本篇博文是ANSYS与ABAQUS比较系列中的一篇.本篇是针对应力波的传播做仿真,在ABAQUS中进行.

振动与波是自然界中常见的现象.当固体发生振动时,波就在固体中传播.而对于结构分析而言,我们最为关注的是应力波的传播过程.

本例子是考察在一个瞬态激励的作用下,应力波是如何在一个矩形截面棒中传播的。

【问题描述】

一根长1米的矩形棒，截面尺寸是0.2*0.2米。其一端面固定，另外四个侧面是滚动支撑，在自由端面施加一爆炸载荷。

已知：该爆炸载荷的强度是1e5pa,爆炸持续时间是3.88e-5秒。

【问题分析】

1. 分析类型：瞬态动力学问题。使用显式动力学分析。

2. 非线性考虑：无接触，无材料非线性，无几何非线性。总之是简单的线弹性。

3. 几何建模：可以用杆件建模，不过这里为了直观起见，使用三维实体模型。

4. 边界条件：固定端面，四个侧面滚动支撑。自由面施加爆炸载荷。

【求解过程】

1. 创建部件

创建三维实体，尺寸是0.2*0.2*1如下图

2. 创建材料和截面属性

设置密度，弹性模量和泊松比

将上述材料性质赋予给均值实体截面

进一步将截面属性赋予给前面实体。

3. 定义装配体

直接导入前面的部件即可。

4. 设置分析步

添加一个显式动力学分析步，持续时间是2e-4秒。这大致是爆炸持续时间（3.88e-5秒）的5倍。

并设置要导出Z方向的正应力，因为后处理就是要观察该正应力在棒中的传播。

5. 定义载荷和边界条件

固定一个端面，另外四个侧面施加滚动支座约束。

为了对自由端面施加瞬态载荷，需要首先创建一个幅值表

该表的内容设置如下

其含义是：从0-3.88e-5之间，载荷的幅值是1；到3.89e-5秒时，载荷突然降低到0，此后一直是0了。

然后对自由端面施加压力载荷

在上面爆炸载荷的定义中索引了上述幅值。

6. 划分网格

使用0.02的单元长度划分网格如下

7. 创建作业并提交分析

8. 后处理

选取该矩形棒一条侧棱，绘制不同时刻的正应力波形

第6帧

第12帧

第20帧

可以看到从爆炸载荷端开始，应力迅速朝固定端传播。