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6 六、 盾構隧道施工過程的有限元模擬方法 7 1、 沖擊頻率（1） 兩種常見設置方式在 Abaqus 中設置沖擊頻率，主要通過 Amplitude（幅值曲線） 控制載荷的時間歷程來實現。

有限元瞬態分析步驟：幾何建模：細化載荷移動路徑網格（尺寸≤1/10波長）；接觸定義：采用面-面接觸模擬輪軌/車橋相互作用；載荷施加：通過APDL命令流或用戶子程序實現移動載荷；求解設置：時間步長滿足 Δt≤Tmin?/10?為最小振動周期）。 將各載荷添加于模型，其中移動罩載荷使用ABAQUS中DLOAD子程序實現，如圖1所示。

在“其他”選項卡中，求解技術不涉及接觸迭代，載荷默認按瞬態方式隨時間變化；至于初始加速度，如果是第一個動力學分析步則為零，如果前一步同樣是動力學步則沿用其結束時的加速度，默認情況下ABAQUS會自動計算，但若確認載荷無突變則可關閉以節省運算量。

插件生成的模型均滿足周期性分布邊界條件。 可對每個集(Set) 批量插入嵌入0厚度cohesive粘結單元（注：需要自行添加，本插件不具備此功能）。 ? 說明提醒 插件可運行在Windows8、10、11系統上，支持Abaqus6.14、Abaqus2017~2023版本。

六、總結本案例通過Abaqus顯示動力學模塊設置兩步分析步，完整模擬了“球桿撞擊臺球A-臺球A撞擊臺球B”的全流程，新增球桿退場設置避免了結果干擾，涵蓋多步驟分析步配置、分階段載荷施加、多接觸對管控等關鍵操作。學習者通過本案例可掌握多階段瞬態撞擊問題的模擬思路，深入理解分步驟分析中載荷銜接、時間周期匹配的核心要點，以及顯示動力學在復雜多體交互問題中的應用技巧。

1.1.引言autoSHPB_2.2是基于Abaqus開發的分離式霍普金森壓桿（SHPB）全流程自動仿真插件，具備在插件界面設置好參數后，一鍵全流程仿真，無需手動輔助，自動完成幾何-網格-材料-接觸設置-載荷-場輸出-歷史輸出等流程。

圖10.45 使用最后一個子步之和的簡單循環載荷事件的周期計數。 對于同一模型，在第4步裂紋擴展時，如果用戶不小心關閉了從ABAQUS輸出所有子步的選項（見圖10.37），周期計數將受到影響。圖10.46顯示了裂紋擴展步4和分析步2的SIF；注意子步下拉菜單是灰色的，因為只有最后一個子步的SIF。

載荷垂直于基體，滾動體與基體兩者建立面面接觸，法向接觸設置為硬接觸，切向接觸設置為定摩擦系數。根據實驗測試結果，滾動體與涂層基體之間的摩擦系數取平均值0.3。

如果結構鋼構件承受足夠振幅的周期性變化載荷，即使單個循環中的最大載荷遠小于導致屈服或斷裂所需的載荷，它也可能在一定次數的重復載荷后失效。 在本模型中，結構被建模為二維殼零件。柱子的兩端采用固定的邊界條件，載荷施加到鋼梁的末端。

2、法向和切向移動載荷模擬 在ABAQUS中，模擬移動載荷的兩種典型方法分別對應法向載荷和切向載荷。2.1 法向移動載荷 法向載荷定義見式(1)所示。在給定總法向力P或者軸重，以及接觸斑長半軸和短半軸大小后，即可確定出來p(x,z)空間分布。

表2 分析結果這里需要補充說明，計算零部件的非線性屈曲載荷，也可以直接一次施加強制位移的方式求解，具體設置如下圖5所示，幾何非線性求解設置為增量負載，載荷步數10（步數越大，位移-載荷曲線越光滑，當然計算資源需求越高）。增量負載提供了加載歷史，其中包含了指定的加載增量數量的結果，用于非線性屈曲分析，以確定可能發生結構失穩的載荷。

本次內容參考曹金鳳、石亦平老師所著的《ABAQUS有限元分析常見問題解答》LOAD模塊：1) 利用幅值曲線可以描述隨時間變化的載荷與邊界條件，常見的幅值曲線類型包括：默認的線性過渡(Ramp)幅值曲線、表格型幅值曲線、等間距幅值曲線、以及周期型幅值曲線。2) 實體單元只具有平動自由度，缺乏轉動自由度，因此無法在其上直接定義轉角、角速度邊界條件或彎矩等。

在定義裝配步驟中設置默認，沒有特別需要注意的地方，設置分析步中應根據所要施加的載荷曲線來設置仿真時間（time period），這里因為在A點需要施加63秒的振動位移載荷，因此時間設為63。接下來通過載荷曲線實現位移加載，當然也可以通過力加載的方式實施，這里因為考慮到結果的收斂性，因此采用曲線方式施加。邊界條件定義是將多層框架最底層的四個節點設置固定即可。

調整邊界條件和載荷：當對邊界條件或載荷的設置有新的認識或需求時，比如在建筑結構抗震分析中，發現初始施加的地震波載荷不符合實際地震情況，或者邊界約束條件設置不合理。可以在重啟動分析中修改邊界條件和載荷，從之前的分析狀態繼續進行模擬，從而提高分析結果的可靠性。四、分階段分析1.

之后進行的單元塑性設置、邊界載荷約束均按照案例操作完成，并無特殊設置要求，其他求解輸出設計為默認。最后遞交求解后的得到的應力云圖如圖3所示。可以發現，球銷在前端倒角處的應力最大達到78500MPa，此處雖然應力值較大，但小于球銷的最大許用應力值，故滿足設計要求。