地应力平衡的一个简单例子

地应力平衡的一个简单例子 ABAQUS的应用 , 目录 ABAQUS的应用 ............................................................................................................. 1 , 目录 ................................................................................................................ 1 一 地应力平衡法在ABAQUS中的应用 .......................................................................... 2 , 1初始地应力场概念 ...................................................................................... 2 , 2地应力平衡方法简介 .................................................................................. 2 , 3地应力平衡方法实例详解........................................................................... 3 , 3.1模型描述: ...................................................................................... 3 , 3.2地应力平衡过程 ............................................................................... 3 , 3.2.1创建部件 ................................................................................. 3 , 3.2.2建立材料属性(Property) .................................................. 4 , 3.2.3装配部件(Assembly) .......................................................... 6 , 3.2.4创建分析步(Step) .............................................................. 6 , 3.2.5施加荷载和定义边界条件(Load) ....................................... 7 , 3.2.6划分网格(Mesh) .................................................................. 9 , 3.2.7 地应力平衡的设置 ............................................................... 11 二ABAQUS模拟过程中的一些问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 .............................................................................. 20 , 4隧道开挖过程中的一些问题 ..................................................................... 20 , .4.1无衬砌的隧道开挖: ................................................................... 20 , 4.1.1问题一: ................................................................................. 20 , 4.1.2问题二: ................................................................................. 22 , .4.2有衬砌的隧道开挖 ......................................................................... 25 , 4.2.1问题一: ................................................................................. 27 , .4.3成层土体的隧道开挖: ............................................................... 27 , 4.3.1建模所要解决的一些问题: .................................................. 28 一 地应力平衡法在ABAQUS中的应用 , 1初始地应力场概念 *geostatic分析步通常作为岩土 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 分析的第一步，在该分析步中，对土体施加体积应力，理想状态下，该作用力与土体的初始应力正好平衡，使土体的初始位移为零，但是再一些复杂的问题中，定义初始应力场与施加的荷载难以获得平衡。 在大多数岩土工程问题中，土体的初始应力场即为自重应力场，其竖向应力随深度线性变化，水平应力等于竖向应力乘以静止土压力系数。 当进行土体的渗流和变形耦合分析时，初始应力为有效应力值，这时需要分别平衡空隙水压力和有效应力， , 2地应力平衡方法简介 地应力平衡有三种方法: (1)*initial conditions,type=stress,input=FileName.csv(或inp) 该方法中的文件FILENAME.INP获取方法为:首先将已知边界条件施加到模型上进行正演计算,然后一般是将计算得到的每个单元的应力外插到形心点处并导出6个应力分量(也可以导出积分点处的应力分量,视要求平衡的精确程度而定)。 其所采用的几何模型可以考虑地表起伏不平的情况以及岩土材料极其不均匀的情况,适用范围广。 但由于外插的应力有一定误差,因此采用弹塑性本构模型时,可能会导致某些点的高斯点应力位于屈服面以外,当大面积的高斯点上的应力超出屈服面之后,应力转移要通过大量的迭代才能完成,而且有可能出现解不收敛的情况。在仅考虑自重情况下只能考虑受泊松比的影响带来的侧压力系数效应,因此平衡后的效果不一定很理想,但无疑其适用性很强。 (2)*initial conditions,type=stress,geostatic 该方法需给出不同材料区域的最高点和最低点的自重应力及其相应坐标。所采用的几何模型一般较规则,表面大致水平,地应力平衡的好坏一般只受岩体密度的影响,无论采用弹性或弹塑性本构模型都能很好的达到平衡,可以不必局限于仅受泊松比的影响,能够通过考虑水平两个方向的侧压力系数值来施加初始应力场。计算速度快,收敛性好。缺点就是不能够很好平衡具有起伏表面的几何模型,需知道平整后模型的上覆岩体自重。 (3)*initial conditions,type=stress,geostatic,user 该方法采用用户子程序SIGINI来定义初始应力场,可以定义其为应力分量为坐标、单元号、积分点号等变量的函数,要达到精确平衡需已知具体边界条件,在实际中应用较少。 , 3地应力平衡方法实例详解 地应力平衡是岩土工程数值模拟分析的重要的内容，我们利用第一种方法做一个较简单的模型。 , 3.1模型描述: 60kpa 12m12m (0,20)(30,20) 3,,2080kg/m 地基20m7 E,1，10 (30,0)(0,0) ,,0.35 30m, 3.2地应力平衡过程 , 3.2.1创建部件 1. 启动ABAQUS,单击Create Model Datebase 2. 创建部件(Part) 在Part模块，单击创建部件按钮，弹出如右图 的对话框， 按图输入部件名:Part-soil; 采用二维模型选择2D Planar; Type选择可变型(Deformable); 基本特征选择壳体(Shell); Approximate size输入70，这个数值的大小， 应根据模型的最大尺寸来确定:稍大于最大尺 寸的2倍。比如本模型最大尺寸是30那么我输 入了70，但也不是绝对，你当然也可以输入65， 或75等等。最后单击Continue,继续下一步。 按照模型尺寸(如图)，建立模型部件，双击鼠标中键，完成部件的建立。 , 3.2.2建立材料属性(Property) 在Module中切换到Property模块，单击，输入材料名称(name): Material-soil, 单击Density,在弹出对话框中输入:密度2080;然后单击Mechaniacal(Elasticity—Elastic, 在弹出的对话框输入图，单击OK完成材料的定义。 单击按钮，输入名字:Section-soil,选择Soild , Homogeneous,单击Continue，OK,完成截面的创立。 单击按钮，选取部件(单击或框选，选择后成粉红色，表示选中)，单击Done或单击鼠标中键来确定。在弹出的对话框中选中Section-Soil，单击OK. , 3.2.3装配部件(Assembly) 在Module选择Assembly模块,单击，弹出对话框，采用默认值，单击OK. 注意:1.本模型只有一个部件所以自动选中，如有多个可按Shift键全选中; 2.Instance Type 本例都无所谓，只有一个部件，但是如有多个部件，我比较喜欢选择Independent,因为在这种情况下，所有的部件会出现在一个窗口，划分网格更方便，并且直观的看到不同部件连接处网格划分的是否协调。 , 3.2.4创建分析步(Step) 在Module选择Step模块,单击，弹出下面的对话框，创建分析步Step-1,选择Geostatic,单击Continue，在分析步编辑框Basic中选择On(如果会发生大变形的情况下要选择On)，其他默认，单击OK , 3.2.5施加荷载和定义边界条件(Load) 在Module选择Load模块，单击定义边界条件，需要对模型的左、右、下底面定义边界条件，分别命名BC-1、BC-2 、BC-3，选择初始步 (Initial),Displacement/Rotation, 单击Continue，选择左、右、下底面边界，单击Done，分别选择U1、U1、U2(U1是水平方向，U2是竖直方向)，单击OK完成边界条件的定义。 单击定义重力荷载，Name:Load-grv, 选择Step-1，Mechanical，Gravity， 单击Continue。单击Edit Region，选择整个模型，在Component 2中输入-9.8(重 力加速度)，单击OK , 3.2.6划分网格(Mesh) (划分网格是一门艺术，本例只是简单的划分)在Module选择Mesh模块，单击设 定网格的种子，将全局种子大小设为1，其余默认，单击OK. 单击，采用默认，单击OK。 单击，Family选择Plane Strain，其余采用默认，单击OK 单击，单击Yes,完成网格的划分，如下图: 图1 网格划分 , 3.2.7 地应力平衡的设置 1(在命令行中输入mdb.models[‘Model'].setValues(noPartsInputFile=ON)，按回车键 2(在job模块中创建名为Job-NoInitialCondition的分析步，提交分析。 图2平衡前的应力云图 图3平衡前的竖向位移图 3. 将分析得到的应力场保存为一个文本文件。具体做法:打开分析得到的ODB文件，选择菜单Report?Field Output,在下图所示的对话框中，选中积分点上的各个应力分量(对于二维问题，应力分量S11、S22、S33和S12;对于三维问题，还应选中S13和S23)。 输入常变量S11、S22、S33和 S12 单击此对话框中的Setup标签页，在Name文本框中输入要保存的文件名b.inp，取消对Append to file 的选择(即创建一个新文件)，在Write后面只选中Field Output(如下图所示)。 设置输出场变量 注意，此处输出的是当前增量步结束时的应力结果，因此上述对话框顶部的Step必须是Geostatic分析步，Frame必须是1。如果Frame是0，会看到输出的应力都是0。 4. 按照ABAQUS所要求的初始应力场文件格式，修改上述文件b.inp中的内容。具体方法为: 用Excel打开上述文件b.inp，在”文本文件导入向导”的步骤1中选择“分隔符号”，在步骤2中选择“Tab”键和“空格”键，这样b.inp中的各列数据就成为Excel表格中的各个列。 删除表格中开始几行的模型信息，再删除积分点编号所在的第2列数据(都为数字1)，只保留单元编号和各个应力分量列，并将各个应力分量的科学计数法格式改为显示小数点后5位数字。修改前和修改后的数据如下: 修改前 修改后 下面将上述数据输出为以逗号分隔的文本文件b.csv，具体的方法是:在Excel中单击菜单“文件”?“另存为”，将文件类型设置为“CSV(逗号分隔)”，对于出现的提示信息，单击“是”，即可。 -----文件类型为“CSV(逗号分隔) 5. 为模型中定义初始应力场。在ABAQUS/CAE中无法直接定义初始应力，只能手工添加 关键词，具体方法为: 将原来的CAE模型另存为a.cae，选择菜单Model?Edit keywords,在*STEP语 句之前添加以下语句: *initial conditions,type=stress,input=b.csv 修改前 修改之后 6. 在job功能模块中将分析作业名Job-WithInitialCondition，重新提交分析。注意， 初始应力场文件b.csv应该和INP文件Job-WithInitialCondition.inp位于同一个 路径下，否则将会出现下列错误信息: The following file(s) could not be located :b.csv(无法找到文件b.csv) 7. 查看地应力平衡的结果。打开Job-WithInitialCondition.odb初始状态下(0时刻)， 模型就具有了一个初始应力场，这个应力场与上一个结果文件 Job-NoitialCondition.odb中分析步结束时刻的应力场完全相同。 图4 平衡后的应力云图 图5 平衡后的竖向位移图 8. 上面就已经完成了初始地应力平衡 ，接下来可以添加其他分析步(例如普通的静力分析步Static，General)，定义接触和实际的荷载，并去掉前面第一步中临时边界条件 图6 施加静力荷载 图7 施加静力荷载后的应力云图 图8 施加静力荷载后的竖向位移图 图9施加静力荷载后的竖向位移等值线图 二ABAQUS模拟过程中的一些问题 , 4隧道开挖过程中的一些问题 , .4.1无衬砌的隧道开挖: , 4.1.1问题一: ?利用地应力平衡方法二时，在设置不同材料区域的最高点和最低点的自重应力及其相应坐标时。以那点为坐标原点,(注模型尺寸为:宽120、高60)采用model change，remove进行隧道开挖模拟。 图10网格划分图 设置1: *initial conditions,type=stress,geostatic soil-1.all,0,20,-1200,-40,0.5时(含义:soil-1.all单元集合名、0土层顶部竖向应力、20顶部坐标、-1200土层底部竖向应力、-40底部坐标、0.5水平土压力系数) 图11开挖后的应力云图 图12 开挖后的位移图U2 设置2: *initial conditions,type=stress,geostatic soil-1.all,0,60,-1200,0,0.5时 图13 开挖后的应力云图 图14 开挖后的位移U2 从设置一和设置二的结果来看，在设置对应的最低点和最高点的坐标时应该选取哪里作为坐标0点。 , 4.1.2问题二: 利用地应力平衡方法一: 图15网格划分图 图16开挖后的应力云图 图17开挖后的位移图U2 *initial conditions,type=stress,input=FileName.csv 图18开挖后的应力S22云图 图19开挖后的应力S云图 图20开挖后的位移U2云图 图21开挖后的位移U2云图 利用地应力平衡方法一:在进行隧道开挖之前我利用平衡方法一进行地应力平衡， 由图17和图20、21可以很明了的看到所达到的目的，为什么会出现初始位移云图像图20、21 的情况,还有在我设置step时若设置大变形时为off时分析处理后竟然出现崩溃的图形。 , .4.2有衬砌的隧道开挖 有限元计算中衬砌等支护结构 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 的模拟尤其重要，特别是衬砌单元激活的时机，若在开挖区域单元移除之前激活不符合真实工程中的施工顺序，衬砌施工时的土体应力已有所释放;而若在单元移除之后进行则应力早已完全释放，衬砌起不到支撑的作用。所以采用在衬砌前，将开挖区单元的模量降低，依次来模拟应力释放的效应。 图22 网格划分图 图23 geo分析步的位移U2图 图24 reduce 分析步的位移U2图 图25 remove 分析步的位移U2图 图26 各分析步的应力云图 , 4.2.1问题一: 在分析中我采用多点约束(MPC)的方法，将衬砌和土体之间设置约束: *MPC TIE, linear-1.nl，soil-1.ns 为什么分析完之后会出现衬砌好像没有跟着一起位移形成上面图的情形, , .4.3成层土体的隧道开挖: 下面是我 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 中所用到的地质资料 表1 计算 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 Table 1 Calculation parameters 密度 弹性模泊凝聚力内摩土层厚材料 (g/c0量Mpa 松比 Mpa 擦角() 度(m) 3m) 5.13x10?淤泥质粉质粘土 3.40 0.50 10.5 1.80 6.20 -3 ?强风化泥质粉砂360 0.30 0.48 37.6 2.25 1.0 岩 ?中风化泥质粉砂570 0.35 0.67 39.3 2.30 12.30 岩 ?微风化泥质粉砂790 0.54 1.19 40.6 2.35 7.12 岩 , 4.3.1建模所要解决的一些问题: ?第一:利用问题4.1.1中的方法怎么对层次土体的地应力平衡，到底利用方法一可不可行*initial conditions,type=stress,input=FileName.csv ?在模拟过程中到底考虑大变形要不要开启。 ?在设置衬砌和土体之间约束时，解决4.2.1利用多点约束(MPC)的方法的问题: ?上浮力的施加方法。