iSolver案例：地基中波的传播特性分析

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，精度、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。本帖以地基中应力波的传播为例，将iSolver和Abaqus计算结果进行对比，比对两种有限元软件的计算结果。

问题描述：

如图1所示，一地基表面中作用有一冲击荷载，荷载幅值曲线见图2所示。地基动弹性模量为720MPa,泊松比为0.33,密度为2.842t/m3,对应纵波波速为616.91m/s,剪切波速310.75m/s。

分析中利用对称性取一半进行分析，分析区域宽度为80m,高度为50m,荷载作用宽度为32.5m,大小在幅值曲线的基础上乘以100kPa,为清晰辨识波的传播，分析中不考虑阻尼。

图1 计算图示

图2 荷载幅值曲线

1         Abaqus操作及计算结果

1）建立几何模型

考虑结构及荷载的对称性，建立一半的几何模型，长为80m，宽度为50m，如图3所示。为方便荷载施加，将左上顶点偏移(35.0,0,0)建立参考点，并切分几何体。

图3 几何模型

2）材料及截面赋予

使用线弹性材料本构，地基弹性模量720MPa,泊松比为0.33,密度为2.842t/m3。创建solid,homogeneous截面并赋予地基。

3）创建分析步

建立名为pulse的Dynamic,Implicit分析步，在EditStep对话框的Basic选项卡中将时间总长设为0.13，Incrementation选项卡中选择步长控制方去类型（Type）为Fixed，将增量步步长设为0.001，最大允许增量数设为400，在Other选项卡中将数值积分算法中的Alpha设为0,取消数值阻尼，接受其余默认选项后退出。

图4 分析步设置

4）荷载及边界条件

图5 边界与荷载设置

在Load模块中，执行【BC】/【Create】命令，在initial(初始）分析步中约束模型左侧（对称轴）上的位移U1,其余边界均不约束，意味着在动力荷载下为自由边界。

从文件中读取数据，创建图2所示的幅值曲线。在pulse分析步中对所给区域施加荷载，在EditLoad对话框中将Magnitude设为100,在Amplitude下拉列表中选择刚才所创建的幅值曲线。

5）网格划分

图6 网格划分

6）作业提交

Abaqus创建并提交作业，开始分析，

图 7 Abaqus作业提交

7）计算结果

图 8 Abaqus位移U1云图（放大10000倍，t=0.08s)

图9网格变形图（放大10000倍，t=0.13s)

2       iSolver操作及计算结果

1）导入模型

打开iSolver，点击File->Importing->Model，

图 10 iSolver界面

选择Abaqus生成的inp并确定，

图 11 iSolver导入模型

此时iSolver会显示该模型，

图 12 iSolver显示模型

2）作业提交

iSolver切换到Job模块，点击Job->Create…

图 13 iSolver创建作业

输入作业名称、选择已导入的模型，点击OK

图 14 iSolver设置作业

点击Job->Manager…，打开作业管理器，然后选择上述作业，然后点击Submit，iSolver将在后台进行分析，

图 15 iSolver作业提交

3）计算结果

iSolver计算结果如下

图 16 iSolver位移U1云图（放大10000倍，t=0.08s)

图 17 iSolver位移U1云图（放大10000倍，t=0.13s)

模型界面上的波动荷载将在分析区域中产生纵波和剪切波，同时在荷载边缘处由于荷载突变产生面波也会向左、右两侧传递。这些波型在变形后的网格中清晰可见。根据所给数据，纵波约0.08s到达底部边界，此时的网格如图 8图 16所示。之后，由于波在分析区域边界上发生反射（包括纵波、剪切波和面波）,重新回到分析区域内部，波的相互叠加在图 9图 17中清晰可见。

iSolver各增量步云图动画如下，

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