iolver案例分享球面网壳模态分析

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。

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

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

10.040

9.4386

10.084

10.0521

10.0839

铁木辛柯梁

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:

=============================================================

附:模型

**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。

THE END
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