地應(yīng)力平衡的一個(gè)簡單例子

1、abaqus地應(yīng)力平衡先說為什么要施加地應(yīng)力：1、我們所建立的幾何模型一般和工程實(shí)際情況或尺寸相對應(yīng)、相一致，比如邊坡幾何模型和實(shí)際邊坡尺寸一致，但我們可以夸張一點(diǎn)想像，實(shí)際邊坡應(yīng)是由一個(gè)更大一點(diǎn)或更高一點(diǎn)的不受重力的初始邊坡在n年前突然受重力和類似目前的邊界條件作用下逐漸形成了今天的尺寸大小，n年前受重力和類似目前的邊界條件作用之前邊坡的尺寸大小，我們不得而知，如果能準(zhǔn)確知曉，我們就可以建立一個(gè)那時(shí)的幾何模型，再施加重力和邊界條件進(jìn)行計(jì)算，變形后形狀和現(xiàn)狀邊坡形狀一致，其內(nèi)力也就是初始應(yīng)力場或地應(yīng)力，就不用專門去施加地應(yīng)力了，但問題是我們不能知曉邊坡受力前的形狀尺寸，我們現(xiàn)在的幾何模型就是邊

2、坡現(xiàn)在的實(shí)際尺寸，受力后將會(huì)變成一個(gè)更小的或與現(xiàn)狀不一致的邊坡，這不符合我們模擬現(xiàn)狀邊坡的目的。如果我們知道現(xiàn)狀邊坡的內(nèi)力，將其提取出來作為幾何模型的內(nèi)力，再和外力（重力）平衡，則我們建立的模型才能算和實(shí)際模型一致。真實(shí)地知道現(xiàn)狀邊坡的內(nèi)力是很難的，我們采取的辦法是，用我們所建立的幾何模型施加和實(shí)際模型一致的重力和邊界條件進(jìn)行計(jì)算，得到變形后或變得更小或與現(xiàn)狀邊坡不完全一致的邊坡內(nèi)力近似的作為現(xiàn)狀邊坡的內(nèi)力，并重新將其施加于與現(xiàn)狀邊坡一致的幾何模型，再施加重力（當(dāng)然邊界條件也應(yīng)基本一致）以平衡，這樣才算建立了與現(xiàn)狀模型基本一致的模型，其下的計(jì)算才成為可能。這就是所謂地應(yīng)力平衡”的含義、目的、作

3、用。2 .地應(yīng)力平衡中的外力和內(nèi)力的問題，地應(yīng)力平衡中，顯然，重力是外力，應(yīng)力場是內(nèi)力，僅有外力重力，沒有內(nèi)力是不可能的，同樣，僅有內(nèi)力（專指初始應(yīng)力場）而不受重力也是不可能的，否則，整個(gè)體系的力不會(huì)平衡。這就是為什么我們將提取出的內(nèi)力施加于幾何模型后必須再施加重力的原因。為的是內(nèi)力和外力平衡。3 .地應(yīng)力場的方向問題，有網(wǎng)友在論壇里問，既然重力是向下，為與重力平衡，那應(yīng)力場的方向是不是向上呢，這同樣是我開始接觸abaqus的疑問，相信很初學(xué)者也有這樣的疑問，我的理解是內(nèi)力是沒有向上、向下或者向其它方向的概念的，內(nèi)力只有拉力或壓力或剪力之分，其方向也按是拉是壓是順時(shí)針或逆時(shí)針而分，內(nèi)力往往都是

4、成對出現(xiàn)，如地應(yīng)力場中的應(yīng)力以壓應(yīng)力為主，取一個(gè)微元，則壓應(yīng)力同時(shí)出現(xiàn)在向下和向上，你能說地應(yīng)力就是向上，與重力反向嗎？aba中初始地應(yīng)力場平衡一般在表面水平的情況下僅僅和密度相關(guān)，密度一樣的話平衡的結(jié)果很好，別的參數(shù)改變之后經(jīng)過計(jì)算，差別很小。表面不水平的情況則最好通過文件導(dǎo)入初應(yīng)力的情況進(jìn)行平衡。一般來講，表面不平的時(shí)候有很多因素造成誤差很大。cdstudio版主的總結(jié)：http:地應(yīng)力平衡的正確時(shí)間點(diǎn)：所謂地應(yīng)力平衡是指，當(dāng)我們建任何東西或挖任何東西之前，地表的位移都是零，但是土體的應(yīng)力卻存在，這種無位移但有應(yīng)力的時(shí)間點(diǎn)叫地應(yīng)力平衡.那么正確的時(shí)間點(diǎn)應(yīng)該是什么呢，就是不管土原來是什么樣的

5、，高山，河流，丘陵，平原都可以，關(guān)鍵是在我們對它做任何擾動(dòng)之前.有些人問樁土作用如何平衡？這個(gè)問題首先就是錯(cuò)的，因?yàn)榈貞?yīng)力平衡的時(shí)候是不能有樁的.一旦有樁就跨過了地應(yīng)力平衡這個(gè)時(shí)間點(diǎn)，數(shù)值模擬要忠實(shí)于實(shí)際情況，了能想當(dāng)然，所以正確的選擇時(shí)間點(diǎn)是地應(yīng)力平衡計(jì)算中最最關(guān)鍵的處理地應(yīng)力平衡的三種方法：1 .地表水平土層分層水平的情況下的地應(yīng)力平衡地表水平而且土層分層水平的情況下的地應(yīng)力平衡是最簡單的情況，事實(shí)上也是大多數(shù)計(jì)算用到的平衡方法，這個(gè)時(shí)候可以用ABAQUS提供的*initialconditions,type=stress,geostatic方法來做.具體怎么寫這個(gè)語句，請自行參考文檔.2

6、.其它的情況下的地應(yīng)力平衡地表不水平或土分層不規(guī)則的情況下只能使用導(dǎo)入地應(yīng)力數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行地應(yīng)力平衡，其方法的核心是給土體加重力，不必理會(huì)其土體位移，只是單純的提取每個(gè)單元的平均應(yīng)力，再將這個(gè)應(yīng)力讀回ABAQUS作為初始應(yīng)力，以達(dá)到平衡土體位移的效果.具體操作參考這個(gè)貼3 .不預(yù)設(shè)地應(yīng)力所謂的不進(jìn)行地應(yīng)力平衡是指計(jì)算前不設(shè)定土體位移歸零，而是記錄下土體在重力作用下每個(gè)結(jié)點(diǎn)的位移值，在進(jìn)行后繼計(jì)算后，將位移結(jié)果減去重力作用下每個(gè)結(jié)點(diǎn)的位移值就能得到當(dāng)前計(jì)算步的凈位移，這種方法只適用于小變形分析，不適用于幾何非線性的情況，好處是收斂性好，精度高，因?yàn)橛涗浀氖墙Y(jié)點(diǎn)位移，缺點(diǎn)是麻煩，因?yàn)橐崆坝涗?，還

7、要處理數(shù)據(jù).41法是對單元集進(jìn)行賦值，與結(jié)點(diǎn)集無關(guān)常見的問題-1 .有結(jié)構(gòu)物的情況如何平衡？有結(jié)構(gòu)物的情況下就不是正確的平衡點(diǎn)，如果一定要這樣平衡，比如原來有一個(gè)隧道，現(xiàn)在在上面建房子，要估計(jì)這種情況下的追加位移是多少，這種情況下可以用上面的方法2和3來完成.2 .多層土的情況下的平衡？多層土的情況可以根據(jù)不同的情況選擇方法1或2進(jìn)彳T.3 .有地下水的情況下的平衡？一有水的情況下最主要是要搞清楚土的三相，按照不同的孔隙率計(jì)算土的干密度和濕密度，這種平衡目前最女?是只用方法1來完成.4 .邊坡加重力無法平衡？邊坡加重力無法平衡表示邊坡本身是不穩(wěn)的，請檢查模型是否合理，塑性參數(shù)是否合理.你白勺i

8、np文件中有part和instance,而geo.dat中的節(jié)點(diǎn)編號前面沒有instance名稱。有兩種方法：1。建立沒有part的inp文件，geo.dat中的單元編號前面沒有instance名稱。見2。 建立有part的inp文件，geo.dat中的單元編號前面加上instance名稱。見8G8Q-i|7-按照第2種方法，在你的geo.dat文件中單元編號前面加上Part-1-1.,例如第一行變?yōu)?（U,（75IIQPart-1-1.1,-1.50E+04,-3.50E+04,-1.50E+04,-1.25E-12,-1.92E-13,-4.17E-12先建立好你的模型，按照你的課題把邊界

9、條件、接觸什么的都建好，然后使用命令mdb.models'你的模型名字'.setValues（noPartsInputFile=ON）,建立沒有part的inp文件（abaqus不認(rèn)帶part的istress數(shù)據(jù)）zhuyi:要寫彳的model的名字（在CAE窗口頂部，Model右面，默認(rèn)名稱為Model-1,Model-2等等），不是CAE或JOB的名稱。你的model的名字前后都要加上單引號地應(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) *initialconditions,type=stress,input=FileName.csv（或i

10、np）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(jì)算，然后一般是將計(jì)算得到的每個(gè)單元的應(yīng)力外插到形心點(diǎn)處并導(dǎo)出6個(gè)應(yīng)力分量（也可以導(dǎo)出積分點(diǎn)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(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致某些點(diǎn)的高斯點(diǎn)應(yīng)力位于屈服面以外，當(dāng)大面積的高斯點(diǎn)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

11、很理想，但無疑其適用性很生(2) *initialconditions,type=stress,geostatic該方法需給出不同材料區(qū)域的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)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(gè)方向的側(cè)壓力系數(shù)值來施加初始應(yīng)力場。計(jì)算速度快，收斂性好。缺點(diǎn)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

12、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(diǎn)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(shí)際中應(yīng)用較少。第二部分地應(yīng)力平衡方法實(shí)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(diǎn)上手,我利用第一種方法做一個(gè)較簡單的模型，希望對大家有用、模型描述：=2080kg/m3E=1107-：-0.3560kpa:Hrmmv(0720)(30,20)地基(0,0)(30,0)30m、地應(yīng)力平衡過程1.2.Module:PartJMcdebMedel-1Part:|駕i人A。-r.小阿H附手（*can:目百年刈身近5走小，。凡nEZHM

13、cdula:R«rt|JMckM:13lrt:Part-acilJaltLatbnscxwlvd啟動(dòng)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(gè)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Continu

14、e,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（Property）%I在Module中切換到Property模塊，單擊上,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,在彈出的對話框本入圖，單擊O。!成材料的定義。Name:Material-soilDescription:MaterialBehaviorsName:Material-soilDescription:GeneralMechanicalThermalOth

15、erMaterialBehaviorsDensityDepyarRegularizationUserMaterialUserDefinedFieldUserOutputVariablesGeneralMechanicalThermalOther1Density1UseterNumbercDataElasticityElasticPlasticityDamageforDuctileMetalsDamageforTractionSeparationLawsDamageforFiber-ReinforcedCompositesHyperelasticHyperfoamHypoelasticPorou

16、sElasticIDeformationPlasticityViscoelasticDDampingExpansionBrittleCracking|DeleteSuboptionsType:IsotropicUsetemperature-dependentdataNumberoffieldvariables:07|Modulitimescale(forviscoelasticity):Long-termNocompressionNotensionDataYoung'sPoissonasModulusRatio1le70.3S單擊按鈕上,輸入名字：Section-soil,選擇Soil

17、d,Homogeneous,單擊Continue,OK,完成截面的創(chuàng)立。Category。SolidShellC_)BeamOtherTyp*HomogeneousGeneralizedplanestrainName:Section-soilType:Solid,HomogeneousMaterial：Mteril-aoilCreate.Plane&tres&/ttrainthickne&s:1Continue.CancelOKCancel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-S

18、oil,單擊OK.4.裝配部件（Assembly）在Module選擇Assembly模塊，單擊,彈出對話框，采用默認(rèn)值，單擊OK.品CreateInstancPartsPart-soilInstanceTypeQDependent(me5honpart)Independent(rrie5honinstance)Note：Tochange&Dependentinstance'smesh,youmustedititspart'smesh._Auto-offsetfrometherinstancesOKApplyCancel:I三注意：1.本模型只有一個(gè)部件所以自動(dòng)選中，如有

19、多個(gè)可按Shift鍵全選中；2.InstanceType本例都無所謂，只有一個(gè)部件，但是如有多個(gè)部件，我比較喜歡選擇Independent,因?yàn)樵谶@種情況下，所有的部件會(huì)出現(xiàn)在一個(gè)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(huì)發(fā)生大變形的情況下要選擇On),其他默認(rèn)，單擊OKMtOlFef*江曲16.施加荷載和定義邊界條件（Load）NareStep!一陋3或鋼誨N防,冊麗$斕如

20、»1加11|4制11際由刎同癡1q6彳MI叫edisplacfniHifcandaffects兒幽umirtstepi.l在Module選擇Load模塊，單擊二定義邊界條件，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。£三成邊界條件的定義。單擊定義重力荷載，Name:Load-grv,選擇Step-1,Mechanical,Gravity,單擊

21、Continue。單擊EditRegion,選擇整個(gè)模型，在Component2中輸入-9.8（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3,采用默認(rèn)，單擊OKMeshControlsElementShaipv=:KjuadoQuad-dominatedTriTechniqueFreeStructuredAlgorithmMedialaxisoAdvancingfrontIUsemappedmeshingwhereappropriateOKDefau

22、ltsCiancel單擊也，F(xiàn)amily選擇PlaneStrain,其余采用默認(rèn)，單擊OKn單擊L:閆，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>>>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-NoInitialConditionE.Hais丁河1的£&#

23、171;中的+LM杷十”+1.串上十口斗+dg£r43+1.<I154+M+7.Q3-te4bd+-393M+M+1.41.le4M+1露k+M7.降;，*£應(yīng)力圖水平位移圖10 .將分析得到的應(yīng)力場保存為一個(gè)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(diǎn)上的各個(gè)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）。FieldOi2Abaqus/CAEVersion6.7-1-Model03指6石£甘：Ce13b，目口父也工，好gF

24、ileModelViewportViewResuhPlotAnimateReportOptionsIc一。硼本產(chǎn)二口心口需-廠Fm口dHResultsModule:Visualization，ODB:iiTflEICii*cii+n-a+aIk.arArr.1.1iReportFieldOutputStep/FrameStep:1,Step'lFrame:1Step/Frame,.VariableSetupOutputVariablesPosition:IntegrationPointClickcheckboxesoredittheidentifiers?hownneirttoEd*b

25、elow.OMid.Principal*Min,PrincipalTreseaZJPressure|ThirdInvariantHsu固£22.a£33/；S12i二|VOIDR:Voidratio二Edit:S.S11,S.S22.S.S33fS.S12Serticnpoint:OKApplyDefaultsCanceJ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Nam蚊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(gè)新文件），在Write后面只選中FieldOutput（如下圖所示）。Report

26、FieldOutputjStep/FrameStep:LStep*lFrame：1Step/Frame.VariableSetupFileName:b.inpSelectI-AppendtofileOutputFormatLayout:。SingletableforallfieldoutputvariablesSeparatetbleforeachFieldoutputvsriableSortby:ElementLabelQAscendingDescendingPagewidth(characters)：»NolimitSpecify:80Numberofsignificantdig

27、its:61NumberformatEngineeringDataWrite:.，F(xiàn)ieldoutputColumntotals|立olumnmin/masdOKApplyDefaultsCancel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(shí)的應(yīng)力結(jié)果，因此上述對話框頂部的Step必須是Geostatic分析步，F(xiàn)rame必須是1。如果Frame是0,會(huì)看到輸出的應(yīng)力都是011.按照ABAQU新要求的初始應(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

28、”鍵，這樣b.inp中的各列數(shù)據(jù)就成為Excel表格中的各個(gè)列。刪除表格中開始幾行的模型信息，再刪除積分點(diǎn)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(gè)應(yīng)力分量列，并將各個(gè)應(yīng)力分量的科學(xué)計(jì)數(shù)法格式改為顯示小數(shù)點(diǎn)后5位數(shù)字。修改前和修改后的數(shù)據(jù)如下：1Integrationpointvaluesfro*sourcesortedcolumnElementLabel.Outputatintegrationpointsforpart:FAIElement.SilS,S22S,S33S,S12LabelS'Loc1Loc1Loc11-1.54E+05-2.87E+05-1,54E+05

29、-766.44S|1121-7.33E+04-E47E+057.88E+04-193,55231-7.77E+04-E46E+05T.02E+O4377.。9441-1.60E+05-3.OOE+05-1.61E+05238.72751-1.54E+05-2.84E+05-1.53E+0562：.32361-1.43E+05-2.68E+Q5-1,44E+05864.95971-1.14E+05-2.13E+05-1.14E+05-472.601S1-1.42E+05-2.66E+05-L43E+05-202,391-1.63E+05-3.03E+05-1.63E+058.14437W1-9.

30、73E+04-1.80g+05-9.71E+04719.109n1-1-53E+04-±86E+04T.54E+04-54.053B121-2.03E+05-3.78E+05-2.03E+05137+331L31-5.04E+03-9.12E+03Y.95E+03-14.192141-1.70E+05-3.16E+05-1.70E+05-41.7581151-7.10E+04-l,32E+05-7.C9E+04：-17.6658161-5.06E+03-勺50E+03-5.1OE+Q3-1。0789171-9.27E+04-1.72E+05-9.28E+0440.6349IE1-5.

31、13E+03-166E+03F18E+03-45,8516191-5.34E+03-9.90E+031-5.33E+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-L14

32、E+05-2.13E+05-1.14E+05-472.601818-1.42E+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-5.04E+03-9.121+03-4.95E+03-14.19214r14-1.70E+Q5-3,16E+05-1.70E+05-41.75811

33、5ris-7.10E+04-1.32E+05-7.09E+04-17.665816ris06E+03T.50E+03F10E+03-17.0789171?-9.2YE+04-1.72E+05-9,28E+0440,6349ISIS-氏13E+03-9.66E+03-5.18E+03-45.851619r19-534E+03-9.90E+03F33E+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+Q5-85.086824r24-2.14E+053.98E+05-2.14E+0532.4644.今1反正上門尻一今T，H上門后1匕圖表4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中單擊菜單“文件”一“另存為”，將文件類型設(shè)置為現(xiàn)的提示信息，單擊“是”，即可。，Abaqus/CAEVersionb.csv，具體的