在無損檢測、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域，導波（波導結(jié)構(gòu)中傳播的彈性波）因傳播遠、檢測范圍廣成為研究重點。Abaqus的節(jié)點位移激勵可精準模擬導波產(chǎn)生與傳播，本文結(jié)合薄板Lamb波案例，詳解仿真核心流程與要點。

一、基礎(chǔ)認知

1. 導波特性

導波傳播依賴結(jié)構(gòu)邊界約束，特性與幾何、材料、激勵頻率相關(guān)，常見類型有縱波（P 波，質(zhì)點振動與傳播方向一致）、橫波（S 波，含 SH 波、SV 波）、Lamb 波（薄板中縱波與 SV 波耦合形成，常用於健康監(jiān)測）。節(jié)點位移激勵通過給特定節(jié)點施加時間相關(guān)位移載荷激發(fā)導波，如垂直板面載荷激 Lamb 波，平行載荷激 SH 波。

2. 激勵優(yōu)勢與適用場景

相比力、壓力激勵，節(jié)點位移激勵可控性強（可預設(shè)幅值、頻率等）、避免局部應力集中（適配薄結(jié)構(gòu)）、與試驗一致性高（模擬壓電傳感器伸縮），適用于薄板、桿、管道等導波傳播模擬，尤其適合研究導波與缺陷相互作用。

二、仿真完整流程（薄板 Lamb 波案例）

設(shè)薄板尺寸 1000mm×200mm×3mm，材料為鋁合金（E=70GPa，ν=0.3，ρ=2700kg/m3），激發(fā) 50kHz Lamb 波。

1. 建模準備

l幾何建模：Part 模塊選 “3D→Deformable→Shell”，繪 1000mm×200mm 矩形，含缺陷可借 Partition 工具劃分裂紋區(qū)域。

l材料與截面：Property 模塊新建鋁合金材料，設(shè)殼截面關(guān)聯(lián)材料，厚度 3mm 并賦值模型。

l網(wǎng)格劃分：按 “波長匹配” 原則（網(wǎng)格≤λ/10，λ= 波速 / 頻率，50kHz Lamb 波波速 5200m/s，λ=104mm，網(wǎng)格≤10mm），選 SC8R/C3D8R 單元，全局網(wǎng)格 8mm，缺陷區(qū)加密至 4mm，驗證網(wǎng)格質(zhì)量（長寬比≤5，畸變度≤0.8）。

l裝配：Assembly 模塊實例化 Part，確保位置便于操作。

2. 激勵設(shè)置

l分析步：Step 模塊建 “Dynamic, Explicit” 步，時間設(shè) 0.2s（覆蓋導波傳播全程），輸出勾選 U、S、V，頻率每 10 增量步 1 次。

l位移激勵：Load 模塊定義激勵節(jié)點組（如 x=0mm 處節(jié)點，名 “Excitation_Nodes”），施位移載荷：約束 U1、U2，U3 自由；建 “Tabular” 幅值曲線 “Excitation_Wave”（漢寧窗調(diào)制正弦波，A=5μm，f?=50kHz，N=5），關(guān)聯(lián) U3。非激勵端選 2-3 節(jié)點約束防剛體運動。

3. 分析計算

Job 模塊新建作業(yè)，設(shè)核心數(shù)提交，監(jiān)控進度，無錯誤則進入后處理。

4. 結(jié)果后處理

l觀察傳播：Visualization 模塊打開 odb 文件，動畫播放 U3 位移云圖，調(diào)整 Contour 范圍至 - 5μm~5μm。

l提取數(shù)據(jù)：選監(jiān)測節(jié)點（如 x=200mm、400mm 處），生成位移 - 時間曲線算波速（對比理論值驗證），F(xiàn)FT 分析頻譜（峰值應在 50kHz）。

l導出數(shù)據(jù)：將位移等數(shù)據(jù)導出為 csv，保存云圖截圖。

三、注意事項

1. 網(wǎng)格與單元：嚴格按 λ/10 設(shè)網(wǎng)格，選減縮積分單元（如 SC8R），避全積分單元剪切鎖死。

2. 激勵與邊界：激勵信號用漢寧窗調(diào)制（3-5 周期），邊界避免過度約束（如僅約束 U3）。

3. 計算與驗證：分析步時間適配傳播過程，輸出頻率平衡精度與文件大小；借波速、波型驗證結(jié)果。

四、應用拓展

可拓展至管道導波模擬（圓柱殼模型，圓周節(jié)點施載）、多激勵源協(xié)同（相位差 180° 實現(xiàn)定向激勵）、缺陷定量分析（建缺陷尺寸與信號關(guān)聯(lián)模型）。

Abaqus節(jié)點位移激勵模擬導波，關(guān)鍵在匹配導波特性與仿真參數(shù)，為工程仿真提供可靠方法，助力無損檢測等領(lǐng)域研究。