地應力平衡的一個簡單例子

1、地應力平衡方法熊志勇陳功奇第一部分地應力平衡方法簡介地應力平衡有三種方法：(1) *initialconditions,type=stress,input=FileName.csv(或inp)該方法中的文件FILENAME.IN限取方法為：首先將已知邊界條件施加到模型上進行正演計算，然后一般是將計算得到的每個單元白應力外插到形心點處并導出6個應力分量(也可以導出積分點處的應力分量，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。但由于外插的應力有一定誤差，因此采用彈塑性本構模型時，可能會導致某些點的高斯點應力位于屈服面以外，當大

2、面積的高斯點上的應力超出屈服面之后，應力轉移要通過大量的迭代才能完成，而且有可能出現解不收斂的情況。在僅考慮自重情況下只能考慮受泊松比的影響帶來的側壓力系數效應，因此平衡后的效果不一定很理想，但無疑其適用性很強。(2) *initialconditions,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力及其相應坐標。所采用的幾何模型一般較規(guī)則，表面大致水平，地應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模型都能很好的達到平衡，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壓力系數值來施加初始應力場。計算速度快，收斂性

3、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) *initialconditions,type=stress,geostatic,user該方法采用用戶子程序SIGINI來定義初始應力場，可以定義其為應力分量為坐標、單元號、積分點號等變量的函數，要達到精確平衡需已知具體邊界條件，在實際中應用較少。第二部分地應力平衡方法實例詳解地應力平衡是巖土工程數值模擬分析的重要的內容，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。、模型描述:60kpa1.2.二2080kg/m37E=110、.=0.35、地應力平衡過程H2m三P2m

4、F(T2010,20)地基(0,0)(30,0)30m啟動ABAQU泮擊CreateModelDatebase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2DPlanar；Type選擇可變型（Deformable）;基本特征選擇殼體（Shell）;Approximatesize輸入70,這個數值的大小，應根據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，

5、雙擊鼠標中鍵，完成部件的建立。ModuleJpartJMedel；McdflklParti.上4國一次入恒,卜L批EditMaterial田一口0T卜目琳刈母習fl)：。，厘酗x出"修'Modulr:必rtQModd:Mod-11tM色ParbTI能*140.自r苫I'JalcLat；hxoneernLsdL-MDidei-I-"ba&t«cn口reated3.建立材料屬性(Property)/I在Module中切換到Property模塊，單擊乙，輸入材料名稱(name):Material-soil,單擊Density,在彈出對話框中輸入：

6、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。Name;MatenabsoilDescription:MatedaIIBehaviorsMaterialBehadarsDensit/GeneralMechanicalThermaIIOtherDensityDeparRegularizationUserMaterialUserDefinedFieldUserOutputVariablesGeneralMethflnitilThemnalOtherDeeteDensityU5eter'JumbercData&#

7、163;舊蟠的卜就七Plasticity卜CdmageforDuctileMgk卜加m理forTractionSepairdtionIjm卜8mm冢forFlbtr-ReirforcedCompositesDejbrmatiion戶尿MlyCampingExpansionbrittleCratldngHyperelasticHyperfoamHypcelasticPorousElasticViscoelastic1DMaterialBehaviorsDensityElasticGeneralMechanicalThermaIOtherD«leteElasticSufcyoptions

8、Typei|IsotropicRUsetemperature-dependentdataNumberoffieldvariables;Q"Modulitimeseals-(forviscoellasticity):Long-termLNoe.ompres.5ioriBNotensionDataYoung'sPoi£$,onMs.ModulusRatio1Le7O.3SOKCancel單擊按鈕d,輸入名字：Section-soil,選才SSoild,Homogeneous,單擊Continue,OK,完成截面的創(chuàng)立。單擊按鈕劉1,選取部件（單擊或框選，選擇后成粉紅色，

9、表示選中），單擊Done或單擊鼠標中鍵來確定。在彈出的對話框中選中Section-Soil,單擊OK.ectionAisigrtinerit4.裝配部件（Assembly）在Module選擇Assembly模塊,單擊當，彈出對話框，采用默認值，單擊OK.CreateInstance-悝一PartsInstanceTypeQDependent（meshonpart）Independent（meshoninstance）Note：TochangeaDependentinstance'sme5h,youmustedititspart'smesh._Auto-offsetfromoth

10、erinstancesOKApplyCancelJ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.InstanceType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，所有的部件會出現在一個窗口，劃分網格更方便，并且直觀的看到不同部件連接處網格劃分的是否協(xié)調。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，單擊OK口期MGm

11、6.施加荷載和定義邊界條件（Load）7pt晶囪疝B渝Otherg0,川叫gdispKemertsandaltKtssubsequent才中可在Module選擇Load模塊，單擊乙定義邊界條件，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

12、Continue。單擊EditRegion,選擇整個模型，在Component2中輸入-9.8（重力加速度），單擊OKType:GravityStep:Step-1(Geostsatic)Region:(WholeModel)EditRegion.CancelOK7 .劃分網格（Mesh）（劃分網格是一門藝術，本例只是簡單的劃分）:二；設定網格的種子，將全局種子大小設為在Module選擇Mesh模塊，單擊余默認，單擊OK.rGlobalSeedsSizingControls.ApproKimateglobalsize:1VCurvaturecontrolDsviatidrifactor(0.0

13、<h/L<1.0):0.1(Approximatenumberofelennentspercircle:8)Minimumsizefactor(asafrartioinofglobalsize):aUsedefault(Oil)Specify(W<min<L0)0.1DefaultsCancel單擊3,采用默認，單擊OKEjMeshControlsElementShap«_-jKjuad；oQuad-dominatedTriTechniqueAlgorithmMedialaxisoAdvancingfrontStructuredIUsemappedmeshin

14、gwhereappropriateDefaultsCancel單擊瞥，Family選擇PlaneStrain,其余采用默認，單擊OK單擊也,單擊Yes,完成網格的劃分，如下圖:8 .在命令行中輸入mdb.models'Model'.setValues(noPartsInputFile=ON),按回車鍵>>>jtdb.modelsLModel-1'.EetValu&5(ncPartsInputFile=ON)>>>|>>>的分析步，提交分析9 .在job模塊中創(chuàng)建名為Job-NoInitialCondition

15、E.Hais（如1r可1的£«中的+LM杷十”+1.串上十口斗+dg£r43十多7lie十國+7.Q3-te4bd+-393M+M+1.41.le4M+1露k+M7.降;，*£應力圖水平位移圖10 .將分析得到的應力場保存為一個文本文件。具體做法：打開分析得到的ODBC件,選擇菜單Report-FieldOutput,在下圖所示的對話框中，選中積分點上的各個應力分量（對于二維問題，應力分量S11、S22、S33和S12;對于三維問題，還應選中S13和S23）。AbaquVCAEVersion6.7-1-ModelDatabase:C:UsersxzyDc

16、umentsabaqu5.caeReportOptionsTc:中C4乜區(qū)11ModelResults圉FileModelViewportViewResultPlotAnimateFieldOutput.Module:VisualizationODB：C；/CSessic圖表1輸入常變量S11、S22、S33和S12單擊此對話框中的Setup標簽頁，在Nam故本框中輸入要彳存的文件名b.inp,取消對Appendtofile的選擇（即創(chuàng)建一個新文件），在Write后面只選中FieldOutput（如下圖所示）。ReportFieldOutputjStep/FrameStep:LStep*lFr

17、ame：1Step/Frame.VariableSetupFileName:b.inpSelectI-AppendtofileOutputFormatLayout:。SingletableforallfieldoutputvariablesSeparatetbleforeachFieldoutputvsriableSortby:ElementLabelQAscendingDescendingPagewidth(characters)：»NolimitSpecify:80Numberofsignificantdigits:61NumberformatEngineeringDataWri

18、te:.，FieldoutputColumntotals|立olumnmin/masdOKApplyDefaultsCancel圖表2設置輸出場變量注意，此處輸出的是當前增量步結束時的應力結果，因此上述對話框頂部的Step必須是Geostatic分析步，Frame必須是1。如果Frame是0,會看到輸出的應力都是011.按ABAQU新要求的初始應力場文件格式，修改上述文件b.inp中的內容。具體方法為：用Excel打開上述文件b.inp,在”文本文件導入向導”的步驟1中選擇“分隔符號”，在步驟2中選擇“Tab”鍵和“空格”鍵，這樣b.inp中的各列數據就成為Excel表格中的各個列。刪除表格中

19、開始幾行的模型信息，再刪除積分點編號所在的第2列數據（都為數字1）,只保留單元編號和各個應力分量列，并將各個應力分量的科學計數法格式改為顯示小數點后5位數字。修改前和修改后的數據如下：1Integrationpointvaluesfro*sourcesortedcolumnEl已丸已ntLabel.Outputatintegrationpointsforpart:PAIElement工SUS,S22S,S33Q,S12LabelS'Loc1Loc1©Loc11-1.54E+05-士87E+05-1,54E+05-766.44S|1121-7.83E+O4-L47E+05-7.

20、80E+O&-193,55231-7.77E+04-1.46E+05-7.82E+04377.09441-1.60E+05-3.00E+05-1.61E+05238.72751-1.54E+05-2.84E+05-1.53E+0562：.32361-1.4：3E+O5-士68E+05-1.44E+05864,95971-1.14E+05-2.13E+05-1.14E+05-472.601S1-1.42E+05-2.66E+05-1.43E+05-202,391-1.63E+05-3.03E+05-1.63E+053.14437101-9.73E+04-1.8QE+05-9.71E+04

21、-1?,1：?111-1.53E+04-士06E+Q4-1.54E+04-54.0538121-2.03E+05-3.78E+05-2.03E+05137+831131-5.04E+03-9.12E+03T.95E+03-14.192141-1.70E+05-3.16E+05-1.70E+05-41.7581151-7.1QE+04-1.32E+05-。：更+M-17.6650161-5.06E+03-550E+Q3T.1W03-L7.0769171-9.27E+04-1.72E+05-9.26E+0440.6349IS1-5.13E+03-蟲66E+03F18E+03-45,8516191-

22、5.34E+03-9.90E+Osl-5.33E+03-34.9711圖表3修改前11Ii-L54E+05-2.87E+05-1.54E+05-766.44822-7.83E+04-1.47E+05-7.88E+04-193.5523Jr3-7.77E+04-L46E+05T.82E+04377.0944r4T.60E+05-3.00E+05-1.61E+0523比727|55-1.54E+05-2.84E+05-1.53E+05620.3236Jr6-1.43E+05-2.63E+05-L44E+0586L9597r7-L14E+05-2.13E+05-1.14E+05-472.601818

23、-1.42E+05-2.661+05-1.43E+05-202.39r9-L63E+05-303E+05-1.63E+058.1443710rio-9.73E+04-1.8QE+05-971E+04719,10911rii-L53R+04-2,86R+04-1.54E+04-54.053812r12-2.03E+05-&73E+05-2.03E+05137,83113ris-504E+03-9.121+03-4.95E+03-14.19214r14-1.70E+Q5-3,16E+05-1.70E+05-41.758115ris-7.10E+04-1.32E+05-7.09E+04-17

24、.665816ris06E+03T.50E+03F10E+03-17.0789171?-9.2YE+04-1.72E+05-9,28E+0440,6349ISIS-氏13E+03-9.66E+03-5.18E+03-45.851619r19F34E+03-9.90E+03-5.33E+03-34.971120120-L04E+05-1.93E+05-1,04E+0518.606821r2i-5.38E+0S-9.90E+03-5.35F+03-9.567522r22-L37E+05-254E+05-1.37E+05-29.346623匚23-1.47E+05-2,73E+05-1,47E+Q5

25、-85.086824r24-2.14E+053.98E+05-2.14E+0532.4644OR一（1反甘上CK一（QQTT-l-AO114口上門尻1dORT7圖表4修改后卜面將上述數據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”，將文件類型設置為“CSV（逗號分隔）”，對于出現的提示信息，單擊“是”，即可。文檔卜sbaqus贊笄建文件夾*下或點面匐最近訪問的位置文檔庫abaqusi俳列方式：文件夾/度苴日期網規(guī)領:、圖片2i小b百樂m女,牛名網）：療己：痢作雷：Kzy4簿若文件夾工具EU取怕12 .為模型中定義初始應力場。在ABAQUS/CA由無法直接定義初始應力，只能手工添加關鍵詞，具體方法為：將原來的CAE模型另存為a.cae,選擇菜單ModelEditkeywords,在*STEP語句之前添加以下語句：*initialconditions,type=stress