使用Abaqus进行模态计算步骤

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精彩文档 ABAQUS结构工程实例建模教程

第1章 建模方法介绍

本章通过一框架剪力墙结构，详细介绍了三种建模方法，并在ABAQUS中对模型进行了模态分析。注意：这里建立的模型只包括混凝土一种材料，对于钢筋的建立，将在后续章节中详细介绍。

【例题1.1】模型为九层混凝土框-剪结构，如图1. 1和图1. 2所示。 基本数据如下：

➢ 柱：500mm ×500mm

➢ 梁：250mm×500mm

➢ 混凝土：C30

➢ 剪力墙：250mm

➢ 层高:一层4500mm，二~九层3600mm

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精彩文档 图1. 1 结构尺寸

图1. 2 分析模型

1.1 【方法一】直接在ABAQUS中建立模型

单位制：N、m、kg、s

1.1.1 Part模块—建立首层和标准层

进入Part模块—Create Part，如图1. 3，Part-1为首层平面，如图1. 4；标准层与首层只是层高不同，而平面布置完全一样，所以可以在左侧模型树Parts—Part-1右击，点击Copy，如图1. 5，进入Part Copy窗口，如图1. 6，命名为Part-2。 实用标准文案

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图1. 3

图1. 4 实用标准文案

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图1. 5

图1. 6

在菜单栏中点击Tool—Datum，进入Create Datum窗口，如图1. 7所示，Type选择Point，Method选择Offset from point。选择有柱的点，在左下角（如图1. 8）Offset（X，Y，Z）中输入（0,0，-4.5），完成之后如图1. 9。 实用标准文案

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图1. 7

图1. 8

图1. 9

在环境栏中选择，如图1. 10，弹出Create Wire Feature 窗口，如图1. 11，Add method选择Disjoint wires，通过Add，连接柱子的两个端点，实用标准文案

abaqus模态分析特征值的意义

特征值和模态反应了结构在自由振动下的特点和频率特征。采用振型分解法获得振型和频率，就可得到任何线性结构的响应。通常实际结构中，只需考虑前几阶振型就能获得相当精度的解。结构动力学的实际问题涉及面很广，对于只有几个自由度的力学模型，只考虑一个或两个自由度就能求得动力响应的近似解，而对于具有几百个甚至上千个自由度的复杂有限元模型，就需要考虑数十个甚至上百个振型对响应的影响。在求解特征值问题时，有两种情况，一种是求解结构系统特征方程的全部特征值问题，即所有的特征值和对应的特征向量;另-种是求解部分特征值问题，即部分(通常是最小或最大的一些)特征值和对应的特征向量。这是因为，在结构动力学中，往往矩阵的阶数都很高，有时不可能，也没有必要求解全部特征值和特征向量。在求解方法上，也分为两大类，一类是直接求解法，另一类是向量迭代求解法。直接求解法可以用来研究需要求解所有特征值和特征向量的自由度较少的系统，计算工作量较大。计算过程中结构的特征矩阵可以被转化为对称的对角阵形式，可以很容易地同时求解出所有特征值。对于较大的系统可以通过缩减技术来提高计算效率，例如Guyan缩减法在求解时就可以有效地减少结构的自由度数目。向量迭代方法包括子空间迭代法(subspace)和兰索斯迭代法(L anczos)等。使用迭代法可以求解较大结构系统的少数特征值问题,计算时间依据结构自由度的大小和需要提取的特征值个数而定。在ABAQUS中提供了三种提取特征值的求解器:AMS(Automatic Multi-level Substructuring)求解器、Lanczos特征值求解器和子空间迭代求解器。Lanczos特征值求解器是默认的方法。

AMS特征值求解器是一种高效的，针对大规模问题的能提取大量特征值的方法，主要适用于1百万自由度以上的模型及500阶模态以上。它包含3个求解步骤:(1)生成子结构;(2)获得特征值;(3)从缩减的向量中获得全部特征向量。在Abaqus中采用AMS特征值求解器的句法(提取100阶频率)

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精品资料 第二章 ABAQUS基础

一个完整的ABAQUS分析过程，通常由三个明确的步骤组成：前处理、模拟计算和后处理。这三个步骤的联系及生成的相关文件如下：

前处理（ABAQUS/CAE）

在前处理阶段需定义物理问题的模型并生成一个ABAQUS输入文件。通常的做法是使用ABAQUS/CAE或其它前处理模块，在图形环境下生成模型。而一个简单问题也可直接用文件编辑器来生成ABAQUS输入文件。

模拟计算（ABAQUS/Standard）

模拟计算阶段用ABAQUS/Standard求解模型所定义的数值问题，它在正常情况下是作为后台进程处理的。一个应力分析算例的输出包括位移和应力，它们存储在二进制文件中以便进行后处理。完成一个求解过程所需的时间可以从几秒钟到几天不等，这取决于所分析问题的复杂程度和计算机的运算能力。

后处理（ABAQUS/CAE）

一旦完成了模拟计算得到位移、应力或其它基本变量，就可以对计算结果进行分析评估，即后处理。通常，后处理是使用ABAQUS/CAE或其它后处理软件中的可视化模块在图形环境下交互式地进行，读入核心二进制输出数据库文件后，可视化模块有多种方法显示结果，包括彩色等值线图，变形形状图和x－y平面曲线图等。

2.1 ABAQUS分析模型的组成

ABAQUS模型通常由若干不同的部件组成，它们共同描述了所分析的物理问题和所得到的结果。一个分析模型至少要具有如下的信息：几何形状、单元特性、材料数据、荷载和边界条件、分析类型和输出要求。

几何形状 前处理

ABAQUS/Pre或其它软件

输入文件：job.inp

模拟

ABAQUS/Standard

输入文件：job.res,job.fil

abaqus 模态 应变能密度

模态应变能密度是指在振动系统中的各个空间点上，单位质量的能量储存量。它是描述振动系统能量分布的重要物理量。在ABAQUS软件中，可以通过模态分析来计算结构的模态应变能密度分布，从而了解结构在不同振动模态下的能量分布情况。

模态分析是一种常用的结构动力学分析方法，通过对结构进行模态分析，可以获得结构的固有频率、振型和模态应变能密度等信息。在ABAQUS中，模态分析是通过求解结构的特征值问题来实现的。具体而言，通过对结构的刚度矩阵进行特征值分解，可以得到结构的固有频率和振型。而模态应变能密度则可以通过振型与结构的应变能密度分布的乘积来计算得到。

模态应变能密度的计算可以帮助工程师更好地了解结构在不同振动模态下的能量分布情况，并从中获取有关结构的重要信息。例如，可以通过观察模态应变能密度分布来确定结构中的能量集中区域，从而指导结构的优化设计。此外，模态应变能密度还可以用于分析结构的动态响应特性，例如振动幅值、位移响应等。

在进行模态分析时，需要注意以下几点。首先，模态分析是一种线性分析方法，只适用于小振幅的结构响应。如果结构存在非线性现象，例如材料的非线性行为、接触、摩擦等效应，那么模态分析的结果可能会失去准确性。其次，模态分析是一种静态分析方法，不能考虑结构的动力学效应，因此在分析中需要排除外力的影响。最后，模态分析只能得到结构的固有频率和振型，对于结构的动态响应特性还需要通过进一步的动力学分析来获得。

模态应变能密度是描述结构振动能量分布的重要物理量，通过模态分析可以计算得到。它可以帮助工程师更好地了解结构的振动特性，指导结构的优化设计。在进行模态分析时需要注意分析的前提条件和限制，以确保分析结果的准确性和可靠性。