【iSolver案例分享24】球面网壳模态分析

引言：iSolver为一个完全自主的通用结构有限元软件，对标国际主流结构CAE商业软件Abaqus、Ansys、Nastran，支持结构分析的常用功能，线性及材料非线性的精度和Abaqus没有误差，效率和Abaqus相当， iSolver自带友好的三维可视化前后处理界面，也可作为一个轻量化插件集成到Abaqus/FEMAP或者自主软件中。本帖以一单层球面网壳模态分析为例，将iSolver求解器和Abaqus、Ansys、Nastran、Midas计算结果、进行对比，验证iSolver的求解可靠性。

1、问题描述

单层球面网壳结构的实物图：

有限元模型：

轴测图

有限元模型建立

由于该球面网壳结构杆件数目较多，但是规律性很强，非常适合使用apdl命令流建模。因此本贴采用先在Ansys中建立模型，后导出到其他求解器中的方式。

建模的命令流，及相关参数解释如下所示

2. 五个软件结果对比

对单根杆件，我们分别采用一个单元和20个单元建模，同时用Ansys、Abaqus、Nastran、Midas和iSolver 5个软件来计算比较结果，以下贴出20个单元建模的前10阶特征值结果：

2.1 Ansys计算结果

2.2 Abaqus计算结果

对同一套网格，导入Abaqus中计算前10阶模态频率如下。

2.3 Nastran计算结果

导入Nastran计算（使用iTranslator工具），前10阶模态频率结果如下，

2.4 Midas计算结果

2.5 iSolver计算结果

将模型导入iSolver：

计算前10阶频率结果：

3. 基频计算结果对比

3.1 五个软件的基频比较

第1阶自振频率

梁单元类型	单根杆件单元数目	Ansys (Hz)	Abaqus (Hz)	Nastran (Hz)	Midas (Hz)	iSolver (Hz)
欧拉梁	1	10.040	9.4386	10.084	10.0521	10.0839
铁木辛柯梁	1	10.657	10.123	--	10.0519	10.1231
欧拉梁	20	9.6087	9.6058	9.6065	9.5790	9.6090
铁木辛柯梁	20	9.6117	9.6072	--	9.5762	9.6076

从表中数据可以看到：

（1）当使用欧拉梁单元且单根杆件仅有1个单元时，abaqus与其他软件计算出的第一阶频率均存在较大差异；而iSolver的计算结果和Nastran频率基本完全一样，而Midas也与ansys更接近。

（2）对于铁木辛柯梁单元且单根杆件仅有1个单元时，Ansys 、Abaqus、Midas计算结果也存在差异；而iSolver的计算结果和Abaqus完全一致，同时也和Midas的结果更接近。（根据midas的计算结果，文中提到的Midas的铁木辛柯梁可能只是加入剪力修正的欧拉梁。）

（3）对于欧拉梁单元，当单元加密以后，Abaqus、Nastran、iSolver计算结果基本一致，且略大于Midas，但比Ansys要小一些；

（4）对于铁木辛柯梁，单元加密时，Ansys、Abaqus、iSolver、Midas四个软件计算结果基本一致。

总结：

iSolver的欧拉梁和Nastran完全一致，铁木辛柯梁和Abaqus基本一致，同时和Midas相近。

**问题**：

对于单根杆件划分1个单元的，使用欧拉梁模型，abaqus与其他软件的计算结果差异较大；而使用铁木辛柯梁时，ansys与其他软件计算结果差异较大。原因未知。

3.2 第1阶自振模态振型

Abaqus计算结果

Nastran计算结果

iSolver计算结果

4. 结论

从自振周期和模态上可以看出，在该问题上，iSolver求解器与大型商业软件Abaqus、Nastran结果基本一致。iSolver软件在本问题上有足够的求解精度。

5. 软件免费下载地址

iSolver为免费软件，且无license限制，最新版免费下载地址如下：

https://www.jishulink.com/content/post/337351

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附：模型

model.zip

压缩包中包含ansys apdl、abaqus inp、Midas/Civil mcb、Nastran bdf文件，可供参考使用。

**也希望有人能够找到单根杆件划分1个单元时候，不同软件间计算出来的基频存在较大差别的原因，欢迎交流。