土石坝有限元分析Word下载.docx
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n.2
0.4S
n
务
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③
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c.2
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1<
1,W
1“和
MO
K40
“5
0.4
2
H.7
仿真分析结果如下图。
nqmlaoLurrwa
RSr3^0
EKS--21471B
SM«
■-.Z144^B
X■・C2£
397
ahsysReiMaelT.g
Build1"
.Li
--214426
-.inn
=T™is
-.1J41S3■■口血M
-.M712汕7
图2竖向沉降位移云图
MfSYSRb1«
4?
bIJ.O
Euild1丁・0
urvkz.soLnrrcM
QTEZMT
UXEJLVY3)
M¥
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PHM・・471asra■-・iDt43fc
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L2»
-,lj6^3S-・760?
7T-a01:
i51S
-#03524e.907211
图3水平方向位移云图
图4最大主应力云图
hv-FLF^rrr
STET^-153UB二1TIHE-15
tMK
3帼—
吕MX-32121,3
Ml^vaHeLease17・Q
E-LLld17-0
fg”TJTTEti-113m
YOPIM-2M0L7-14A504
图5最小主应力云图
仿真分析流程图如下图。
图6仿真分析流程图
2•关键仿真分析过程
2.1网格划分与单元组件创建
当几何模型比较规则时,尽可能采用映射方式划分网格,网格分布规则,位移结果过渡光滑一些。
一般情况下几何模型比较复杂,此时建议将截面网格尺寸设置小一些,可以设置为每次浇筑层厚度的四分之一。
采用扫略的方式划分网格,扫略方向可以设置少一些网格,
控制整体网格数量。
有限元网格模型如下图。
图7有限元网格模型
坝体浇筑分为13步完成,每次浇筑层厚度为1m,根据竖向坐标选取浇筑层单元,仓U
建单元组件,如图8和图9所示。
/IL-iH-rtjnsrtNlfenj.■:
■
Cnnr:
ancnts
X
®
l
]l?
tejCDUBLt-
图8创建单元组件
图9单元示意图
相关命令流程序如下:
!
单元分组
================vsel,s,loc,y,0,13.2alls,below,volucm,ebar,elemcm,nbar,nodeystep=13.2/13ytorl=0.2*do,i,1,13
cmsel,s,nbarcmsel,s,ebar
选择坝体几何体
选择坝体单元和节点
创建单元组件ebar
创建节点组件nbar
浇筑层厚度
选择重叠区域范围
循环建立每步浇筑层组件
nsel,r,loc,y,ystep*(i-1)-ytorl,ystep*i+ytorl
esln,r,1
cm,e%i%,elem!
组件名格式为exx
*enddo
2.2初始应力场计算
初始应力场计算时,采用生死单元法抑制所有填筑层土体,仅保留地基土体处于激活状态。
由于地基部分包含了两种土层:
基岩和地表覆盖层。
所以分为两步计算土体初始应力场。
图10地基最小主应力分布云图
相关命令流如下:
!
求解器
==================================================
fini
/solu
第1步:
激活基岩部分!
=====================antype,0nropt,fullrescontrol,define,all,lastoutres,all,lastacel,,9.806
cmsel,s,ebarekill,all
cmsel,s,volu3alls,below,voluekill,all
cmsel,s,volu4alls,below,volumyinismyinis
allstime,1savesolverstnewparsav,all,parms
第2次计算fini
allsmatnew,emntr,1,1
cmsel,s,volu4alls,below,voluemcalc
time,1allssave,case1_1,db,,model
仅通过最后子步重启动分析保存在最后子步保存所有结果施加重力加速度载荷
杀死所有坝体填筑层单元
杀死地表覆盖层土体单元
计算基岩初始应力场
计算
提取应力结果
保存参数信息
根据eb模型计算土体弹性参数
根据中点增量法计算土体实际参数
solve
parsav,all,parms
第2步:
激活地表土层!
=====================fini
antype,,restart,1,,continueparres,,parms
alls
cmsel,s,ebar
ekill,all
cmsel,s,volu3
alls,below,volu
ealive,all
myinis
time,2
save,case1_2,db,,modelsolve
rstnew
第2次计算
matnew,emntr,1,1
重启动分析
杀死坝体填筑层
计算地表覆盖层土体初始应力
求解
按照EB模型计算土体弹性参数
cmsel,s,volu3alls,below,voluealive,all
esel,s,liveemcalc
按照中点增量法计算土体弹性参数
save,case1_2,db,,model
2.3邓肯-张模型(Duncan-ChangEBModel)
邓肯-张模型根据单元的应力状态来评估弹性参数。
当6-乙”:
;
「1-匚3max且S^s^x
时,单元处于卸荷状态,弹性模量用Eur;
否则,单元处于加荷状态,弹性模量用Et表示。
G-匚3max为历史最大偏应力;
smax为历史最大应力水平。
卸荷或重复加载时的回弹模量采用下式计算:
式中:
G和二3分别为最大和最小主应力;
Pa为标准大气压;
Rf为破坏比;
Kur为卸
荷时弹性系数;
K为加荷时弹性系数;
二1-;
「3f为破坏剪应力;
匚1-;
「3ult为剪应力极限
值。
切线体积模量采用下式计算:
Bt
式中,Kb为体积模量系数;
m为体积模量指数。
摩擦角「随围压匚3变化公式如下:
参数赋值
failO=failO%index%ffail=ffail%index%kur=kur%index%kb=kb%index%k=k%index%m=m%index%n=n%index%nur=n%index%c=c%index%*1e4rf=rf%index%dens0=dens2%index%
fail=fail0-ffail*log10(p3/pa)
str=2*(c*cos(fail)+p3*sin(fail))/(1-sin(fail))s=(p1-p3)/str
*if,s,gt,0.95,then
s=0.95
*endif
*if,str_max(num),gt,p1-p3,and,s_max(num),gt,s,thenet=kur*pa*(p3/pa)**nur
*elseif,str_max(num),gt,p1-p3,and,s_max(num),le,s,thenei=k*pa*(p3/pa)**net=ei*(1-rf*s)**2
s_max(num)=s
*elseif,str_max(num),le,p1-p3,and,s_max(num),gt,s,thenei=k*pa*(p3/pa)**n
et=ei*(1-rf*s)**2
str_max(num)=p1-p3
*elseif,str_max(num),le,p1-p3,and,s_max(num),le,s,thenei=k*pa*(p3/pa)**n
*endifbt=kb*pa*(p3/pa)**mmu=(3*bt-et)/(6*bt)
*if,mu,ge,0.49,thenmu=0.49
*elseif,mu,lt,O.O1,thenmu=0.01
*endifmp,ex,num,et
mp,nuxy,num,mump,dens,num,densOmpchg,num,num
2.4中点增量法
性参数按照下式计算。
(7)
E=0.25E。
0.75Em
(8)
=0.25%0.75lm
的弹性模量和泊松比。
*create,emcalc,mac
*get,ecount,elem,0,count
*if,ecount,ne,0,then
eitem=eInext(0)
*do,i,1,ecount
根据中点增量法计算实际弹性参数(相关参数为初始弹性模量和本次迭代求
得的弹性模量)
etii=e0(eitem,1)*0.25+em(eitem,1)*0.75
muii=e0(eitem,2)*0.25+em(eitem,2)*0.75
保存实际弹性模量到数组中,供下次迭代时使用
e0(eitem,1)=etii
e0(eitem,2)=muii
定义材料,并赋予给单元
mp,ex,eitem,etii
mp,nuxy,eitem,muii
mpchg,eitem,eitem
eitem=eInext(eitem)
*end
2.5初始应力场计算
通常采用下面方法确定新填筑层的初始应力状态:
■■-1=h(9)
3=K0h(10)
K0=0.95-sin「(11)
式中,为新填土层的重度;
h为单元形心在土体表面以下的深度;
K0为土体静止侧
压力系数;
:
为此种材料的内摩擦角。
相关命令流如下:
yitem=centry(eitem)
str1=dens2%matid%*(ndymax-yitem)*10
str3=dens2%matid%*(ndymax-yitem)*10*(0.95-sin(fail0%matid%))
2.6位移修正算法
新填土层位移修正算法如下:
u=2yu/(hy)(12)
式中,h为新填土层厚度;
y为土层内部节点距离新填土层表面距离;
u为有限元计算
位移。
位移修正法
==================================================alls
*get,ndnum,node,0,count*dim,ndu,,ndnum,3
将地基以下土体位移置零
==================================================nditem=0
*do,i,1,ndnumnditem=ndnext(nditem)ndu(nditem,1)=0ndu(nditem,2)=0ndu(nditem,3)=0
计算累积位移,同时进行位移修正
==================================================*do,iloop,1,13
lcdef,1,iloop+1
lcdef,2,iloop+2
lcase,2
lcoper,sub,1
累加下层土体位移
esel,none
*do,i,iloop,13cmsel,a,e%i%
esel,invensle,s,allcm,ndcm1,node
*get,ndset1,node,0,count
nditem=0
*do,i,1,ndset1nditem=ndnext(nditem)ndu(nditem,1)=ndu(nditem,1)+ux(nditem)ndu(nditem,2)=ndu(nditem,2)+uy(nditem)ndu(nditem,3)=ndu(nditem,3)+uz(nditem)
记录各个土层上下边界!
==================================================cmsel,s,e%iloop%
nsel,s,extnsel,r,loc,z,4.9,5.1cmsel,r,ndcm1cm,nd_line1,node
cmsel,s,e%iloop%nsel,s,extnsel,r,loc,z,4.9,5.1cmsel,u,ndcm1cm,nd_line2,node
cmsel,s,nd_line1*get,ndnum_1,node,0,countar_line1=
*dim,ar_line1,,ndnum_1,4
*do,i,1,ndnum_1nditem=ndnext(nditem)ar_line1(i,1)=nditemar_line1(i,2)=nx(nditem)ar_line1(i,3)=ny(nditem)ar_line1(i,4)=nz(nditem)
*do,i,1,ndnum_1-1
*do,j,i+1,ndnum_1*if,ar_line1(i,2),gt,ar_line1(j,2),then
item=ar_line1(i,1)
itemx=ar_line1(i,2)
itemy=ar_line1(i,3)
itemz=ar_line1(i,4)
ar_line1(i,1)=ar_line1(j,1)
ar_line1(i,2)=ar_line1(j,2)
ar_line1(i,3)=ar_line1(j,3)
ar_line1(i,4)=ar_line1(j,4)
ar_line1(j,1)=item
ar_line1(j,2)=itemx
ar_line1(j,3)=itemy
ar_line1(j,4)=itemz*endif
tb_line1=*dim,tb_line1,table,ndnum_1,1*vfun,tb_line1(1,0),copy,ar_line1(1,2)*vfun,tb_line1(1,1),copy,ar_line1(1,3)!
cmsel,s,nd_line2*get,ndnum_2,node,0,countar_line2=*dim,ar_line2,,ndnum_2,4nditem=0
*do,i,1,ndnum_2nditem=ndnext(nditem)ar_line2(i,1)=nditemar_line2(i,2)=nx(nditem)ar_line2(i,3)=ny(nditem)ar_line2(i,4)=nz(nditem)
*do,i,1,ndnum_2-1
*do,j,i+1,ndnum_2*if,ar_line2(i,2),gt,ar_line2(j,2),then
item=ar_line2(i,1)itemx=ar_line2(i,2)itemy=ar_line2(i,3)itemz=ar_line2(i,4)
ar_line2(i,1)=ar_line2(j,1)ar_line2(i,2)=ar_line2(j,2)ar_line2(i,3)=ar_line2(j,3)ar_line2(i,4)=ar_line2(j,4)
ar_line2(j,1)=itemar_line2(j,2)=itemxar_line2(j,3)=itemyar_line2(j,4)=itemz
*endif
tb_line2=
*dim,tb_line2,table,ndnum_2,1
*vfun,tb_line2(1,0),copy,ar_line2(1,2)
*vfun,tb_line2(1,1),copy,ar_line2(1,3)
修正i层填土位移
nsle,s,all
cmsel,u,ndcm1
*do,i,1,ndset1nditem=ndnext(nditem)h1=tb_line2(nx(nditem))-tb_line1(nx(nditem))z1=tb_line2(nx(nditem))-ny(nditem)*if,h1,eq,0,then
ndu(nditem,1)=0
ndu(nditem,2)=0
ndu(nditem,3)=0
*else
factor1=2*z1/(h1+z1)
ndu(nditem,1)=ux(nditem)*factor1
ndu(nditem,2)=uy(nditem)*factor1
ndu(nditem,3)=uz(nditem)*factor1
显示当前步累积变形
dof,ux,uy,uz
*do,i,1,ndnumdnsol,i,u,x,ndu(i,1),ndu(i,2),ndu(i,3)
*if,iloop,ne,13,then
esel,none*do,i,iloop+1,13
cmsel,a,e%i%
esel,invensle,s,all
/titleplns,u,y
/image,save,MidRst-%iloop%,png!
dof,ux,uy,uz*do,i,1,ndnum
dnsol,i,u,x,ndu(i,1),ndu(i,2),ndu(i,3)
/title
/gline,1,-1
/dscal,1,1
plns,u,y
3.仿真分析命令流文件!
==================================================!
模型1——土石坝分析!
==================================================fini
/clear/filn,case1
定义参数!
(1)坝身填土
kur1=720kb1=400k1=600m1=0.3n1=0.5c1=2.5
fail01=30ffail1=0rf1=0.8dens11=1010dens21=1893
(2)排水棱体kur2=1200kb2=640k2=840m2=0.2n2=0.45c2=0fail02=45ffail2=5rf2=0.7dens12=1275dens22=2256
(3)淤泥质粘土kur3=600kb3=250k3=500m3=0.2n3=0.56c3=1.5fail03=20ffail3=0rf3=0.8dens13=981dens23=1727
(4)全风化花岗岩kur4=1000kb4=640k4=840m4=0.3n4=0.5c4=0.4fail04=35ffail4=2rf4=0.7dens14=1039dens24=1960
变量监视
*dim,el_moni,,30,8emntr=1027iiloops=0
s1,s3,p,q,ex,nuxy,str_max,s_max
监视单元
全局索引变量
邓肯模型(05/29/2016)!
=====================*create,dunc2,mac
num=arg1
index=arg2
单元编号
土体区域索引
参数赋值fail0=fail0%index%ffail=ffail%index%kur=kur%index%kb=kb%index%k=k%index%m=m%index%n=n%index%nur=n%index%c=c%index%1e4rf=rf%index%dens0=dens2%index%
*afun,deg
pa=1e5
p
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- 土石 有限元分析