ABAQUS软件随机振动分析_final

在工程中，结构一般需要对它进行随机振动分析。典型的例子是：通过机床的振动响应分析进行机床的结构设计，通过对结构的地震响应分析。在电子产品设计中，ABAQUS软件不仅仅能对电子产品进行冲击、热场、加工等过程进行数值模拟，还可以对电子产品在随机振动下产品的响应性能做出很好预测，以优化产品设计。

本例题就某电子产品在随机激励作用下的响应结构为例，采用如下图所示的简化模型，分析在特定随机激励（如图2）中，分析该结构的响应。

图 1 某电子产品结构简化图

图2 随机激励的谱分布

载荷边界条件为：四个底座固支，并在分析过程中，受到随机激励。需要分析整个结构在运动过程中的响应。

启动ABAQUS/CAE，在Start Session对话框中，选择Create Model Database按钮。

一 导入模型

由于IGES文件给的是实体模型，我们在计算中产用shell模型，所以我们需要通过ABAQUS/CAE中对shell的编辑功能对模型进行修改。

导入IGES文件成Shell格式。

1． 在主菜单选择File -＞Import-＞Part,

进入Import Part对话框。选择相应的

IGES文件，点击按钮。

2．在弹出的Create Part From IGES File

对话框中，如下图，对话框的Topology选择Shell选项，Name选项填写random。

二 利用CAE编辑修改模型

在主菜单选择Shape -＞Shell-＞Remove Face,用鼠标点击选择模型中的面，选上之后面会变红色，点击鼠标中键，就可以去掉该面。重复操作，得到下图模型。

2．在主菜单选择Shape -＞Shell-＞Extrude，用鼠标选择如上图所示的表面，然后点击最左边的一条边，进入Sketch模块，如下图所示。

3．需要增加3个外表面以及6个内表面，利用ABAQUS的sketch模块中的Create Lines功能，在sketch中画出如下图所示的线条。

点击图形窗口下方的按钮。出现Edit Extrusion对话框，选择Type选项为Up to Face，点击Flip按钮选择扩展箭头方向指向3方向负向。点击中键确认，选择底面为终止面。点击

确认，生成如下图所示。

4．修补模型。 4．1 切除表面

在主菜单选择Shape -＞Shell-＞Remove Face,用鼠标点击上图模型中上面的面，选上之后面会变红色，点击鼠标中键，就可以去掉该面。选择主菜单Tools－>Partition进入对话框Create Partition，选择Type为Face,Method为Sketch。点击如下图所示表面，进入sketch模块。

在下图的sketch中画出如图所示的线条分割这个表面。点击鼠标中键确认。

在主菜单选择Shape -＞Shell-＞Remove Face，把切开的这个表面去除。

同样道理，把上图中标记处的另外三个表面去除。得到如下所示的模型。

4.2 延展表面

在主菜单选择Shape -＞Shell-＞Extrude，选择如上图所示区域，用鼠标选择区域最右边的短边，点击进入Sketch模块，如下图。

按照上图连接图示的线条，点击提示栏中的下图所示。

按钮。进入Edit Extrusion对话框，如

选择Type选项为Up to Face，点击

按钮，使得工作区的红色箭头指向如下图所示。

点击Edit Extrusion对话框中的按钮，选择箭头所指的面内侧，点击鼠标中键

确认。用同样的方法把另外一侧的修补好，修补好的模型如下图所示。

4.3 修补底座。 在主菜单选择Shape -＞Cut-＞Extrude，选择如下图所示区域，用鼠标选择区域最右的边，点击进入Sketch模块。

由于IGES文件导入在圆孔的周边留下了很多密集的点，这些点对于划分网格非常的不利，要将他们删去。选择工具栏中（下右图中）

和

选项，在下部画一个矩形，在孔

圈上画一个圆，且使得孔的半径略大于原孔（R＝2.75），这里孔半径设成2.755,以保证能够把原IGES文件中形成的多个点去掉。

点击鼠标中键进入Eidt Cut Extrusion对话框，如下图。点击色箭头的方向指向3方向负方向，点击对话框中的

按钮确认。

按钮使得工作区红

按照同样的方法把另外三个孔和一个底座进行修补。 4.4 分割模型。

该模型中部分地方需要加强，所用单元的壳的厚度不一样，需要把它分割出来。在主菜单选择Tools-＞Partition，进入Create Partition对话框，选择type为Face，Method为按钮确认。选择如下图所示区域，点击提示栏中的Sketch，点击对话框中的

钮，用鼠标选择区域最右的边，点击进入Sketch模块。

按

利用Sketch中的按钮完成。

工具划分出下图所示的矩形区域，点击鼠标中键，点击提示栏中的

用同样的方法在另外一块肋板处划分出矩形的加强区域。

处理好的模型如下图所示：

三 添加材料属性

在Module右边的列表框中选择Property，进入属性设置模块。因为IGES文件中给的是毫米单位，所以属性中所有的长度量纲必须要是毫米单位。

1. 在主菜单选择Material -＞Create。进入Edit Material对话框，选择Mechanical-＞Elasticity -＞Elastic。分别填入杨氏模量7e7和泊松比0.3。 2. 在Edit Material对话框中，选择General -＞Density。输入密度为2.7e-6。 点击OK按钮，退出Edit Material对话框。 3. 在主菜单选择Section -＞Create，取名为Section-1_6MM。进入Create Section对话

框中，设置Category为Shell，点击

按钮。进入Edit Section对话框，

设置Shell Thickness为1.6，点击OK按钮。 4. 重复4步骤，分别创建厚度为3mm,6mm,8mm的Section. 5. 在主菜单选择Assign -＞Section，进入Edit Section Assignment对话框。将鼠标按照下图选择相应的部分，按照图示把不同的截面赋给不同的部分。点击OK按钮，完成部件属性的分配。

1.6mm 3mm

6mm 6mm 8mm

三 结构装配

在Module右边的列表框中选择Assembly，进入装配模块。

1. 在主菜单中选择Instance-＞Create…，进入Create Instance对话框中，选择

random，并在Instance Type下面选择Dependent （mesh on Part）单选钮。如右图：

2. 点击OK按钮，关闭Create Instance对话框，创建了Part-1的Instance。

3. 在主菜单，选择Tools-＞Partition…，在弹出的Create Partition对话框中，选

择Cell单选钮。点击

按钮，退出Create Partition对话框

四 定义分析步

在Module右边的列表框中选择Step，进入分析步模块，建立两个分析步骤。由于在进行随机响应步骤分析之间必须要进行一次频率分析，所以要建立两个分析步骤（频率分析和随

机响应分析）。

建立频率分析步骤：

1. 主菜单选择Step -＞Create，进入Create Step对话框，Procedure type选择Linear

perturbation项,子选项选择Random response选项。

2. 点击按钮。进入Edit Step对话框，在Number of eigenvalues requested

eigen右边的子选项中选择Value，并在框中输入20。 建立随机响应分析步骤：

1. Step -＞Create，进入Create Step对话框，Procedure type选择Static， Linear

perturbation项,子选项选择Frenquecy选项。 2. 点击按钮。进入Edit Step对话框，在对话框的Basic页面中，Scale

选择Linear项，下面的Lower Frequency，Upper Frequency，Number of Points，以及Bias选项中分别写入：10，2000，20，3。

3. 在Damping页面中，选上using direct damping data，在Direct Modal选项中依次填

写1，20，0.001。

点击OK按钮，关闭Edit Step对话框。

五 定义相互作用属性

1． 在主菜单中，选择Tools-＞Reference Point...,采用默认值（0.，0.，0.）,点击鼠标中键确认。

2． 在主菜单中，选择Constraint-＞Create...,进入Create Constraint对话框中，Type下面选择Coupling，点击

按钮。

3． 在图形窗口中，点击RP-1作为约束的控制点，点击中键确认。

4．点击图形窗口下方的取消

按钮及

按钮。在弹出的Options对话框中，

按钮的选择。在图形窗口中，点击下图中带网格的区域。（可以通过点击图形

按钮，选择关心的Face）

窗口下方的

5．点击图形窗口下方的按钮，进入Edit Constraint对话框。接受默认的设置，点击对话框中的按钮，完成Constraint-1耦合约束的创建。见下图。

六 定义边界条件

1． 在主菜单选择BC -＞Create...进入Create Boundary Condition对话框，接按钮。 受默认设置，按下

2． 在图形窗口中点击RP-1，在图形窗口下方，点击按钮。

3． 在弹出的Edit Boundary Condition对话框中，选择Encastre，如下图：

4． 点击Edit Boundary Condition对话框中的Condition对话框。

按钮，关闭Edit Boundary

七 划分网格

在Module右边的列表框中选择Mesh，进入网格划分模块。

1． 在主菜单选择Seed-＞Instance

2． 在图形窗口中，按住鼠标左键，拖动鼠标，选中所有三个部件，点击图形窗口下方的

按钮。

3． 在弹出的Global Seeds对话框中，Approximate global size右边的文本框中输入3.5，如下图：

4． 点击Global Seeds对话框中的点击图形窗口下的

按钮，完成种子的设定。

按钮，关闭Global Seeds对话框。

5． 选择主菜单Mesh->Controls...,鼠标选择如下图所指示的四块肋板。

点击鼠标中键确认，进入Mesh Controls对话框，选择Element Shape为Quad－dominated选项如下图所示。点击对话框中的

按钮确认。

6． 在主菜单选择Mesh-＞Part...，点击鼠标中键确认。 划分的网格如下图所示：

八 编辑关键字

由于CAE不支持关键字*PSD-DEFINITION，*BASE MOTION，*CORRELATION，所以需要手动加入。

主菜单选择Model->Edit keywords->Model-1,进入Edit keywords对话框。 1．在下图方框所在处加入*PSD-DEFINITION，如下： *PSD-DEFINITION,NAME=PSD,TYPE=BASE,G=9.81e3 0.04,0.0,10 0.04,0.0,149 0.065,0.0,150 0.065,0.0,349 0.094,0.0,350 0.094,0.0,699 0.130,0.0,700 0.130,0.0,1399 0.072,0.0,1400 0.072,0.0,2000

2． 在下图方框所在处加入 *BASE MOTION以及*CORRELATION，如下： *BASE MOTION,DOF=1,LOAD CASE=1

*CORRELATION,PSD=PSD,TYPE=UNCORRELATED 1,1.

点击对话框中的

按钮确认。

九 定义输出

1．响应历史输出

在该模型中，结构的失效往往因为比较关键的部分失效，因而，在模拟该结构在随机激励载荷作用下的响应分布的时候，需要特别关系构件中较薄弱的部分。在构件中比较关键的部分，需要定义一个输出set，在过程中输出这个set在激励过程中的响应。

在Module中选择step模块，主菜单中选择Tools－>Set->Create…,进入Create Set对话框。

采用默认的name, 按下认。

按钮,选择下图所示的选择区域，点击鼠标中键确

主菜单选择Output->History output requests->Create…进入Create History对话框，选择Step为Step－2。

按下

按钮，进入Edit History Output Request对话框。

在该对话框中，选择Domain为Set，名字为Set－1，选择输出为U1，U2，U3。点击对话框中的

按钮确认。

2． 定义场输出。

主菜单选择Output->Field output requests->Create…进入Create Field对话框，选择Step为Step－2。

按下按钮,进入Edit Field Output Request对话框，默认区域，选择输出量为如下图所示选项。

点击对话框中的

按钮确认。

十 提交作业

在Module右边的列表框中选择Job，进入作业模块。

1． 在主菜单选择Job-＞Create...，在弹出的Create Job对话框中，起名为random，其他按照默认的设置，点击

2． 在主菜单选择Job-＞Submit-＞random 3． 开始运算。

按钮。

4． 在主菜单选择Job-＞Manager...，在弹出的Job Manager对话框中，点击

按钮，打开如下图所示的监控计算过程。

5． 当求解完成后， 点击Job Manager对话框中的按钮，直接进入Visualization模块，进行结果的后处理。

十一 后处理

Module中选择Visualization模块，进行结果的后处理。 1． 频率分析

主菜单下Result->Field Output...,进入Field Output对话框。

点击Step/Frame...按钮,进入Step/Frame对话框，框内就是该结构的低阶频率。

2． 响应分析

主菜单进入Tools->XY data->Create...，进入Create XY Data对话框，如下图。

选择Source如图所示，点击

按钮，进入History Output对话框，选择Set

－1中节点的U3分量作为响应输出，全部选上Set－1中节点分量U3。如下图所示。

点击plot按钮。

如下两图，图4为节点集合set－1在模型所设定激励情况下响应的频率分布，图5为S11应力分量的均方根分布云图。同时我们还可以进行其他结果的显示分析，在此不赘述。读者可自己通过查相应的手册来完成。

图3 Set－1节点集3方向随机激励下的响应频率分布

图4 S11均方根分布云图

3． 利用python后处理均方根mises应力。

ABAQUS/CAE只是提高了均方跟应力的各个分量，没有提供均方根mises等效应力，

需要通过abaqus python编程序后处理。Python的script见附录。

在ABAQUS Command下进入存放本例子odb文件的目录，本例中，在J:\\aba\\random response文件夹下面存放random.odb，调用command命令行中输入ABAQUS python postprocess.py 10 out.dat命令,10表示第10个需要提取的频率，out.dat表示该脚本的输出文件，后处理计算出来的结果在该目录下out.dat文件中，可以用其他的后处理软件显示等效的均方根mises应力云图。

附录：postprocess.py文件

from odbAccess import *

from abaqusConstants import * import sys ＃导入系统模块

import string ＃导入字符串处理模块

print 'begin abaqus python' print 'today is 5-2006-3-13'

print 'this code is for odb process'

odb = openOdb(path='random.odb') ＃打开odb文件 myAssembly = odb.rootAssembly

s=sys.argv[2]

f=open(s,'w') ＃打开输出文件

f.write('TITLE = output RMS for radom response analysis') f.write('VARIABLES = \"element\

FrameLen=len(odb.steps['Step-2'].frames)

destframe=int(sys.argv[1]) # 录入需要提取频率的frame数目 i=destframe l=1

while iRootMeanStress=Frame.fieldOutputs['RS'] RSValues = RootMeanStress.values count=len(RSValues) # print count

mises=range(0,count); EleLab=range(0,count); # print len(EleLab),len(mises) for l in range(0,count): val = RSValues[l]; data = val.data dataLen=len(data) s11=data[0] s22=data[1] s33=data[2] s12=data[3]

mises2=s11*s11+s22*s22+s33*s33-1.0/3.0*(s11+s22+s33)*(s11+s22+s33) 算RMS mises应力

mises[l-1]=sqrt(mises2)

EleLab[l-1]=val.elementLabel #print \"S:\ #f.write(\"hi\\n\") sel=str(val.elementLabel) smi=str(sqrt(mises2)) f.write(sel) f.write('\') f.write('\') f.write(smi) f.write('\') f.write('\\n') i=i+1 # f.write('end of process') f.close()

计＃