Abaqus线性动态分析之模态与响应谱分析（附INP文件）

作者：烧仙草 仿真秀专栏作者

导读：Abaqus结构分析中，如果只对结构承受载荷后的长期响应感兴趣，那么只做静力分析就足够了。然而，如果加载时间很短(例如在地震中)或者载荷在性质上是动态的(例如来自旋转机械的载荷)，就必须采用动态分析(Dynamic Analysis)。与静态分析不同的是，动态分析需要考虑到惯性力和阻尼力的作用。

常见的Abaqus线性动态分析包括：

（1）模态分析；

（2）瞬时模态动态分析；

（3）响应谱分析；

（4）稳态动力学分析；

（5）随机响应分析。

在本篇文章中，我将对前三块内容分别进行案例讲解，帮助大家掌握基础操作，后两块内容在之后的文章中再与大家分享。

一、模态分析

模态是结构系统的固有振动特性，是线性动态分析的基础。接下来，我们通过一个案例讲解掌握模态分析的操作。

Importboard.inp文件，可在文末下载。这个案例已经包含了很多设置，在Internacton模块里面有关于焊接连接的设置方法，不熟悉的小伙伴也可以去学习一下。这里我们重点关注频率提取的操作方法。

首先，在Step分析中，新建一个分析步，如图1所示，点击Continue，选择Lanczos方法，提取频率数为30，Frequency Shift中填1，点击OK确定，进入下一页面。在场输出中，选择S和U。

然后，在Load模块，新建一个边界条件，命名为BC-R，选择Mechanical->Displacement/Rotation，点击Continue，点击页面右下角出现的Sets，选择BASE-R-MSTR，点击Continue，然后将U1，U2，U3，UR1，UR2，UR3自由度全部选上。用同样的方法，对BASE-L-MSTR进行全部自由度的约束。

提交Job，等待计算完成。

计算完成后，可以在Result->Step/Frame看到模态1的频率为102.15HZ。在工作目录中打开相应的dat文件，可以看到Total mass of model是4.3829132E-04，x方向，y方向和z方向下各模态有效质量之和为2.15803E-04，3.42733E-04，2.53801E-04，一般要求任一方向下各模态有效质量之和达到总质量的90%，因此说明本案例中提取的模态数不够。当然，这里仅是案例展示，读者可根据自己的需求增加提取的模态数。

图1 建立频率分析步骤

图2 频率分析步具体设置

二、瞬时模态动态分析

瞬时模态动态分析，一般应用于载荷作用时间很短，且载荷随时间变化的情况。现有图3所示的载荷曲线，接下来进行瞬时模态动态分析。

图3 载荷随时间变化情情况

复制（1）中的model。

在Step中，在频率提取分析步后新建一个分析步，如图4所示，点击Continue，Time Period填上0.02，Time increment填上2.5e-5，如图5所示。点击Damping的标签，选择直接模态阻尼设置，从模态1到模态20，阻尼系数为0.02，如图6所示。在Step2的场输出选择S和U，每10个增量步输出一次结果。在Step2的历史输出中选择BM, GU, KE和SNE，每一个增量步输出一次结果。

图4 建立瞬时模态动态分析步

图5 瞬时模态动态分析步具体设置

图6 瞬时模态动态分析步阻尼设置

在Load模块中，新建一条幅值曲线，如图7所示。在Load中新建边界条件，选择Mechanical->AccelerationBase motion，点击Continue，选择U3方向，Amplitude选择刚才建立的幅值曲线，Amplitude Scale Factor填上386.4，如图8所示。提交Job计算。

图7 幅值曲线

图8 边界条件设置

我们先看一下在瞬时载荷下，Board受到的最大Mises力。这一数值并未在后处理直接输出，需要进行一定的操作设置。在Visualization模块，首先单独显示Board部件。然后点击Tools->FieldOutput->create from frames，Operation选择Find the maximum valueover all frames，在Frames下点击Add+号，选择Step2的所有frames，即点击select all，然后上方标签切换到Fields，只选择S，如图9所示。点击OK确定。然后回到主界面，Result->Step/Frame，选择Session Step，选择Find the maximum valueover all frames，如图10所示。点击OK确定。可以看到最大Mises为2169。

图9 新建后处理结果

图10 选择显示分析步

接下来我们观察是哪个模态起了主要作用。展开Output Databases的目录，如图11所示。右击GU1，选择plot，再右击GU2，选择add to plot，以同样的方法加入感兴趣的模态，可以发现模态1对变形起主要贡献，如图12。当然，从频率提取的dat文件中，我们发现模态1在Z方向上起主要作用，而这次的载荷又是在Z方向加载的，所以模态1对变形起主要贡献也是可以预测的。

图11 展开后处理

图12 后处理结果

三、响应谱分析

响应谱分析也叫冲击分析，用于分析给定谱作用下结构的峰值问题。

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Abaqus线性动态分析案例讲解（附带INP文件）

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