高等土力学
边坡稳定分析
专业：岩土工程
姓名：xxx
指导老师：xxx
学号：xxx
1.前言
边坡稳定分析是边坡设计的前提，它决定着边坡是否失稳以及边坡失稳时存在多大推力，以便为支护结构设计提供科学依据。然而这个问题至今仍未得到妥善解决，因为解决这一问题必须先要查清坡体的地质状况及其强度参数，同时又要有科学合理的分析方法[1]。对于均质土坡，传统方法主要有：极限平衡法，极限分析法，滑移线场法等，就目前工程应用而言，主要还是极限平衡法，但需要事先知道滑动面位置和形状。对于均质土坡，可以通过各种优化方法来搜索危险滑动面，但是对于岩质边坡，由于实际岩体中含有大量不同构造、产状和特性的不连续结构面，传统极限平衡方法尚不能搜索出危险滑动面以及相应的稳定安全系数。边坡稳定分析涉及复杂的地质地形边界条件、材料的应力-应变的非线性行为、初始地应力、水压力、地震荷载的耦合分析等等，多数情况下不能获得解析解。在计算机和计算方法不断发展的背景下，以有限元为代表的数值分析方法在 20 世纪 70年代已逐步在岩土工程中推广应用，并发展成为一种强有力的计算分析工具。然而传统的数值分析方法一般只是得出边坡应力、位移、塑性区等，不能直接与边坡稳定建立定量关系。随着计算机技术的发展，有限元强度折减法近来在国内外受到关注[2～12]，对于均质土坡已经得到了较好的结论，但尚未在工程中实用，本文采用有限元强度折减法，对均质土坡进行了系统分析，证实了其实用于工程的可行性，得到了节理岩质边坡坡体的危险滑动面和相应的稳定安全系数。该方法可以对贯通和非贯通的节理岩质边坡进行稳定分析，同时
可以考虑地下水、施工过程对边坡稳定性的影响，可以考虑各种支挡结构与岩土材料的共同作用，为边坡稳定分析开辟了新的途径。2.有限元强度折减法原理
c' = c /ω，tan?' =tan?/ω
这种方法早在 70 年代就提出来了。1975 年Zienkiewize 就利用有限元进行边坡稳定分析，但是由于受计算条件的限制，此法一直没有流行起来。近年来，这种方法随着计算机软件和硬件的发展又有了新的发展。
3.有限元强度折减法判断依据
有限元强度折减法分析边坡稳定性的一个关键问题是如何根据有限元计算结果来判别边坡是否处于破坏状态。目前的失稳判据主要有两类：
（1）在有限元计算过程中采用力和位移的不收敛作为边坡失稳的标志。
（2）以广义塑性应变或者等效塑性应变从坡脚到坡顶贯通作为边坡破坏的标志。
以上两种判据得到的安全系数相差不大。
4.案例分析
4.1.工程概况
有一高H=13m，坡脚为45度的均质边坡，土体容重20KN/m3,粘聚力c=12.38Kpa,摩擦角20度。按平衡极限分析法，求土坡的稳定安全系数。
4.2模型的建立与求解
4.2.1建立部件
在Part模块中建立，如下所示的部件下所示的
4.2.2设置材料及截面特性。
4.2.3装配部件
4.2.4定义分析步
在step模块中建立load、reduce分析步
4.2.5定义载荷、边界条件。
在Load模块中，定义载荷和边界条件，如下所示4.2.6划分网格，在mesh模块中划分网格，如下所示
图1 网格图
4.2.7修改模型文件
4.2.8提交作业
4.3结果分析
本算例在第二个分析步的0.23526时无法收敛，计算终止。
图2 FV1随U1的变化关系
强度折减到某一程度后，土体就已经失稳，既就是在t=0.23526时土坡失稳破坏。
我们由图可以看出，以数值计算不收敛作为土坡稳定的评价标准对应的FV1=0.86，既就是安全系数为0.86。由于该图没有明显的该店所以不能以位移拐点作为评价标准。
观察塑性区的发展，下图绘制出了时刻塑性区，我们可以看出在一开始土坡坡脚先出现屈服，然后向上延伸，直到二级坡的塑性区贯通。
图3 t=0.125的塑性区
图4 t=0.2328的塑性区
从图可以发现滑动面的大致位置，与平衡极限法分析得到的一样，大致呈圆弧状，通过坡脚。
图5 用增量位移判断滑动面4.4理正岩土复核
图6 参数界面
图7 参数界面
图8 参数界面
图9 运行计算界面与结果输出界面
由图可以看出理正岩土计算的的安全系数为0.86，与有限元强度折减法求得的安全系数0.84基本接近，这就说明有限元计算结果的有效性。
5.结论
有限元强度折减法不需要对滑动面的形状和位置进行假定，通过强度折减达到边坡的不稳定状态时，非线性有限元计算不收敛，此时折减系数就是安全系数，同时可得到边坡破坏时的滑动面。有限元强度折减法相对传统计算方法的优势；能够对具有复杂地貌，地质的边坡计算；考虑了土体非线性弹塑性本构关系，以及变形对应力的影响。
桩基承载力分析 运用abaqus 软件对一实例进行桩土建模并进行分析。 1. 问题背景 有一混凝土实心园桩位于位于正常固结饱和粘土中，地下水位与地基齐平。桩长10m ，桩径0.5m 。考虑到轴对称性，采用轴对称模型进行分析。分析区域桩端向下扩展1倍桩长，水平方向取20倍桩径，以求将边界对分析区的影响降到最低。土体采用剑桥模型模拟，参数建下表所示，桩采用线弹性模型，弹性模量E=20GPa ，泊松比v=0.2。桩土摩擦系数为0.42（tan （0.75?）） 土体参数 材料 '3(kN/m )γ ν λ κ M ()'? 1e k （m/s ） 软粘土 8.0 0.35 0.2 0.04 1.2(30)? 2.0 7110-? 2. 初始条件分析 初始应力的合理设置对求解的可靠性十分重要。根据已知条件，土体为正常固结粘土，设土体经历了一维0K 正常固结，则竖向初始应力'0v σ和水平初始应力' 0h σ: ''0v z σγ=;''000h v K σσ= 0K 为初始水平土压力系数，考虑到水平方向无边形，取为/(1)0.538νν-=。 3. abaqus 模型建立过程 1. 建立部件 在part 模块中执行part>creat 命令，建立名为soil 的部件。其设置如下：modeling space 设为axisymmetric ，type 设为deformable ，base feature 设为shell （二维的面）。根据下图尺寸完成部件soil 的建立。用同样的方法一句下图中的尺寸建立名为pile 的部件。 土体部件尺寸（单位m ） 桩部件尺寸（单位m ） 2. 设置材料及截面特性 在property 模块中执行materia>creat 命令，建立名为soil 的材料，执行edit material 对话框中的mechanical>elasticity>porous elastic 和mechanical>plasticity>clay plasticity 命令，设置剑桥模型参数如下图所示。
ABAQUS 软件对隧道开挖过程的模拟 一、ABAQUS 在岩土工程中应用简介： 岩土工程中的开挖问题主要是指隧道、基抗的开挖。这些问题的施工过程常常较为复杂，如分步骤开挖，支挡结构的施工等，常规的分析方法处理起来十分困难，往往需要通过有限元对支护结构的内力和变形，周围土体的位移等进行分析。 ABAQUS 由于其本身强健的非线性求解功能，在工业界被公认为技术最先进的非线性有限元分析软件，与传统商业软件不同，ABAQUS 是专门为解决工程中困难问题而发展并逐渐被广大用户推崇的超级通用有限元软件。 因此，本文将采用ABAQUS 软件对隧道开挖过程进行模拟及分析。 二、隧道开挖过程问题简介： 1、模型简介： 某个地下隧道，由一个混凝土的衬砌支持。建造这样一个隧道，涉及到一个非常复杂的土木工程过程。工程界希望能通过数值模拟预测和验证设计建造过程中的各种问题，以加快建造过程和优化建造成本，并且最大程度的保证安全性。 2、几何特性： 隧道直径8米，在地下20米，隧道周围黏土的本构简化为线弹性（E=200MPa ，0.2ν=，220kN /m γ=），混凝土衬砌（E=19GPa ，0.2ν=），厚度为0.15米。 图1 模型示意图
3、分析思路： 隧道的开挖和其他开挖问题类似，其实质主要是应力的释放。如果没有衬砌的施工，那问题很简单，只要在建立初始应力之后，移除开挖单元即可。但实际工程中，隧道的开挖施工步骤是十分复杂的，涉及到灌浆、卡极为、衬砌施工等。而在有限元计算中衬砌等支护结构施工的模拟尤为重要，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。 为了解决这一问题，研究人员们提出了以下两种方法： 1、在衬砌施工前，将开挖区单元的模量降低，移除来模拟应力释放效应。 2、首先将开挖面上的节点施加约束，得到与初始应力平衡的节点力。然后放松约束，将节点力加到相应节点处，并让节点力的大小随时间递减，当减小某一程度时（如30%～40%）激活衬砌单元，再衰减余下的载荷。 三、问题的求解： 为对比起见，首先进行没有衬砌的隧道开挖问题求解。 1、没有衬砌时的隧道开挖： Step 1：建立部件。在Part模块中，Create Part，将Name设为soil，Modeling Space 设为2D Planar，Type设为Deformable, Base Feature 设为Shell。在图形编辑界面，绘制如图1所示的几何轮廓。如图2所示。 图2 part Step 2：设置材料及截面特性。在Property模块中创建E=200MPa，μ=0.2线弹
整个计算过程包括2个分析步，第1步做屈曲分析，笫2步做极限强度分析。 第1步：屈曲分析 载荷步定义如下： Step 1-Initial Step 2- Buckle
? Re Mbs M^nce C^wvoini live 2oc*$ *l^*?4 tjdp V ：i.Jsa&# 录 +r A AJIu fffiC? fe3 Ha ? ABAQUS 对单层结构的反应分析 问题： 一层建筑尺寸如下： 楼板厚度1m ，柱子尺寸0.5x0.5m E=400000./2m kN 3/2400m kg =ρ 仅仅考虑x 、y 平面。 1.计算结构的特征 2.楼板有一台48吨的机器，工作频率为30<Ω<365，画出结构（包括机器）的振幅和频率函数图。给业主提出建议，提出减小震动的措施。 3.若机器为80吨，画出振幅和频率图。 4.若采用橡胶隔震垫进行隔振。试讨论隔震垫刚度的取值规律。 5.若采用TMD 系统进行减震，讨论调谐质量刚度的取值。 本题采用ABAQUS 软件进行计算： 1.计算结构的固有频率： 步骤如下： （1）建立几何模型 楼板 柱子 （2）属性定义 密度3/2400m kg =ρ 杨氏弹性模量E=400000./2m kN 创建截面后赋予每一个构件 （3）装配各构件 装配前装配后 （4）定义分析步 根据题目要求，选线性摄动分析，频率，特征值取15个（前15阶频率）（5）相互作用 定义各柱子与楼板的连接为绑接。如下图所示 （6）荷载 定义柱子与地面的边界条件为固结： 这里因为计算自振频率，不用施加力的作用。 （7）划分网格 网格单位为0.25，为各部件划分网格，组装后见下图： （8）后处理提交后查看结果 频率图（此时的Y坐标是周期）查询曲线上的15个点得出对应的各阶频率数据： 整理得： 由此可知，自振频率为：Hz 630158923.0/1 。 2.楼板有一台48吨的机器，工作频率为30<Ω<365，画出结构（包括机器）的振幅和频率函数图。给业主提出建议，提出减小震动的措施。 在1的基础上，作如下改动即可： (1).在部件里面新建一个点RP ，属性里面赋予它48000Kg 的质量。在特殊设置 里面的点质量/惯性选项中，如下： (2).装配式将质量点RP 装配置楼板面的中心位置。 (3).分析步选择线性摄动，稳态动力学，直接选项，将机器的工作频率加上，30<Ω<365。 (4).相互作用中的质量点RP 与结构的约束为耦合的，其他约束同1）中的。见下图： (5).荷载除了柱底面与地面固结外，尚应施加以集中力F 于楼板面中心处，不妨令F=500N 高等土力学 边坡稳定分析 专业：岩土工程 姓名：XXX 指导老师：XXX 学号：XXX 1.前言 边坡稳定分析是边坡设计的前提，它决定着边坡是否失稳以及边坡失稳时存在多大推力，以便为支护结构设计提供科学依据。然而这个问题至今仍未得到妥善解决，因为解决这一问题必须先要查清坡体的地质状况及其强度参数，同时又要有科学合理的分析方法［1］。对于均质土坡，传统方法主要有：极限平衡法，极限分析法，滑移线场法等，就目前工程应用而言，主要还是极限平衡法，但需要事先知道滑动面位置和形状。对于均质土坡，可以通过各种优化方法来搜索危险滑动面，但是对于岩质边坡，由于实际岩体中含有大量不同构造、产状和特性的不连续结构面，传统极限平衡方法尚不能搜索出危险滑动面以及相应的稳定安全系数。边坡稳定分析涉及复杂的地质地形边界条件、材料的应力-应变的非线性行为、初始地应力、水压力、地震荷载的耦合分析等等，多数情况下不能获得解析解。在计算机和计算方法不断发展的背景下，以有限元为代表的数值分析方法在20世纪70年代已逐步在岩土工程中推广应用，并发展成为一种强有力的计算分析工具。然而传统的数值分析方法一般只是得出边坡应力、位移、塑性区等，不能直接与边坡稳定建立定量关系。随着计算机技术的发展，有限元强度折减法近来在国内外受到关注［2?12］，对于均质土坡已经得到了较好的结论，但尚未在工程中实用，本文采用有限元强度折减法，对均质土坡进行了系统分析，证实了其实用于工程的可行性，得到了节理岩质边坡坡体的危险滑动面和相应的稳定安全系数。该方法可以对贯通和非贯通的节理岩质边坡进行稳定分析，同时 可以考虑地下水、施工过程对边坡稳定性的影响，可以考虑各种支挡 结构与岩土材料的共同作用，为边坡稳定分析开辟了新的途径 2?有限元强度折减法原理 c = c / ， tan 二 tan 厂 这种方法早在70 年代就提出来了。1975年Zienkiewize 就利 用有限元进行边坡稳定分析，但是由于受计算条件的限制，此法一直 没有流行起来。近年来，这种方法随着计算机软件和硬件的发展又有 了新的发展。 3.有限元强度折减法判断依据 有限元强度折减法分析边坡稳定性的一个关键问题是如何根据 有两类: 标志。 (2)以广义塑性应变或者等效塑性应变从坡脚 坡破 坏的标志。 以上两种判据得到的安全系数相差不大。 4.案例分析 4.1.工程概况 3 有 一高H=13m 坡脚为45度的均质边坡，土体容重 20KN/m,粘 聚力c=12.38Kpa,摩擦角20度。按平衡极限分析法，求土坡的稳定 安全系数。 4.2模型的建立与求解 421建立部件 有限元计算结果来判别边坡是否处于破坏状态。 目前的失稳判据主要 (1)在有限元计算过程中采用力和位移的不收 敛作为边坡失稳的 到坡顶贯通作为边 1.应用背景概述 随着科学技术的发展，汽车已经成为人们生活中必不可少的交通工具。但当今由于交通事故造成的损失日益剧增，研究汽车的碰撞安全性能，提高其耐撞性成为各国汽车行业研究的重要课题。目前国内外许多著名大学、研究机构以及汽车生产厂商都在大力研究节省成本的汽车安全检测方法，而汽车碰撞理论以及模拟技术随之迅速发展，其中运用有限元方法来研究车辆碰撞模拟得到了相当的重视。而本案例就是取材于汽车碰撞模拟分析中的一个小案例―――保险杠撞击刚性墙。 2.问题描述 该案例选取的几何模型是通过导入已有的*.IGS文件来生成的（已经通过Solidworks软件建好模型的），共包括刚性墙（PART-wall）、保险杠（PART-bumper）、平板（PART-plane）以及横梁（PART-rail）四个部件，该分析案例的关注要点就是主要吸能部件（保险杠）的变形模拟，即发生车体碰撞时其是否能够对车体有足够的保护能力？这里根据具体车体模型建立了保险杠撞击刚性墙的有限元分析模型，为了节省计算资源和时间成本这里也对保险杠的对称模型进行了简化，详细的撞击模型请参照图1所示，撞击时保险杠分析模型以2000mm/s的速度撞击刚性墙，其中分析模型中的保险杠与平板之间、平板与横梁之间不定义接触，采用焊接进行连接，对于保险杠和刚性墙之间的接触采用接触对算法来定义。 1.横梁（rail） 2.平板（plane） 3.保险杠（bumper） 4.刚性墙（wall） 图2.1 碰撞模型的SolidWorks图 为了使模拟结果尽可能真实，通过查阅相关资料，定义了在碰撞过程中相关的数据以及各部件的材料属性。其中，刚性墙的材料密度为7.83×10-9，弹性模量为2.07×105，泊松比为0.28；保险杠、平板以及横梁的材料密度为7.83×10-9，弹性模量为2.07×105，泊松比为0.28，塑形应力-应变数据如表2.1所示。 表2.1 应力-应变数据表 应力210 300 314 325 390 438 505 527 应变0.0000 0.0309 0.0409 0.0500 0.1510 0.3010 0.7010 0.9010 注：本例中的单位制为：ton，mm，s。 3.案例详细求解过程 本案例使用软件为版本为abaqus6.12，各详细截图及分析以该版本为准。3.1 创建部件 （1）启动ABAQUS/CAE，创建一个新的模型数据库，重命名为The crash simulation，保存模型为The crash simulation.cae。 （2）通过导入已有的*.IGS文件来创建各个部件，在主菜单中执行【File】→【Import】→【Part】命令，选择刚刚创建保存的的bumper_asm.igs文件，弹出【Create Part From IGS File】对话框如图3.1所示，根据图3.1所示设定【Repair Options】的相关选项，其它参数默认，单击【Ok】按钮，可以看到在模型树中显示了导入的部件bumper_asm。 图3.1 Create Part From IGS File对话框 ABAQUS时程分析法计算地震反应得简单实例ABAQUS时程分析法计算地震反应得简单实例（在原反应谱模型上 修改） 问题描述： 悬臂柱高12m，工字型截面（图1），密度7800kg/m3，EX=2、1e11Pa，泊松比0、3，所有振型得阻尼比为2%，在3m高处有一集中质量160kg，在6m、9m、12m处分别有120kg 得集中质量。反应谱按7度多遇地震，取地震影响系数为0、08，第一组，III类场地，卓越周期Tg=0、45s。 图1 计算对象 第一部分：反应谱法 几点说明： λ本例建模过程使用CAE； λ添加反应谱必须在inp中加关键词实现，CAE不支持反应谱； λ *Spectrum不可以在keyword editor中添加，keyword editor不支持此关键词读入。 λ ABAQUS得反应谱法计算过程以及后处理要比ANSYS方便得多。 操作过程为： （1）打开ABAQUS/CAE，点击create model database。 （2）进入Part模块，点击create part，命名为column，3D、deformation、wire。continue （3）Create lines，在 分别输入0，0回车；0，3回车；0，6回车；0，9回车；0，12回车。 （4）进入property模块，create material，name：steel，general-->>density，mass density：7800 mechanical-->>elasticity-->>elastic，young‘s modulus：2、1e11，poisson’s ratio：0、3、 ABAQUS 软件对隧道开挖过程的模拟 一、ABAQUS 在岩土工程中应用简介： 岩土工程中的开挖问题主要是指隧道、基抗的开挖。这些问题的施工过程常常较为复杂，如分步骤开挖，支挡结构的施工等，常规的分析方法处理起来十分困难，往往需要通过有限元对支护结构的力和变形，周围土体的位移等进行分析。 ABAQUS 由于其本身强健的非线性求解功能，在工业界被公认为技术最先进的非线性有限元分析软件，与传统商业软件不同，ABAQUS 是专门为解决工程中困难问题而发展并逐渐被广大用户推崇的超级通用有限元软件。 因此，本文将采用ABAQUS 软件对隧道开挖过程进行模拟及分析。 二、隧道开挖过程问题简介： 1、模型简介： 某个地下隧道，由一个混凝土的衬砌支持。建造这样一个隧道，涉及到一个非常复杂的土木工程过程。工程界希望能通过数值模拟预测和验证设计建造过程中的各种问题，以加快建造过程和优化建造成本，并且最大程度的保证安全性。 2、几何特性： 隧道直径8米，在地下20米，隧道周围黏土的本构简化为线弹性 （E=200MPa ，0.2ν=，220kN/m γ=），混凝土衬砌（E=19GPa ，0.2ν=），厚度为0.15米。 图1 模型示意图 3、分析思路： 隧道的开挖和其他开挖问题类似，其实质主要是应力的释放。如果没有衬砌的施工，那问题很简单，只要在建立初始应力之后，移除开挖单元即可。但实际工程中，隧道的开挖施工步骤是十分复杂的，涉及到灌浆、卡极为、衬砌施工等。而在有限元计算中衬砌等支护结构施工的模拟尤为重要，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。 为了解决这一问题，研究人员们提出了以下两种方法： 1、在衬砌施工前，将开挖区单元的模量降低，移除来模拟应力释放效应。 2、首先将开挖面上的节点施加约束，得到与初始应力平衡的节点力。然后放松约束，将节点力加到相应节点处，并让节点力的大小随时间递减，当减小某一程度时（如30%～40%）激活衬砌单元，再衰减余下的载荷。 三、问题的求解： Abaqus报告 目录 1.简支梁 (3) 1.1问题描述 (3) 1.2结果比较 (3) 1.2.1理论值计算 (3) 1.2.2简支梁不同建模方式的结果比较 (4) 1.2.3简支梁划分不同网格密度的结果比较 (8) 1.3结论 (10) 2.受拉矩形薄板孔口应力集中问题 (11) 2.1问题描述 (11) 2.2理论值计算 (11) 2.3数值解答及误差 (11) 3.矩形荷载作用下地基中的附加应力分布 (13) 3.1问题描述 (13) 3.2计算过程 (13) 3.3结果分析 (16) 4.Mohr-Coulomb材料的三轴固结排水试验模拟 (16) 4.1问题描述 (16) 4.2理论值计算 (17) 4.3数值解答及误差 (17) 5.二维均质土坡稳定性分析 (19) 5.1问题描述 (19) 5.2计算过程 (19) 5.3结果分析 (20) 6.不排水粘土地基中竖向受荷桩 (23) 6.1问题描述 (23) 6.2计算过程 (23) 6.3结果分析 (25) 6.3.1屈服区分布 (25) 6.3.2桩的受力分析 (26) 6.3.3桩侧摩阻力分布 (27) 1.简支梁 1.1问题描述 一个长度为1.5m，横截面为0.2m×0.2m的简支梁，受大小为500kPa的均布荷载。假设材料的弹性模量E=220GPa,泊松比ν=0.3，比较在abaqus中不同建模方式（实体模型和二维模型）及划分不同网格密度下的内力数值、支反力及挠度大小。 1.2结果比较 1.2.1理论值计算 根据材料力学知识，均布荷载作用下简支梁的跨中挠度用下式计算： ω= 5ql4 384EI 其中 EI= 1 12 ×0.24×220×109=29333333.33m4 故跨中挠度为： ω= 5ql4 384EI = 5×100×103×1.54 384×29333333.33 ×103=0.2247mm 跨中弯矩为： M=1 8 ×100×1.52=28.125kNm 《现代机械设计方法》课程结业论文 （ 2011 级） 题目：ABAQUS实例分析 学生姓名 XXXX 学号 XXXXX 专业机械工程 学院名称机电工程与自动化学院 指导老师 XX 2013年 5 月8 日 目录 第一章Abaqus简介 (1) 一、Abaqus总体介绍 (1) 二、Abaqus基本使用方法 (2) 1.2.1 Abaqus分析步骤 (2) 1.2.2 Abaqus/CAE界面 (3) 1.2.3 Abaqus/CAE的功能模块 (3) 第二章基于Abaqus的通孔端盖分析实例 (4) 一、工作任务的明确 (6) 二、具体步骤 (6) 2.2.1 启动Abaqus/CAE (4) 2.2.2 导入零件 (5) 2.2.3 创建材料和截面属性 (6) 2.2.4 定义装配件 (7) 2.2.5 定义接触和绑定约束（tie） (10) 2.2.6 定义分析步 (14) 2.2.7 划分网格 (15) 2.2.8 施加载荷 (19) 2.2.9 定义边界条件 (20) 2.2.10 提交分析作业 (21) 2.2.11 后处理 (22) 第三章课程学习心得与作业体会 (23) 第一章： Abaqus简介 一、Abaqus总体介绍 Abaqus是功能强大的有限元分析软件，可以分析复杂的固体力学和结构力学系统，模拟非常庞大的模型，处理高度非线性问题。Abaqus不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以完成系统级的分析和研究。 Abaqus使用起来十分简便，可以很容易的为复杂问题建立模型。Abaqus具备十分丰富的单元库，可以模拟任意几何形状，其丰富的材料模型库可以模拟大多数典型工程材料的性能，包括金属、橡胶、聚合物、复合材料、钢筋混泥土、可压缩的弹性泡沫以及地质材料（例如土壤、岩石）等。 Abaqus主要具有以下分析功能： 1.静态应力/位移分析 2.动态分析 3.非线性动态应力/位移分析 4.粘弹性/粘塑性响应分析 5.热传导分析 6.退火成形过程分析 7.质量扩散分析 8.准静态分析 9.耦合分析 10.海洋工程结构分析 11.瞬态温度/位移耦合分析 12.疲劳分析 13.水下冲击分析 14.设计灵敏度分析 二、Abaqus基本使用方法 1.2.1 Abaqus分析步骤 有限元分析包括以下三个步骤： 1.前处理（Abaqus/CAE）:在前期处理阶段需要定义物理问题的模型，并生 成一个Abaqus输入文件。提交给Abaqus/Standard或 Abaqus/Explicit。 2.分析计算（Abaqus/Standard或Abaqus/Explicit）:在分析计算阶段， 使用Abaqus/Standard或Abaqus/Explicit求解输入文件中所定义的 1.请教高手怎么制作荷载-位移曲线 后处理中create X-Ydata 1. 选择ODB field output，对话框里选择加载点的RF，建立reference force和加载步之间 的关系，保存； 2. 在ODB field output里，对话框里选择需要位移的节点和U，建立位移U和加载步间 的坐标，保存。 3. 选择operate on XY data，combined上两步里的结果。 Initial Conditions和Excel的使用 By 小梦 关键字格式： *initial conditions, type=stress,input=bb.dat 上面的关键字插于*STEP语句之前，两语句之间不能有空格。 施加预应力场只是initial conditions关键字的一个应用，详见abaqus6.8帮助文档，《ABAQUS Analysis User’s Manual》的第28.2节“initial conditions”。 实例：平衡初始地应力 平衡条件：由应力场形成的等效节点载荷要和外载荷相平衡，如果平衡条件得不到满足，将不能得到一个位移为0的初始状态，此时所对应的应力场也不再是所施加的初始应力场。 解决方法：首先将重力载荷施加于土体上，施加符合工程实际条件的边界条件，计算得到在重力载荷下的应力场，再将得到的应力场定义为初始应力场，和重力载荷一起作用于原始的有限元模型，就可以得到既满足平衡条件又不违背屈服准则的初始应力场，可以保证各节点的初始位移近似为0。 步骤： 1、 1、建立有限元模型，部件类型为轴对称模型，网格类型为CAX4R。 2、建立分析步：Geostatic 一．创建部件 1.打开abaqus; 开始/程序/Abaqus6.10-1/Abaque CAE 2.Model/Rename/Model-1,并输入名字link4 3.单击Create part弹出Create part对话框， Name输入link-4; Modeling Space 选择2D Planar Type 选择Deformable Base Feature 选择Wire Approximate size 输入800；然后单击continue 4.单击(Create Lines:connected)通过点(0,0)、(400,0)、(400,300)、(0,300)单击(Create Lines:connected)连接(400,300)和(0,0)两点，单击提示区中的Done按钮(或者单击鼠标滚轮，也叫中键)，形成四杆桁架结构 5.单击工具栏中的(Save Model Database),保存模型为link4.cae 二.定义材料属性 6.双击模型树中的Materials(或者将Module切换到Property,单击Create Material -ε) 弹出Edit Material对话框后。 执行对话框中Mechanical/Elasticity/Elastic命令， 在对话框底部出现的Data栏中输入Young’s Module为29.5e4， 单击OK.完成材料设定。 7.单击“Create Section ”,弹出Create Section对话框， Category中选择Beam; Type中选择Truss; 单击continue按钮 弹出Edit Section对话框， 材料选择默认的Material-1,输入截面积(Cross-sectional area)为100，单击ok按钮。 走进百木科技 重庆百木科技有限公司是一家专业从事土木工程行业BIM 软件开发、项目咨询及服务的专业科技公司，是法国达索系统中 国区代理商中唯一一家有近二十年桥梁行业经验的合作伙伴。公 司致力于为土木建筑行业的业主、设计院、施工单位等提供先进 而完整的产品生命周期管理解决方案和工程咨询服务，协助客户 提高核心竞争力。 公司拥有经验丰富的土木工程技术人员、项目管理工程师以及专业的IT工程师，专注面向BIM全过程的解决方案。经过多年的奋斗，凭着优质的服务体系，我们同各地的客户单位建立了长期友好的合作关系，赢得了客户的好评，建立了企业信誉。 3DExperience平台——新一代数据信息管理技术 在3D Experience平台，可体验到从三维设计软件到生命周期管理系统的各领域产品，包括设计建模软件Catia、施工工艺仿真软件Delmia、项目协同软件Enovia、计算分析软件Abaqus等一系列优秀的软件，能为您带来非常广阔的应用前景，创造商业价值。相较于传统二维设计，它拥有以下优势： ●直观性：所见即所得，更易理解设计内容； ●整体性：设计成果整体呈现，展现空间位置； ●易读性：保留关系式、保留设计理念； ●关联性：设计环节相互关联，层层驱动； ●联动性：设计过程与成果同步保留，三维驱动二维。 3DExperience平台正向设计理念——支持建筑行业解决全生命期管理难题 作为成熟的产品全生命周期三维体验平台，3D Experience平台完美地贯彻了三维设计交付的思想，在设计建模阶段为您带来完美的设计体验。 ●元素定义过程的着重体现，使得任何元素有源可溯。不仅保留结果，还保留建模过程，建立的模型天生就是参 数化模型，代替了大量的编程工作。 ●约束式草图，控制尺寸驱动被动尺寸，几何图形智能体现 ●强大的参数化建模能力 ●模型与图纸自动关联，二者同步更新 ABAQUS中Mohr-Coulomb及扩展Drucker-Prager准则的解释 发表时间：2019-09-11T14:26:49.343Z 来源：《基层建设》2019年第11期作者：郑丽婷[导读] 摘要：本文详细介绍了在ABAQUS中，与Mohr-Coulomb屈服准则匹配的平面应变Drucker-Prager屈服准则及可转化为Drucker-Prager 屈服准则表达式形式的其他屈服准则在ABAQUS中与Mohr-Coulomb屈服准则的参数转换关系。 广东工业大学，土木与交通工程学院广州 510006 摘要：本文详细介绍了在ABAQUS中，与Mohr-Coulomb屈服准则匹配的平面应变Drucker-Prager屈服准则及可转化为Drucker-Prager 屈服准则表达式形式的其他屈服准则在ABAQUS中与Mohr-Coulomb屈服准则的参数转换关系。 关键词：Mohr-Coulomb屈服准则，Drucker-Prager屈服准则 Abstract: This paper introduces parameter input of the planar strain Drucker-Prager yield criterion matched by m-c yield criterion and other yield criterion which can be converted into the Drucker-Prager yield criterion expression form in ABAQUS in detail. Keyword：Mohr-Coulomb yield criterion；Drucker-Prager yield criterion 引言 在岩土工程有限元分析中运用最广泛的屈服准则是Mohr-Coulomb屈服准则（M-C屈服准则），该能够体现材料的塑性变形特征及静水压力的影响，且参数较少易测，是一种较实用的方法。但由于屈服面不连续，导致数值积分存在困难，且无法体现中主应力对屈服破坏的影响及由单纯静水压力引起的岩土材料的屈服特性。因此，为了解决上述弊端，国外学者提出了广义Mises屈服准则。目前绝大多数有限元软件都可以应用这一屈服准则，近年来国内外许多专家学者也在这一方面展开了大量研究[1~4]。传统极限平衡法采用的屈服准则是M-C准则，而绝大多数有限元软件采用的是广义Mises准则，进行两种不同的屈服准则下地基极限承载力的对比是不大合理的，因此，需要对其屈服准则进行统一化处理。 1 Drucker-Prager模型与Mohr-Coulmb模型参数之间的关系 Drucker-Prager模型中的强度参数并不等于Mohr-Coulomb模型中的对应的强度参数。但两个模型之间的参数是可以互换的。Mohr- Coulomb模型的定义式如下： A B A Q U S软件对隧道开 挖过程的模拟 ABAQUS 软件对隧道开挖过程的模拟 一、ABAQUS 在岩土工程中应用简介： 岩土工程中的开挖问题主要是指隧道、基抗的开挖。这些问题的施工过程常常较为复杂，如分步骤开挖，支挡结构的施工等，常规的分析方法处理起来十分困难，往往需要通过有限元对支护结构的内力和变形，周围土体的位移等进行分析。 ABAQUS 由于其本身强健的非线性求解功能，在工业界被公认为技术最先进的非线性有限元分析软件，与传统商业软件不同，ABAQUS 是专门为解决工程中困难问题而发展并逐渐被广大用户推崇的超级通用有限元软件。 因此，本文将采用ABAQUS 软件对隧道开挖过程进行模拟及分析。 二、隧道开挖过程问题简介： 1、模型简介： 某个地下隧道，由一个混凝土的衬砌支持。建造这样一个隧道，涉及到一个非常复杂的土木工程过程。工程界希望能通过数值模拟预测和验证设计建造过程中的各种问题，以加快建造过程和优化建造成本，并且最大程度的保证安全性。 2、几何特性： 隧道直径8米，在地下20米，隧道周围黏土的本构简化为线弹性 （E=200MPa ，0.2ν=，220kN/m γ=），混凝土衬砌（E=19GPa ，0.2ν=），厚度为0.15米。 图1 模型示意图 3、分析思路： 隧道的开挖和其他开挖问题类似，其实质主要是应力的释放。如果没有衬砌的施工，那问题很简单，只要在建立初始应力之后，移除开挖单元即可。但实际工程中，隧道的开挖施工步骤是十分复杂的，涉及到灌浆、卡极为、衬砌施工等。而在有限元计算中衬砌等支护结构施工的模拟尤为重要，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。 为了解决这一问题，研究人员们提出了以下两种方法： 1、在衬砌施工前，将开挖区单元的模量降低，移除来模拟应力释放效应。 2、首先将开挖面上的节点施加约束，得到与初始应力平衡的节点力。然后放松约束，将节点力加到相应节点处，并让节点力的大小随时间递减，当减小某一程度时（如30%～40%）激活衬砌单元，再衰减余下的载荷。 三、问题的求解： 目录 第一章Abaqus简介 (1) 一、Abaqus总体介绍 (1) 二、Abaqus基本使用方法 (2) 1.2.1 Abaqus分析步骤 (2) 1.2.2 Abaqus/CAE界面 (3) 1.2.3 Abaqus/CAE的功能模块 (3) 第二章基于Abaqus的通孔端盖分析实例 (4) 一、工作任务的明确 (5) 二、具体步骤 (5) 2.2.1 启动Abaqus/CAE (4) 2.2.2 导入零件 (5) 2.2.3 创建材料和截面属性 (6) 2.2.4 定义装配件 (7) 2.2.5 定义接触和绑定约束（tie） (10) 2.2.6 定义分析步 (14) 2.2.7 划分网格 (15) 2.2.8 施加载荷 (19) 2.2.9 定义边界条件 (20) 2.2.10 提交分析作业 (21) 2.2.11 后处理 (22) 第三章课程学习心得与作业体会 (22) 第一章： Abaqus简介 一、Abaqus总体介绍 Abaqus是功能强大的有限元分析软件，可以分析复杂的固体力学和结构力学系统，模拟非常庞大的模型，处理高度非线性问题。Abaqus不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以完成系统级的分析和研究。 Abaqus使用起来十分简便，可以很容易的为复杂问题建立模型。Abaqus具备十分丰富的单元库，可以模拟任意几何形状，其丰富的材料模型库可以模拟大多数典型工程材料的性能，包括金属、橡胶、聚合物、复合材料、钢筋混泥土、可压缩的弹性泡沫以及地质材料（例如土壤、岩石）等。 Abaqus主要具有以下分析功能： 1.静态应力/位移分析 2.动态分析 3.非线性动态应力/位移分析 4.粘弹性/粘塑性响应分析 5.热传导分析 6.退火成形过程分析 7.质量扩散分析 8.准静态分析 9.耦合分析 10.海洋工程结构分析 11.瞬态温度/位移耦合分析 12.疲劳分析 13.水下冲击分析 14.设计灵敏度分析 二、Abaqus基本使用方法 1.2.1 Abaqus分析步骤 有限元分析包括以下三个步骤： 1.前处理（Abaqus/CAE）:在前期处理阶段需要定义物理问题的模型，并生 浅谈初始地应力在ABAQUS中的应用 李雪 （西南交通大学土木工程学院，成都610031） 摘要：根据自己对有限元ABAQUS的一些理解以及具体运用，总结出初始地应力在ABAQUS软件中施加的两种具体方法，并结合具体实例给与说明，为ABAQUS在土木工程建模中定义初始地应力写出了两种具体方法，以供参考。关键词：ABAQUS 初始地应力应用 The Application of The Initial ground stress in ABAQUS LI Xue (South West Jiao Tong University, Civil Engineering Department, Chengdu 610031) Abstract: In this paper, two methods to apply the initial ground stress in FEM software of ABAQUS are introduced during the period of my studying ABAQUS. Some example is given to prove the accurate of the methods in civil engineering. Some understandings are given in the paper and the experience is worthy to the referenced in the similar case. Key words: ABAQUS the initial ground stress apply 引言 在模拟基坑开挖、隧道开挖、铁路设计中的工后沉降、桩土复合地基、挡土墙等土木工程问题中，都需要平衡初始地应力。定义初始地应力时需要满足下面两个条件： （1）平衡条件：由应力场形成的等效节点荷载要和外荷载相平衡，如果平衡条件得不到满足，将不能得到一个位移为零的初始状态，此时所对应的应力场也不再是所施加的初始应力场。 （2）屈服条件：若通过直接定义高斯点上的应力状态的方式施加初始应力场，常会出现某些高斯点的应力位于屈服面之外的情况。超出屈服面的应力虽然会在以后的计算步中通过应力转移调整过来，但这毕竟是不合理的。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，而且有可能出现不收敛的情况。 基于以上两个条件，平衡初始地应力的一种常用的方法是：首先将重力荷载施加于土体，并施加符合工程实际情况的边界条件，计算得到在重力荷载下的应力场，再将得到的应力场定义为初始应力场，和重力荷载一起施加于原始有限元模型，就可以得到既满足平衡条件又不违背屈服准则的初始应力场，可以保证各节点的初始位移近似为零。 1.初始地应力及其平衡原理 所谓地应力平衡是指, 当我们建任何东西或挖任何东西之前, 地表的位移都是零, 但是土体 第八章多体分析实例 多体分析：由多个刚体或柔体组成，各实体之间具有一定的约束关系和相对运动关系。Abaqus 的多体分析可以模拟系统的运动状况和系统各部分之间的相互作用，得到所关系部位的位移、速度、加速度、力和力矩等。如果是柔体，还可以得到柔体的应力、应变等分析结果。 8.1多体分析的主要方法 Abaqus模拟多体分析的 基本思路： abaqus使用两节点连接单元在系统各部分之间建立连接，并通过定义连接属性来描述各部分之间的相对运动约束关系。 基本步骤： 1.在PART 、ASSEMBLY或INTERACTION功能模块中，定义连接单元和约束所要用到的参 考点和基准坐标系 2.在INTERACTION模块中，设置连接单元、连接属性和约束 3.在STEP模块中，设置单元的历史变量输出；如果模型中出现较大的位移或转动，应将 几何非线性参数NLGEOM设置为ON 4.在LOAD模块中，定义边界条件和载荷，以及连接单元的边界条件和载荷 5.在VISUALIZATION模块中，查看连接单元的历史变量输出、控制连接单元的显示方式。8.1.1连接单元 用来模拟模型中的两个点或一个点和地面之间的运动和力学关系，所涉及到的点称为连接点。 8.1.2连接属性 分类：基本连接属性和组合连接属性 基本连接属性：平移连接属性和旋转连接属性 两个节点上的局部坐标系有如下三种情况： REQUIRED；IGNORED;OPTIONAN 两个连接点之间的相对运动分量：平移运动分量和旋转运动分量；又可以分为受约束的相对 运动分量和可用的相对运动分量。 几种常用的连接属性： JOIN;LINK;SLOT;REVOLVE;HINGE 8.1.3输出单元的分析结果 连接单元的作用：在两个连接点之间施加运动约束，度量两个连接点之间的相对运动、力和力矩 分析结果：运动分析结果和力与力矩的分析结果 8.2实例1：圆盘的旋转过程模拟ABAQUS对单层结构的反应分析
abaqus在岩土工程中的应用-边坡稳定分析
(完整word版)abaqus6.12-典型实例分析
ABAQUS时程分析实例
ABAQUS软件对隧道开挖过程的模拟
abaqus在土木岩土中的几个应用实例及结果分析报告
(完整word版)ABAQUS实例分析
ABAQUS若干技巧
abaqus实例
达索BIM建筑、土木三维建模解决方案
ABAQUS中Mohr-Coulomb及扩展Drucker-Prager准则的解释
最新ABAQUS软件对隧道开挖过程的模拟汇总
ABAQUS实例分析论文
浅谈初始地应力在ABAQUS中的施加
多体分析实例
相关主题
文本预览