简支梁固有频率计算理论值和有限元模拟值差别较大

dengdy918

一简支梁，长L=1m（Z方向），截面尺寸为宽0.02m(X方向），高0.01m（Y方向），弹性模量20e9，泊松比0.33，材料密度2700Kg/m3。
运用理论公式fn=n^2*pi/(2*(l^2))*sqrt(EI/m) ,其中m为梁的线密度，计算出来的前几阶频率为
f1=12.335
f2=49.34034
f3=110.01576
f4=197.36136
f5=308.37712
f6=444.06306
f7=604.41916
f8=789.44544
f9=999.14188
f10=1233.5085

运用ANSYS计算出来的前十阶频率为
f1=12.353
f2=49.412
f3=110.20
f4=197.86
f5=309.74
f6=447.6
f7=612.67
f8=681.11
f9=806.72
f10=1031


而运用nastran计算出来的前十阶频率为
f1=12.34
f2=49.333
f3=55.803
f4=110.86
f5=153.27
f6=196.5
f7=298.69
f8=305.08
f9=433.38
f10=488.74
f11=573.63
f12=679.71
f13=709.49
f14=717.12
f15=813.2
f16=970.42
f17=1223.7

发现ANSYS的计算结果和理论值较为贴合，而nastran计算值从第三阶开始就和理论值不符，

请教高手能帮小弟解释一下原因！

010710309

NASTRAN好像多了几阶，这个梁是平面的还是空间的

superuirui

NASTRAN结果是空间的，YZ平面内各阶频率为
f1 = 12.34
f2 = 49.34
f3 = 110.94
f4 = 197.05
f5 = 307.53
f6 = 442.22
f7 = 600.93
f8 = 783.41
f9 = 989.42
f10 = 1218.7

superuirui

YZ平面阶数	理论值	NASTRAN	误差	ANSYS	误差	误差胜出
1	12.335	12.34	0.000405	12.353	0.001459	NASTRAN
2	49.34034	49.34	-6.9E-06	49.412	0.001452	NASTRAN
3	110.0158	110.94	0.008401	110.2	0.001675	ANSYS
4	197.3614	197.05	-0.00158	197.86	0.002527	NASTRAN
5	308.3771	307.53	-0.00275	309.74	0.00442	NASTRAN
6	444.0631	442.22	-0.00415	447.6	0.007965	NASTRAN
7	604.4192	600.93	-0.00577	612.67	0.013651	NASTRAN
8	789.4454	783.41	-0.00765	681.11	-0.13723	NASTRAN
9	999.1419	989.42	-0.00973	806.72	-0.19259	NASTRAN
10	1233.509	1218.7	-0.01201	1031	-0.16417	NASTRAN

两端节点约束：TX=0，TY=0，TZ=0
共划分50个单元

superuirui

从结果可以看出，除第10阶以外，NASTRAN误差都控制在1%以内，非常接近理论值。
MSC.NASTRAN的整个研制及测试过程是在MSC公司的QA部门、美国国防部、国家宇航局、联邦航空管理委员会(FAA)及核能委员会等有关机构的严格控制下完成的,每一版的发行都要经过4个级别、5,000个以上测试题目的检验。
MSC.NASTRAN的计算结果与其它质量规范相比已成为最高质量标准, 得到有限元界的一致公认。 通过无数考题和大量工程实践的比较,众多重视产品质量的大公司和工业行业都用MSC.NASTRAN的计算结果作为标准代替其它质量规范。
MSC.NASTRAN被人们如此推崇而广泛应用使其输入输出格式及计算结果成为当今CAE工业标准,几乎所有的CAD/CAM系统都竞相开发了其与MSC.NASTRAN的直接接口, MSC.NASTRAN的计算结果通常被视为评估其它有限元分析软件精度的参照标准,同时也是处理大型工程项目和国际招标的首选有限元分析工具。
在航空业MSC.Nastran软件被美国联邦航空管理局认证为领取飞行器适航证指定的唯一验证软件。

dengdy918

010710309 发表于 2012-3-5 12:22
NASTRAN好像多了几阶，这个梁是平面的还是空间的

ansys用的是BEAM3单元，NASTRAN用的是BAR2单元

dengdy918

superuirui 发表于 2012-3-5 14:38
从结果可以看出，除第10阶以外，NASTRAN误差都控制在1%以内，非常接近理论值。
MSC.NASTRAN的整个研制及测 ...

非常感谢斑竹的详细答复，小弟已经明白问题所在了，我想问的是怎么才能只得到YZ平面内的模态，而不计算其他平面内的模态呢，我用的是BAR2梁单元，应该不是一个空间问题啊

重阳

把另外方向的自由度约束

dengdy918

重阳 发表于 2012-3-5 18:27
把另外方向的自由度约束

在patran里面的自由度约束，我定义的是，固定铰支座TX=0，TY=0，TZ=0，RX=0，RY=0；滑动铰支座TY=0,TZ=0,RX=0,RY=0，
应该没有问题啊？

重阳

我的意思是说，既然你只想得到YZ平面内的模态，可以把模型上所有点的X位移约束，就只有平面内的模态了。

dengdy918

重阳 发表于 2012-3-5 18:33
我的意思是说，既然你只想得到YZ平面内的模态，可以把模型上所有点的X位移约束，就只有平面内的模态了。 ...

谢谢，我试一下

dengdy918

superuirui 发表于 2012-3-5 14:23

请教一下，请问您的约束条件怎么加的？

010710309

superuirui 发表于 2012-3-5 14:38
从结果可以看出，除第10阶以外，NASTRAN误差都控制在1%以内，非常接近理论值。
MSC.NASTRAN的整个研制及测 ...

搞研究的话，NASTRAN不行啊，abaqus有子程序，可以自己定义本构，NASTRAN就不行了

superuirui

010710309 发表于 2012-3-5 21:00
搞研究的话，NASTRAN不行啊，abaqus有子程序，可以自己定义本构，NASTRAN就不行了 ...

NASTRAN可以调用FORTRAN子程序，完全没有问题。通过FORTRAN子程序，用户可以定义自己的本构关系、单元类型和接触规则，同时还可以与CFD软件进行流固耦合分析。
详情请查看User Defined Services User's Guide。
如果从DMAP的层面讲，NASTRAN所有求解序列都是“开源”的，不单单是几个接口那么简单，用户可以通过自编DMAP语句来实现完全自定义求解序列，当然也可以插入DMAP语句修改已有的求解序列。

010710309

superuirui 发表于 2012-3-6 11:21
如果从DMAP的层面讲，NASTRAN所有求解序列都是“开源”的，不单单是几个接口那么简单，用户可以通过自编DM ...

资料太少，接口太封闭，不知什么时候可以直接用FORTRAN

superuirui

010710309 发表于 2012-3-6 21:21
资料太少，接口太封闭，不知什么时候可以直接用FORTRAN

NASTRAN毕竟不是以搞科学研究为主的，像NASA这样的工业部门首要要求的当然是面对复杂问题时的可靠性，当然ABAQUS在非线性科学研究领域介入最早，牢牢占据着一定的用户群。
现在的情况是在非线性领域Nastran并没有比Abaqus差，通过整合目前的NASTRAN的非线性功能已经基本达到Abaqus的水平，但是NASTRAN的内部代码整合之路还要继续，如果MSC尽快整合好NASTRAN代码的话，功能、性能上绝对会非常强大。
有了软件接下来就是市场策略了，想大举进军ABAQUS所牢牢占据的非线性市场比较困难，毕竟更换新软件无论对个人还是团体来说都有很多困难，所以基本上主要是为现有MSC用户提供强大的非线性功能。

学习的小虫

楼主能把你的简支梁做固有频率的模型发一个吗