附加接觸剛度來進行求解。

Abaqus重啟動設(shè)置

重啟動分析方式是一種很便捷的模式。比如，我們需要算在預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下的模態(tài)，振動，沖擊等等一系列工況，而如果不進行重啟動分析，則每個分析工況下都需要重新計算預(yù)應(yīng)力工況，對于大模型，嚴重影響計算效率；而進行重啟動設(shè)置后，預(yù)應(yīng)力工況只需計算一次。

Abaqus重啟動設(shè)置如下：

在第一步計算文件末尾設(shè)置*RESTART, WRITE, FREQUENCY=     1, OVERLAY，在第二步計算文件開頭設(shè)置*RESTART, READ, STEP=1，然后通過命令job=A oldjob=Bcpus=n int提交計算即可。其中A為第二步計算文件名稱，B為第一步計算文件名稱。

實例驗證

以之前的沖擊分析模型為例子來進行模態(tài)求解。

實際狀態(tài)：A為重物塊與螺栓的接觸，B為重物塊與鈑金的接觸，C為焊接螺母與鈑金的Tie。

現(xiàn)考慮如下方式建模：

1.    contact狀態(tài)，即A，B定義接觸，C定義Tie，不加預(yù)緊力。

2.    tie狀態(tài)，即A，B，C均定義Tie，不加預(yù)緊力。

3.    contact_pre狀態(tài)，即A，B定義接觸，C定義Tie，加載9000N預(yù)緊力。

4.    tie_pre狀態(tài)，即A，B，C均定義Tie，加載9000N預(yù)緊力。

5.    contact_1000狀態(tài)，即A，B定義接觸，C定義Tie，加載1000N預(yù)緊力。

6.    contact_18000狀態(tài)，即A，B定義接觸，C定義Tie，加載18000N預(yù)緊力。

7.    tie_del狀態(tài)，即A，B，C均定義Tie，B區(qū)域刪除部分作用面。

計算結(jié)果如下：

由計算結(jié)果可知：

1.    不加螺栓預(yù)緊力時contact建模方式與tie建模方式計算模態(tài)，結(jié)果并不相同。

2.    預(yù)緊力狀態(tài)下的模態(tài)與不加預(yù)緊力的模態(tài)頻率相差較大。

3.    在預(yù)緊力狀態(tài)下，隨著預(yù)緊力的增加模態(tài)頻率有輕微增大，但影響不明顯。

4.    在tie建模方式下是否加載預(yù)緊力幾乎不影響模態(tài)頻率。

5.    tie的區(qū)域大小會對結(jié)果有一定影響。

下面分別對1-4點作出解釋：

1.    abaqus在求解模態(tài)時對接觸區(qū)域的處理并不是直接作tie連接處理，而是會在兩個接觸面之間引入接觸剛度，而tie連接對兩個接觸面是綁定關(guān)系，即引入無窮大的剛度，所以用接觸設(shè)定進行模態(tài)求解時模態(tài)頻率會偏小，更符合實際。

2.    下圖紅色部分是預(yù)緊力狀態(tài)下的接觸區(qū)域，而不加載預(yù)緊力時接觸區(qū)域更大，所以兩種狀態(tài)下模態(tài)頻率差異較大。

3.    不同大小的預(yù)緊力狀態(tài)下由于接觸區(qū)域基本保持不變，所以對模態(tài)頻率影響不大。

4.    在tie的建模方式下，不管是否加載預(yù)緊力，接觸面積不會發(fā)生改變，所以對模態(tài)頻率影響不大。

總結(jié)

1.    用abaqus求解模態(tài)時對接觸區(qū)域的處理可以直接定義接觸求解，相比tie來求解結(jié)果更合理。

2.    預(yù)緊力狀態(tài)下會改變接觸狀態(tài)，從而對模態(tài)頻率產(chǎn)生影響。

3.    對于實際情況，如果接觸面積在振動過程中變化很小，基本保證靜力分析時的接觸面大小，不是大面積的開合，這種帶接觸的預(yù)應(yīng)力模態(tài)結(jié)果還是比較準確的。