Abaqus 线性动力学(4) - 模态分析(3) - 压力容器约束模态分析

1. 约束模态分析

约束模态分析是考虑实际边界条件（如固定支撑、约束连接）下进行的模态分析，用于研究实际工作环境中的结构振动特性。它能更准确地反映结构在现实应用中的振动情况。在约束模态分析中，结构的固有频率和振动模态会受到约束条件的影响。

本文通过压力容器示例介绍 Abaqus 中的约束模态分析。

2. 示例：压力容器的约束模态分析

2.1 几何模型与网格

在 Abaqus/CAE 中导入简化的压力容器的几何模型。法兰使用 C3D10 单元；支撑使用 C3D8R 单元；压力容器使用 S4R 和 S3 单元。

 

2.2 材料参数

此处仅用于演示模拟方法，因此所有材料均使用 0Cr21Ni6Mn9。其杨氏模量为1.95e5 MPa，泊松比为 0.3，密度为 7.83e-9 t/mm^3。

2.3 分析类型

定义模态分析步，根据有限元模型大小和需要求解的模态阶数选择合适的特征值求解器。此处使用默认的 Lanczos 特征值求解器，求前6 阶模态。

 

2.4 相互作用

由于模型各部分使用不同的单元类型，因此需要定义各部分模型的连接关系。

2.4.1 Tie 连接

压力容器外表面与支撑使用绑定 (Tie) 连接，以模拟焊接连接方式。需要注意，压力容器使用壳体，因此几何模型中，压力容器与支撑会有间隙。定义绑定约束时，应不勾选“Adjust secondary surface initial position”。

 

2.4.2 壳-实体耦合连接

压力容器与法兰之间使用壳-实体耦合 (Shell-to-solid coupling) 连接。壳-实体耦合 (Shell-to-solid coupling) 技术用于处理壳单元和实体单元的连接特别有用。

 

2.5 边界条件

约束模态分析是考虑实际边界条件情况下的模态分析。此处约束四个支撑的底部。

 

2.6 结果分析

通过约束模态分析，可以确定压力容器在实际应用中的各阶固有频率和模态振型。这为后续进行线性动力学分析提供基础，例如评估压力容器在随机载荷工况条件下的结构安全性。