測試成功地應(yīng)力平衡的一個簡單例子

1、地應(yīng)力平衡方法熊志勇 陳功奇第一部分 地應(yīng)力平衡方法簡介地應(yīng)力平衡有三種方法：（1）*initial conditions,type=stress,input=FileName.csv(或inp)該方法中的文件FILENAME.INP獲取方法為:首先將已知邊界條件施加到模型上進(jìn)行正演計算,然后一般是將計算得到的每個單元的應(yīng)力外插到形心點處并導(dǎo)出6個應(yīng)力分量(也可以導(dǎo)出積分點處的應(yīng)力分量,視要求平衡的精確程度而定)。其所采用的幾何模型可以考慮地表起伏不平的情況以及巖土材料極其不均勻的情況,適用范圍廣。但由于外插的應(yīng)力有一定誤差,因此采用彈塑性本構(gòu)模型時,可能會導(dǎo)致某些點的高斯點應(yīng)力位于屈服面以外

2、,當(dāng)大面積的高斯點上的應(yīng)力超出屈服面之后,應(yīng)力轉(zhuǎn)移要通過大量的迭代才能完成,而且有可能出現(xiàn)解不收斂的情況。在僅考慮自重情況下只能考慮受泊松比的影響帶來的側(cè)壓力系數(shù)效應(yīng),因此平衡后的效果不一定很理想,但無疑其適用性很強。（2）*initial conditions,type=stress,geostatic該方法需給出不同材料區(qū)域的最高點和最低點的自重應(yīng)力及其相應(yīng)坐標(biāo)。所采用的幾何模型一般較規(guī)則,表面大致水平,地應(yīng)力平衡的好壞一般只受巖體密度的影響,無論采用彈性或彈塑性本構(gòu)模型都能很好的達(dá)到平衡,可以不必局限于僅受泊松比的影響,能夠通過考慮水平兩個方向的側(cè)壓力系數(shù)值來施加初始應(yīng)力場。計算速度快,

3、收斂性好。缺點就是不能夠很好平衡具有起伏表面的幾何模型,需知道平整后模型的上覆巖體自重。（3）*initial conditions,type=stress,geostatic,user該方法采用用戶子程序SIGINI來定義初始應(yīng)力場,可以定義其為應(yīng)力分量為坐標(biāo)、單元號、積分點號等變量的函數(shù),要達(dá)到精確平衡需已知具體邊界條件,在實際中應(yīng)用較少。第二部分 地應(yīng)力平衡方法實例詳解地應(yīng)力平衡是巖土工程數(shù)值模擬分析的重要的內(nèi)容，為了讓師弟師妹們快點上手，我利用第一種方法做一個較簡單的模型，希望對大家有用。一、 模型描述：二、地應(yīng)力平衡過程1. 啟動ABAQUS,單擊Create Model Dateb

4、ase2. 創(chuàng)建部件（Part）在Part模塊，單擊創(chuàng)建部件按鈕，彈出如右圖的對話框，按圖輸入部件名：Part-soil；采用二維模型選擇2D Planar；Type選擇可變型（Deformable）；基本特征選擇殼體（Shell）；Approximate size輸入70，這個數(shù)值的大小，應(yīng)根據(jù)模型的最大尺寸來確定：稍大于最大尺寸的2倍。比如本模型最大尺寸是30那么我輸入了70，但也不是絕對，你當(dāng)然也可以輸入65，或75等等。最后單擊Continue,繼續(xù)下一步。按照模型尺寸（如圖），建立模型部件，雙擊鼠標(biāo)中鍵，完成部件的建立。3. 建立材料屬性（P roperty）在Module中切換到P

5、 roperty模塊，單擊，輸入材料名稱（name）: Material-soil,單擊Density,在彈出對話框中輸入：密度2080；然后單擊MechaniacalElasticityElastic,在彈出的對話框輸入圖，單擊OK完成材料的定義。單擊按鈕，輸入名字：S ection-soil,選擇Soild , Homogeneous,單擊Continue，OK,完成截面的創(chuàng)立。單擊按鈕，選取部件（單擊或框選，選擇后成粉紅色，表示選中），單擊Done或單擊鼠標(biāo)中鍵來確定。在彈出的對話框中選中Section-Soil，單擊OK.4. 裝配部件（Assembly）在Module選擇Assemb

6、ly模塊,單擊，彈出對話框，采用默認(rèn)值，單擊OK.注意：1.本模型只有一個部件所以自動選中，如有多個可按Shift鍵全選中； 2.Instance Type 本例都無所謂，只有一個部件，但是如有多個部件，我比較喜歡選擇Independent,因為在這種情況下，所有的部件會出現(xiàn)在一個窗口，劃分網(wǎng)格更方便，并且直觀的看到不同部件連接處網(wǎng)格劃分的是否協(xié)調(diào)。5. 創(chuàng)建分析步（Step） 在Module選擇Step模塊,單擊，彈出下面的對話框，創(chuàng)建分析步Step-1,選擇Geostatic,單擊Continue，在分析步編輯框Basic中選擇On(如果會發(fā)生大變形的情況下要選擇On)，其他默認(rèn)，單擊OK

7、6. 施加荷載和定義邊界條件（Load）在Module選擇Load模塊，單擊定義邊界條件，需要對模型的左、右、下底面定義邊界條件，分別命名BC-1、BC-2 、BC-3，選擇初始步（Initial）,Displacement/Rotation, 單擊Continue，選擇左、右、下底面邊界，單擊Done，分別選擇U1、 U1、 U2（U1是水平方向，U2是豎直方向），單擊OK完成邊界條件的定義。單擊定義重力荷載，Name:Load-grv, 選擇Step-1，Mechanical，Gravity，單擊Continue。單擊Edit Region，選擇整個模型，在Component 2中輸入-9

8、.8（重力加速度），單擊OK7. 劃分網(wǎng)格（Mesh）（劃分網(wǎng)格是一門藝術(shù)，本例只是簡單的劃分）在Module選擇Mesh模塊，單擊設(shè)定網(wǎng)格的種子，將全局種子大小設(shè)為1，其余默認(rèn)，單擊OK.單擊，采用默認(rèn)，單擊OK。單擊，F(xiàn)amily選擇Plane Strain，其余采用默認(rèn)，單擊OK單擊，單擊Yes,完成網(wǎng)格的劃分，如下圖：8. 在命令行中輸入mdb.models'Model'.setValues(noPartsInputFile=ON)，按回車鍵9. 在job模塊中創(chuàng)建名為Job-NoInitialCondition的分析步，提交分析。應(yīng)力圖水平位移圖10. 將分析得到的應(yīng)

9、力場保存為一個文本文件。具體做法:打開分析得到的ODB文件，選擇菜單ReportField Output,在下圖所示的對話框中，選中積分點上的各個應(yīng)力分量（對于二維問題，應(yīng)力分量S11、S22、S33和S12；對于三維問題，還應(yīng)選中S13和S23）。圖表 1輸入常變量S11、S22、S33和 S12單擊此對話框中的Setup標(biāo)簽頁，在Name文本框中輸入要保存的文件名b.inp，取消對Append to file 的選擇（即創(chuàng)建一個新文件），在Write后面只選中Field Output（如下圖所示）。圖表 2設(shè)置輸出場變量注意，此處輸出的是當(dāng)前增量步結(jié)束時的應(yīng)力結(jié)果，因此上述對話框頂部的St

10、ep必須是Geostatic分析步，F(xiàn)rame必須是1。如果Frame是0，會看到輸出的應(yīng)力都是0。11. 按照ABAQUS所要求的初始應(yīng)力場文件格式，修改上述文件b.inp中的內(nèi)容。具體方法為：用Excel打開上述文件b.inp，在”文本文件導(dǎo)入向?qū)А钡牟襟E1中選擇“分隔符號”，在步驟2中選擇“Tab”鍵和“空格”鍵，這樣b.inp中的各列數(shù)據(jù)就成為Excel表格中的各個列。 刪除表格中開始幾行的模型信息，再刪除積分點編號所在的第2列數(shù)據(jù)（都為數(shù)字1），只保留單元編號和各個應(yīng)力分量列，并將各個應(yīng)力分量的科學(xué)計數(shù)法格式改為顯示小數(shù)點后5位數(shù)字。修改前和修改后的數(shù)據(jù)如下：圖表 3修改前圖表 4

11、修改后 下面將上述數(shù)據(jù)輸出為以逗號分隔的文本文件b.csv，具體的方法是：在Excel中單擊菜單“文件”“另存為”，將文件類型設(shè)置為“CSV（逗號分隔）”，對于出現(xiàn)的提示信息，單擊“是”，即可。12. 為模型中定義初始應(yīng)力場。在ABAQUS/CAE中無法直接定義初始應(yīng)力，只能手工添加關(guān)鍵詞，具體方法為：將原來的CAE模型另存為a.cae，選擇菜單ModelEdit keywords,在*STEP語句之前添加以下語句：*initial conditions,type=stress,input=b.csv圖表 5 修改前圖表 6 修改之后13. 在job功能模塊中將分析作業(yè)名Job-WithInitialCondition，重新提交分析。注意，初始應(yīng)力場文件b.csv應(yīng)該和INP文件Job-WithInitialCondition.inp位于同一個路徑下，否則將會出現(xiàn)下列錯誤信息：The following file(s) could not be located :b.csv(無法找到文件b.csv)14. 查看地應(yīng)力平衡的結(jié)果。打開Job-WithInitialCondition.odb初始狀態(tài)下（0時刻），模型就具有了一個初始應(yīng)力場，這