【iSolver案例分享29】弹塑性钢架桥梁的模态分析案例
1. 引言：
结构有限元软件iSolver已发展到一定阶段，现采用结构有限元软件iSolver进行结构分析，iSolver可使用Abaqus作为前后处理工具，本文以桥梁结构的模态分析为例，将iSolver和Abaqus计算结果进行对比，计算实例采用《Abaqus Tutorial：Natural Frequency Extraction of a Bridge》中的经典案例“桥梁结构的模态分析”，比对两种有限元软件的计算结果。之前采用线弹性实体单元提取了拱桥的模态。这次采用非线性的弹塑性材料，分别用壳单元模拟桥面，用梁单元模拟支柱，提取桥梁模态。
2. 建模：
下面以一个桥梁为例，对其进行模态分析，分析其固有频率和振型模态，对拱桥的设计具有重要意义。在计算过程中，采用国际单位制：长度（米，m）、质量（千克，kg）、力（牛顿，N）、应力（帕，Pa）、时间（秒，s），桥模型如图所示。
图1 桥梁有限元模型
操作：
模型为密度=8000kg/m、弹性模量E=210×10^9Pa，泊松比v=0.3的弹塑性各向同性材料。桥面采用壳单元模拟，支柱采用梁单元模拟，需定义梁截面方向。设定好材料参数后，建立分析步，求解前10阶固有频率和振型。
图2 材料参数
图3 分析步
创建边界条件，约束桥梁底部的6个自由度。
图4 设置边界条件
划分网格，网格数量为272。
图5 划分网格
分别采用Abaqus和iSolver求解器进行计算。
3. 结果对比
1) 频率
对比两者的计算结果。以下是前10阶固有频率的对比。
图6 Abaqus前10阶固有频率
图7 iSolver前10阶固有频率
频率对比总表如下：
序号 |
Abaqus |
iSolver |
1. |
1.2658 |
1.26579 |
2. |
1.2959 |
1.29591 |
3. |
1.8913 |
1.89028 |
4. |
2.0245 |
2.02452 |
5. |
5.2949 |
5.2949 |
6. |
6.3249 |
6.32486 |
7. |
6.8704 |
6.87038 |
8. |
7.3028 |
7.3028 |
9. |
12.276 |
12.2764 |
10. |
13.273 |
13.273 |
2) 模态振型
一阶振型的对比：
Abaqus
iSolver
图8 Abaqus和iSolver计算的一阶振型对比
二阶振型：
Abaqus
iSolver
图9 Abaqus和iSolver计算的二阶振型对比
三阶振型：
Abaqus
iSolver
图10 Abaqus和iSolver计算的三阶振型对比
4. 结果对比总表如下
模态号 |
频率- ABAQUS |
频率- iSolver |
位移- ABAQUS |
位移- iSolver |
1 |
1.2658 |
1.26579 |
1.732E-03 |
1.732E-03 |
2 |
1.2959 |
1.29591 |
1.715E-03 |
1.715E-03 |
3 |
1.8913 |
1.89028 |
2.8625E-03 |
2.863E-03 |
由此可见，iSolver与Abaqus求解器计算的模态分析结果基本一致，固有频率和振型计算结果吻合。
5. iSolver免费下载
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
6. 以往iSolver案例
第 1 篇： 桥梁的模态分析案例
https://www.jishulink.com/content/post/1308235
第2篇：标准紧凑拉伸(CT)试样的弹塑性分析
https://www.jishulink.com/content/post/1311068
第3篇：理想弹塑性简支梁三点弯曲
https://www.jishulink.com/content/post/1312567
第 4 篇： 钢混 组合梁支梁三点 弯曲
https://www.jishulink.com/content/post/1314142
第 5 篇： 龙门架模态分析案例
https://www.jishulink.com/content/post/1787486
第 6 篇： 桁架 的跃越失稳
https://www.jishulink.com/content/post/1788519
第 7 篇： 内压 罐分析 案例
https://www.jishulink.com/content/post/1789593
第 8 篇： 三角桁架结构分析
https://www.jishulink.com/content/post/1793131
第 9 篇： 上承式公路拱桥
https://www.jishulink.com/content/post/1791578
第 10 篇： 单自由度振动隐式动力学
https://www.jishulink.com/content/post/1796589
第 1 1 篇： 电连接器端子变形分析
https://www.jishulink.com/content/post/1802796
第 1 2 篇： 无铰拱的几何非线性分析
https://www.jishulink.com/content/post/1805030
第 1 3 篇： 支架变形分析
https://www.jishulink.com/content/post/1808197
第 14 篇： 有缺口工字梁四点弯曲
https://www.jishulink.com/content/post/1813708
第 15 篇： 空间站太阳翼桅杆模态分析案例
https://www.jishulink.com/content/post/1819421
第 1 6 篇： 三维刚性壁面圆管声模态计算
https://www.jishulink.com/content/post/1821735
第 17 篇： 波纹钢腹板简支梁受弯分析
https://www.jishulink.com/content/post/1824652
第 18 篇： 一端开放圆管空气 声腔声 模态分析
https://www.jishulink.com/content/post/1830523
第 1 9 篇： 开口钢管桩的单轴压缩试验
https://www.jishulink.com/content/post/1836426
第 20 篇： 地基中波的传播特性
https://www.jishulink.com/content/post/1842480
第21篇：自主化圆柱建模及静力分析
https://www.jishulink.com/content/post/1845836
第 22 篇： 铝制易拉罐的单向压缩试验
https://www.jishulink.com/content/post/1846655
第23篇：镂空钢板的承压测验
https://www.jishulink.com/content/post/1850649
第24篇：球面网壳模态分析
https://www.jishulink.com/content/post/1849299
第25篇：假肢脚踝受冲击荷载
https://www.jishulink.com/content/post/1852457
第26篇：欧拉梁单元弯矩计算
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第27篇：桩靴的承压测验
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第28篇：吸力桶的力学性能测试
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