操作指南-模型菜单使用说明

模型模型 本文说明了一些常用的、 容易出现问题的模型菜单命令， 详细的菜单操作请参照用户手 册和在线帮助。 1 坐标系坐标系 在 GTS 中，不但可以利用整体坐标系，用户还可以自定义坐标系，以便用于施加集中 力、强制位移等边界和荷载情况，具体使用方法见各命令菜单。 图图 1.1 坐标系对话框坐标系对话框 坐标系坐标系对话框见图 1.1，建立坐标系有两种方法，包括：利用三点建立坐标系和欧拉方 法建立，下面分别从这两种方法来说明坐标系的建立： 1 三点 输入三点坐标定义坐标系平面，定义 12、23、31 三个平面中的一个平面（可选）和原 点来定义坐标系。其中：1、2、3 轴分别表示 X、Y、Z 轴（对于圆柱坐标系来说，分别代表 R 轴、T 轴以及 Z 轴） ；选择的平面可以用原点、一个轴上点以及这个平面上的另一点确定。 2 欧拉 输入欧拉角(对三个轴的旋转角)定义平面。 首先需要定义建立坐标系的类型， 包括直角 和圆柱坐标系。 然后需要定义以哪个坐标系为基准旋转， 因此在欧拉方式中需要定义旋转的 参考坐标系，包括整体坐标系和已经定义的坐标系。最后需要定义旋转的方式，包括三轴的 旋转角度以及原点的位置，这里需要注意的是定义旋转轴旋转时需要定义旋转轴的顺序。 2 函数函数 在 GTS 中， 一些非线性分布的荷载和边界条件需要定义分布的趋势， 因此需要首先定义 随着坐标值变化的函数，用户可以通过模型/函数过模型/函数命令定义随着某个坐标值变化的函数。 在这里需要注意的是输入函数有两种方式： 利用一一对应关系， 在左侧对话框 A 处输入 自变量和函数值；利用方程式，在右侧 B 处输入函数的表达式。 用户可以定义比例数值比例数值， 在进行计算的时候采用函数值与比例数值的乘积作为相应的数 值。用户也可以定义利用外插法定义定义域外的函数情况，包括最接近值、设置为零和线性 外插法。 B A 图 2.1 函数对话框 图 2.1 函数对话框 3 节点节点 节点操作命令请参照用户手册。 4 单元单元 4.1 建立 4.1 建立 在一些细部比较复杂的时候， 需要用户详细建立单元， 用户可以通过建立命令来建立细 部单元。 在该对话框里，用户可以设置建立单元的类型，包括：线单元（可以是梁单元、桁架单 元等，根据选择的属性不同） 、三角形（面单元） 、四边形（面单元） 、四面体、五面体以及 六面体等。 由于在该命令里面需要建立节点（不是必须，也可以利用原有的单元的节点）和单元， 这样就需要对单元和节点的初始编号进行定义， 使建立的节点和单元有序。 对于初始的编号， 用户可以采用三种方法（见图 4.2） ：最小未使用编号（在以前建立的节点中，由于操作需 要删除一些节点，为了减少不必要的节点，加快计算速度，可以选择没有使用的数字中最小 的作为编号） 、最大未使用编号1（在已经使用的编号中，最大的编号1 作为初始编号） 、 用户自定义编号。 图 4.1 单元/建立对话框 图 4.1 单元/建立对话框 图 4.2 初始编号定义 图 4.2 初始编号定义 通过节点建立网格的时候， 当节点本来就存在的时候， 可以在号号一栏中直接输入节点号； 对于没有建立的节点可以在坐标坐标一栏里面直接输入节点的坐标值或者在工作窗口直接选择。 如果在建立单元的过程中取消选择，可以点击来实现取消或者点击鼠标中间的滚轮。 定义单元还需要对单元的属性进行定义，已经单元所属的网格组 当建立的节点和已经建立的节点之间的距离小于误差时合并节点， 设置的误差至少要小 于网格尺寸的 1/10 节点。 4.2 建立点弹簧 4.2 建立点弹簧 在建立的模型中，某些点需要设置节点的弹性支承情况，可以选择建立点弹簧建立点弹簧命令。用 户需要选择设置弹性支承的节点以及弹性支承的属性。 图 4.3 建立点弹簧对话框 图 4.3 建立点弹簧对话框 4.3 建立刚性连接 4.3 建立刚性连接 图 4.4 建立刚性连接对话框 图 4.4 建立刚性连接对话框 在模型中，一些节点之间需要设置刚接或者弹性连接，可以使用建立刚性连接建立刚性连接来实现， 其中刚性连接可以连接多个节点，弹性连接只能连接两个的节点。同样，这个命令需要定义 连接的节点以及连接单元的属性。 4.4 建立曲面弹簧 4.4 建立曲面弹簧 在岩土分析中，往往需要将土体部分按照弹性地基来考虑，来计算对结构的作用。GTS 中为用户提供建立曲面弹簧建立曲面弹簧来完成对这种情况模拟。 首先曲面弹簧设置的对象可以是一下几种：梁单元、平面单元、实体单元的外表面以及 平面单元的边界线。 需要注意的是由于在后面输入的是单位面积上的弹簧刚度， 对于作用在 线上的曲面弹簧需要定义该线单元的宽度即与土体的接触宽度。 然后需要设置曲面弹簧的物理特性， 其中用户可以选择采用点弹簧点弹簧或者弹性连接弹性连接两种方 式： 点弹簧用户只需要输入弹性地基的各个方向的基床系数， 程序根据各个节点分担的面积 来自动计算弹簧系数；弹性连接需要定义弹性连接的地基抗力系数。 （a）点弹簧 （b）弹性连接 （a）点弹簧 （b）弹性连接 图 4.3 建立曲面弹簧对话框 图 4.3 建立曲面弹簧对话框 4.4 接触 4.4 接触 在 GTS 中根据分析的维数不同， 接触单元设置也不同， 下面分别从三维和二维分析两方 面来说明接触单元的设置。 三维分析的对话框见上图，接下来分别说明各种方法的使用以及注意事项。 根据单元边界 根据单元边界 用户可以选择两种形式： 三维单元和三维网格组。 其中如果在过滤选择过滤选择中采用单元的话， 程序会在单元与其他单元（包括面单元）有连接的面上建立三维接触单元；如果采用的选择 的是网格组， 就会在该网格组与其他网格组连接的面上建立三维接触单元， 但是这时候需要 注意的是：1 如果选择多个网格组的时候，将不会在这些网格组的交界面上建立接触， 2 建立的各个网格组之间节点耦合， 这样才可以建立相应的接触单元。 其中最为常用是利用网 格组建立接触单元。 手动输入节点号 手动输入节点号 用户可以通过手动输入节点号手动输入节点号的方式实现局部单元的接触设置。 在三维接触单元设置中，每个边输入 3 个节点号时，将生成一阶三角形面单元接触；每 边输入 4 个节点时，将生成一阶四边形面接触单元；每边输入 8 个节点时，将生成二阶四边 形面单元接触单元。需要注意的是：两个边上的节点数必须是相同。 图 4.4 三维接触对话跨 图 4.4 三维接触对话跨 转换单元 转换单元 用户可以将模型中的已有单元转换为接触单元， 需要注意的是接触单元应该和项目设定项目设定 里面的模型类型相对应，二维分析只能选择面单元而三维分析只能选择实体单元。 根据选择的节点 根据选择的节点 图 4.5 选择端节点示意图 图 4.5 选择端节点示意图 用户可以通过选择相邻单元的连接节点方式建立连接单元， 这种方法和其他方法是同等 效果。 需要注意的是在该方法中涉及到选择端节点的问题， 这个命令可以模拟一些结构在端 节点出没有发生相互位移， 图 4.5 为这个问题的示意图， 用户可以根据需要判断是否使用该 命令。 根据自由面 根据自由面 用户选择两个或多个网格组的自由面来建立两个网格组之间相应的接触单元。 这里需要 注意的是： 选择的自由面是相对于选择的网格组的自由面而不是单个单元的边界面或者几何 自由面，而且选择自由面的时候需要多个连接网格组都选择上。 根据平面 根据平面 用户可以选平面单元，在平面单元两边设置接触单元。 二维分析： 图 4.6 二维接触对话框 图 4.6 二维接触对话框 二维接触的设置同三维分析，只是接触设置的对象低一级。 4.5 桩（桩（2D） 在岩土类计算中，需要考虑结构和土体之间的相对位移情况,因此需要设置接触单元， 这样就增加了模型建立的时间。GTS 中为了方便用户，提供了增加二维桩单元的命令，通过 该命令，用户可以方便建立桩单元的同时，在桩与其他材料之间建立接触单元。 对话框见图 4.7。在桩（2D）桩（2D）命令中，用户需要选择建立桩单元的节点，然后选择桩单 元（即梁单元）的特性和接触单元的特性。 图 4.7 桩（2D）对话框图 4.7 桩（2D）对话框 4.6 连接连接 图图 4.8 连接对话框连接对话框 在不同的单元之间建立连接时，用户可以采用连接连接命令。 如图 4.8 所示，GTS 中为用户提供三种建立连接的方法,包括分割节点、最近的连接以 及相同的连接，下面分别说明这三种方法的设置: A 分割节点 在建立网格后，由于具有公共节点，因此一些单元之间是紧密连接的。如果需要在这些 单元之间建立弹性连接、刚性连接或者断开他们之间的联系，用户可以通过分割节点命令， 断开单元之间节点的连接，并在分割开的这些单元之间建立需要的连接形式。 首先用户需要在各个连接的单元之间选择需要保留的单元，这个保留单元的意义在于： 在节点分割相连接的单元时， 需要建立新的坐标值一样但是节点号不同的节点， 这时候需要 确定哪些单元上的节点不需要改变。 通过选择保留单元， 用户可以在众多经过某一节点的单 元中选择某些单元之间不需要分割。 然后用户需要定义需要在哪些节点处进行分割。 最后用户需要定义分割后单元在节点处连接的方式，以及连接的属性。 例如：图 4.9 所示，在分割节点前，实体单元 A 和面单元 B 是紧密连接的；现需要将面 单元和实体单元在节点 C 处进行分离， 并建立弹性连接。 我们可以在选择保留单元选择保留单元选择右图 所示单元（也可以选择面单元上的四个单元，主要是为了在这些单元之间不进行分割） ，并 选择需要分割的地方节点 C。 节点 C 面单元 B 实体单元 A 图 4.9 分割节点说明 图 4.9 分割节点说明 B 最近的连接 在两组分开的节点之间建立相应的连接， 用户可以使用最近的连接最近的连接这种方式。 通过选择 分别这两组节点，用户在距离最近的节点之间建立相应的连接。 例如：图 4.9 所示，在两组节点中分别选择红圈内的节点和黑圈内的节点，这样就会在 这些节点中查找最接近的节点进行连接。 需要注意的是：两组节点的节点个数可以不同，程序建立连接的原理是：相对于第一组 的每一个节点，程序在第二组中查找相应的最接近的节点，与之建立连接。这样就有可能在 第二组中的某个节点可以第一组中的多个节点连接。 所以在选择第一组和第二组节点时应该 注意，不能把两个组的顺序搞混。 的 图 4.9 最近的连接说明 图 4.9 最近的连接说明 C 相同的连接 在一些相邻的网格中，某些节点虽然位置相同，但是不是相同的节点时，需要连接这些 节点，GTS 为用户提供一个快捷的方式来实现：相同连接相同连接。用户可以使用相同的连接相同的连接在坐标 轴位置相同的节点之间建立连接。主要用于人为因素（例如接触单元的设置）造成的相同位 置处节点的不必要分离。 例如：如 4.10 所示，在建立桩单元并需要考虑与土体之间的接触时，程序会将土体网 格两旁的节点分开（如红色线框所示） ，如果考虑施工阶段，这样就需要一个初始应力阶段 的计算。在初始应力阶段计算的时候，由于节点分离这样就会造成计算奇异。所以应该在分 离的节点之间建立刚性连接。 这样用户可以使用相同连接命令来实现由于接触单元的设置而 产生的节点分离。 同样需要注意的是在设置了接触单元的施工阶段时， 由于接触单元的存在 连接了桩单元和土体，所以需要将这些单元钝化掉。 图 4.10 接触单元设置造成的节点分离说明图 4.10 接触单元设置造成的节点分离说明 4.7 吸取单元吸取单元 在模型建立时， 用户需要考虑到不同种类单元之间的节点耦合问题， 这样在建模的时候 增加了困难度， 因此在 GTS 中为用户提供了吸取单元吸取单元方式， 方便快捷的建立一维和二维单元 方法， 使建立的节点和上一级单元耦合。 下面举几个例子说明了一下吸取单元的使用方法和 作用。 例如：在实体单元的边界面上建立面单元用来建立衬砌，如图 4.11 所示：划分完实体 单元后，用户可以点击吸取单元吸取单元命令，在请选择面请选择面里面框选所有的实体边界面（对于实体来 说，它的边界面可作为选择的平面） ；确认勾选忽略重复面忽略重复面（对于该图中实体来说，由于施 工阶段的需要，将实体切割成几份，因此在各个实体之间存在这公共面，而在这个公共面处 是不需要设置衬砌的，因此需要勾选忽略重复面命令） ；然后在属性属性一栏中选择衬砌单元的 属性名称，并命名生成的衬砌网格组的名称；最后需要选择两种注册方式：基于对象形状注 册 基于对象形状注 册与基于主形状注册基于主形状注册，区别在于：对于一个实体它的整个边界面作为一个主形状，而边界面 组又由各个子对象形状组成， 因此如果选择基于对象形状注册基于对象形状注册的话， 建立的网格组会以某一 对象形状（子面）上吸取的网格组作为一个网格组；如果选择基于主形状注册基于主形状注册的话，建立的 网格组将会以整个实体的边界面作为一个网格组。 如图 4.12 所示。（同理可以吸取面上的线） 划分实体网格 选择实体边界面 图 4.11 吸取单元操作说明图 4.11 吸取单元操作说明 基于对象形状注册 基于主形状注册 基于对象形状注册 基于主形状注册 图 4.12 两种注册方式的区别 图 4.12 两种注册方式的区别 4.8 修改单元参数修改单元参数 在建模过程，由于操作失误或简化操作过程，需要将一些单元的属性（包括：单元的属 性、单元坐标系、单元的阶次等等）进行修改，用户可以使用修改单元参数修改单元参数命令来完成。 修改单元属性： 用户需要选择需要修改的单元， 并在属性属性一栏里选择修改后的单元属性。 这个命令可以用于由于建模操作的失误， 将一些单元赋予了错误的属性而采取的一种快速的 修改方式。 修改单元坐标系： 建立单元坐标系的时候， 由于模型比较复杂这样将会引起单元坐标系 的混乱，因此有时需要调整单元坐标系。有三种方式可以采用：反转法向反转法向，沿局部坐标系沿局部坐标系和 单元坐标轴单元坐标轴。用户可以参考用户手册来使用。 图 4.13 修改单元参数对话框 图 4.13 修改单元参数对话框 其余部分单元的菜单请参照用户手册。 其余部分单元的菜单请参照用户手册。 5 转换转换 6 重新编号重新编号 7 特性特性 在有限元计算中， 计算的模型是由各个单元组成的， 而这些单元需要具有相应物理力学 特性，因此在划分网格生成单元之前需要定义相关的材料的物理、力学属性。 7.1 属性属性 在 GTS 里面是通过模型模型/特性特性/属性属性来定义单元的属性， 其中包括： 三维分析模型里面的 直线直线、平面平面、实体实体、弹簧弹簧/联接联接以及连接连接材料；二维分析模型里面的直线直线、平面平面、弹簧弹簧/联接联接 以及连接连接。除过实体单元（三维分析）和平面应变单元（二维分析）以外，其他单元不但需 要定义力学特性（材料材料） ，而且需要定义物理特性（特性特性） 。下面分别从各种单元类型说明材 料属性的定义： （a）三维）三维 （b）二维）二维 图图 7.1 属性对话框属性对话框 7.1.1 直线直线 如图 7.2 所示，GTS 单元的属性需要定义以下内容：单元属性的号、名称、单元类型、 材料号以及特性号等。 下面介绍线的单元类型： GTS 中单元类型包括桁架、梁、植入式桁架、仅受拉/钩、仅受压/间隙以及仅显示（一 维） 。桁架桁架单元只能承受轴向拉力和压力，通常用来模拟锚杆和支撑；梁梁单元一般用来模拟 与截面尺寸相比长度较大的构件； 植入式桁架植入式桁架单元和桁架单元的属性是一样的， 仅仅是当采 用植入式桁架建模时，不用考虑桁架单元与其他单元节点耦合问题；仅受拉仅受拉/钩钩单元仅仅能 够承受拉力，通常用来模拟临时支撑或锚杆；仅受压仅受压/间隙间隙单元仅仅能够承受压力，通常用 来模拟接触面及弹性地基； 仅显示仅显示单元在计算的时候不参加计算， 仅仅是为了由一维单元扩 展为二维单元时，不用将其删除，方便建模。这些单元具体情况请参照用户手册。 图图 7.2 直线类型单元定义直线类型单元定义 7.1.2 平面平面 （a） 二维 （a） 二维 （b） 二维 （b） 二维 图图 7.3 平面类型单元定义平面类型单元定义 如图 7.3 所示，二维分析中平面单元为平面应变单元，用来模拟二维的岩土材料，仅需 要定义材料而不需要定义特性；三维分析忠平面单元包括：板板单元、平面应力平面应力单元和仅显示 （二维） 仅显示 （二维）单元，其中：板板单元用来模拟薄板；平面应力平面应力单元用来模拟厚板；仅显示（二维）仅显示（二维） 单元用来方便的生成三维单元。 7.1.3 实体实体 实体单元需要定义材料属性，如图 7.4。 7.1.4 弹簧弹簧/联接联接 在这部分单元中包括：点弹性支承点弹性支承、矩阵弹性支承矩阵弹性支承、接触（二维）接触（二维）以及接触（三维）接触（三维） ， 其中接触（三维）接触（三维） ，仅仅在三维分析用到。弹性支承是用来定义单元的弹性约束情况，接触 单元是用来模拟不同材料或刚度相差较大的材料之间的滑动。 图图 7.4 实体单元定义实体单元定义 由于这部分是为了模拟单元之间或单元与外界之间的联接属性， 所以仅仅需要定义单元 的联接特性就可以，见图 7.5。 图图 7.5 弹簧弹簧/联接类型单元定义联接类型单元定义 7.1.5 连接连接 这部分是为了定义单元之间的连接情况，可以是在某个方向上的刚性连接刚性连接和弹性连接弹性连接。 同样只需要定义连接的特性。 图图 7.6 连接类型单元定义连接类型单元定义 7.2 材料材料 在材料菜单中， 用户可以定义单元的力学属性， 一般有两种： 岩土类材料和结构类材料， 每种材料具有一个材料号和名称， 在定义单元属性的时候用到。 下面分别介绍一下这两类材 料的定义 7.2.1 岩土类材料岩土类材料 图图 7.7 岩土材料定义对话框岩土材料定义对话框 岩土类材料对话框见图 7.7，首先需要定义的是材料的变形特性，由于用户根据工程计 算类型不同需要选择不同种类的本构模型本构模型， 在 GTS 里面为用户提供 14 种常用的岩土本构模 型并且用户可以自定义本构模型。各种本构模型的参数设定及说明参照用户手册。 接下来需要定义材料的热参数： 热膨胀系数热膨胀系数， 主要用于温度荷载作用下材料的材料特性。 由于土体中水的作用较大，因此最后需要定义水对土体影响材料特性，包括：渗透系数渗透系数 （可以定义各向异性） 、体积含水量体积含水量、非饱和特性非饱和特性（反映非饱和土体随着孔隙水压力变化， 渗透特性和含水量的改变） 、排水排水特性。 7.2.2 结构类材料结构类材料 为了模拟岩土工程中的混凝土和钢材等非岩土类材料，GTS 提供了线弹性的结构类材 料（混凝土材料也可以用岩土材料来模拟） 。材料的力学特性见图 7.8。由于是线弹性材料， 因此只需要定义材料的弹性模量弹性模量、泊松比泊松比、重度重度以及热膨胀系数热膨胀系数。 图图 7.8 结构类材料结构类材料 7.3 特性特性 图图 7.9 特性定义对话框特性定义对话框 对于直线单元，平面单元（三维）以及连接和接触单元来说，需要定义这些单元的几何 特性或连接特性，特性定义窗口见图 7.9。对于不同单元需要定义的特征参数不同，例如： 桁架单元只承受轴向力， 影响特性的是直线单元的横截面积， 因此仅仅需要定义单元的截面 积；梁单元能够承受轴力、剪力和弯距，因此需要定义截面的面积、抗弯刚度以及抗剪刚度 等；板单元需要定义厚度；对于弹簧/连接单元来说，需要定义约束或连接特性。 下面重点说明一下接触单元特性： 在 GTS 中接触分法向和切向， 初期的离散裂缝模型是指由于法向裂缝使切向特性发生改 变， 切向并不影响法向的模型， 而裂缝的产生是根据两者之间特定的实验或者理论函数来定 义的。GTS 中接触是根据库仑的摩擦法来规定法向和切向的相关性的。 图 7.10 库仑摩擦法则 图 7.10 库仑摩擦法则 特性：特性：定义一般的接触单元的特性值。 法向刚度模量 法向刚度模量 n K : : 面外竖直方向边界面刚度 切向刚度模量 切向刚度模量 t K : : 面内切线方向边界面刚度 粘聚力 粘聚力 c: : 输入粘聚力 c 内摩擦角 内摩擦角 : : 输入内摩擦角值 膨胀角 膨胀角 : : 输入膨胀角值 间隙 间隙 : : 输入间隙变形的基准值 间隙是边界面的拉力不超过特定的值， 如果边界面的拉力超出了所输入的间隙值时会按 照边界面不再抗拉来求解。 不输入间隙值时规定为一般的弹塑性， 会按照边界面继续抗拉来 求解。 注意： 内摩擦角是始终， 而膨胀角0。=时应用相关流体法则20时 DIANA 证明收敛很好。当差异比较大时建议使用刚度不变迭代方法。 图 7.11 接触单元特性对话框 图 7.11 接触单元特性对话框 Mode II Model Mode II Model Mode II 是只适用输入间隙时的情况。如果不输入间隙那么即使定义了 Mode II 那么也 会自动按照弹塑性来处理。Mode II 是用来定义边界面切向摩擦的。 脆性脆性 : : 出现裂缝后假定不抗剪的模型 常量裂面剪力传递 常量裂面剪力传递 : : 边界面的剪切刚度按一定值减小的模型。即特性值中 t K用 输入的减少的刚度值来代替。 粒料连锁 粒料连锁 : : 用来描述当边界面重叠时由于粒子间的碰撞产生的摩擦效 果及面的膨胀效果。 多线性硬化多线性硬化 剪切刚度 塑性相对位移 图图 7.12 多线性硬化多线性硬化 顾名思义是指多线性硬化过程，它只应用于切向方向的剪切。库仑摩擦模型一般是 2 系数所以用粘聚力和摩擦角来定义是它的特点。 硬化过程就是根据塑性相对位移而逐渐增加 这两个系数以此来定义渐变的硬化过程。 7.4 非饱和特性函数非饱和特性函数 用户定义非饱和土体在孔隙压力下的渗透和含水特性， 可以通过定义函数系数值， 也可 以通过输入数值来完成函数建立。见图 7.13 7.5 释放梁端约束释放梁端约束 为了模拟两端与其他单元的连接形式， 可以采用释放两端约束。 在释放梁端约束的时候， 可以定义设置的类型：相对（输入与相应梁单元刚度的比率，输入 1 为固定，输入 0 为完全 释放） 和数值 （输入约束刚度） ； 也可以直接点击来选择两端阶段的约束解除情况。 见图 7.14 7.6 释放板端约束释放板端约束 设置原理和两端约束一样，但是由于板单元的节点是由四个节点组成，因此需要定义 N1、N2、N3、N4 四个节点的约束释放情况，而且只能定义完全约束或完全自由，不能定 义弹性约束。见图 7.15 图图 7.13 非饱和特性函数对话框非饱和特性函数对话框 图图 7.14 释放板端约束对话框释放板端约束对话框 图图 7.15 释放梁端约束对话框释放梁端约束对话框 7.7 释放板端约束表格释放板端约束表格 可以查看释放梁单元约束的设置情况。 7.8 释放板端约束表格释放板端约束表格 可以查看释放板单元约束的设置情况。 8 边界边界 8.1 边界组边界组 图图 8.1 边界组边界组 在 GTS 中，用户可以首先建立边界组，再进行操作（也可以添加边界的时候直接定义 边界组的名称） 。 8.2 修改边界组修改边界组 图图 8.2 修改边界组对话框修改边界组对话框 建立边界组后，用户可以对以前建立的边界组进行复制、移动复制、移动以及删除删除命令。 8.3 支承支承 支承支承命令是 GTS 中比较常用的命令，主要目的是设置结构的边界约束情况。对于有限 元来说，所有的支承最终都是设置在节点上，GTS 也是这样，只不过是为了在设置的时候 选择方便，可以选择类型类型选择将支承施加到曲面、曲线，单元自由面以及节点上，设置的效 果是一样的。 用户可以通过该命令约束 X、Y、Z 方向上的位移和转角，除了可以勾选外，还可以直 接通过选择固定、铰支等情况选择。 图图 8.3 支承对话框支承对话框 8.4 节点水头节点水头 节点水头的对象同支承的是一样的，只是在节点水头里面加的水头作用。在 GTS 中可 以定义水头类型有：总水头和压力水头，在岩土力学中，总水头位置水头压力水头，其 中 GTS 默认的位置水头零点是在重力轴方向为零的位置。 例如： 在图 8.4 中说明了模型中 A 点位置水头的具体计算方法。 A 点 位置水头值 水位线 图图 8.4 位置水头示意图位置水头示意图 在节点水头中除了可以施加稳定水头外， 还可以设定随着时间变化的节点水头， 进行非 稳定流分析。用户需要勾选函数函数，并从中选择定义好的函数，也可以添加函数（见图 8.6） 。 为了模拟边界条件随着渗流而变化，用户可以勾选渗流条件变化重新定义边界渗流条件变化重新定义边界。 图图 8.5 节点水头对话框节点水头对话框 图图 8.6 渗流边界函数定义渗流边界函数定义 8.5 节点流量节点流量 节点流量的设定同节点水头，见图 8.7。 8.6 曲面流量曲面流量 定义曲面或曲线上的单位流量，同上见图 8.8. 图图 8.7 节点流量对话框节点流量对话框 图图 8.8 曲面流量对话框曲面流量对话框 8.7 修改单元属性修改单元属性 在岩土工程，随着施工阶段进行，一些材料的属性变化（例如：混凝土的硬化）或者网 格组的属性变化（例如：开挖一部分又回填其他材料） ，在 GTS 中可以利用修改单元属性修改单元属性来 完成对这一过程的模拟。 首先用户可以建立相应的网格组， 再利用修改单元参数命令将该单 元的属性进行修改，而修改后作为边界条件（在 GTS 中把它归到边界里面） ，最后在定义施 工阶段的时候在相应的位置将该边界条件激活 （需要注意的是在激活该边界条件的时候， 它 的网格组应该确保已经激活过，而没有被钝化掉） 。 图图 8.9 修改单元参数对话框修改单元参数对话框 在修改单元参数对话框中可以看到， 用户需要选择修改的单元， 并输入材料改变后的材 料属性，见图 8.9。 8.8 修改施工阶段单元属性修改施工阶段单元属性 在施工阶段分析时， 对随着施工阶段属性发生变化的单元， 应将变化的属性赋予相应的 边界组。 施工阶段较多时定义单元属性的变化并将其赋予边界组是很繁琐的工作， 使用该功 能可以自动将变化的属性赋予相应的边界组，例如隧道开挖过程中，阶段很多，定义每个阶 段的喷射混凝土的硬化过程比较繁琐。 在修改施工阶段单元属性修改施工阶段单元属性对话框中， 选择需要修改属性的网格组的名称。 如果修改后得 前后缀名需要改变，还需要定义修改后得前后缀名。在 GTS 中可以选择某一后缀名，将其改 为其他后缀，也可以修改前缀修改前缀名称或者添加前缀添加前缀名称。 图 8.10 修改施工阶段单元属性 图 8.10 修改施工阶段单元属性 9 荷载 9 荷载 9.1 自重 9.1 自重 图 9.1 自重对话框 图 9.1 自重对话框 为结构添加自重荷载， 在该对话框里面定义的是自重方向上的自重系数。 由于在项目设 置中设置了及自重方向，因此在对话框里面定义的自重方向应该相同。 9.2 节点集中力（弯距） 9.2 节点集中力（弯距） 通过该对话框可以在节点上施加集中力(或弯距) 。 首先需要选择施加集中力的节点，可以通过直接选择节点，也可以通过选择面、曲线以 及自由面，将集中力（弯距）加在相应的节点上。 节点集中力（弯距）的大小和方向，用户可以自定义。包括两种方法：按照坐标系，将 相应方向的力输入（可以是函数） ，在荷载荷载一栏中设置；按照合力的作用方向，在该方向上 添加力（弯距） ，在任意方向荷载任意方向荷载一栏里面设置。 按照坐标系加载：用户可以选择整体直角坐标系整体直角坐标系、整体圆柱坐标系整体圆柱坐标系以及自定义坐标系 来设置三个方向，其中 F1F1 表示输入 X 方向(圆柱坐标系的 R 方向)的荷载值。 F2F2 表示输入 Y 方向(圆柱坐标系的 方向)的荷载值。F3F3 表示输入 Z 方向的荷载值。用户也可以通过定义 函数来施加沿着坐标值变化的集中力，这时前面输入的值代表函数值的系数。 按照方向加载合力， 可以通过选择方向选择方向选择合力作用方向， 也可以输入其他点的坐标值， 两点确定作用方向。 图 9.2 节点集中力(弯距)对话框 图 9.2 节点集中力(弯距)对话框 9.3 强制位移 9.3 强制位移 强制位移可以设定在节点处的初始位移值。见图 9.3 节点选择以及方向选择同节点集中力节点集中力。 用户需要输入三个方向的平动位移以及三个方向的转动位移，其中：T1T1 输入 X 方向(圆 柱坐标系的 R 方向)的平动强制位移值； T2T2 输入 Y 方向(圆柱坐标系的 方向)的平动强制 位移值； T3T3 输入 Z 方向的平动强制位移值； R1R1 输入绕 X 方向(圆柱坐标系的 R 方向)的旋转 强制位移值； R2R2 输入绕 Y 方向(圆柱坐标系的 方向)的旋转强制位移值；R3R3 输入绕 Z 方 向的旋转强制位移值。 图 9.4 强制位移对话框 图 9.4 强制位移对话框 9.4 压力荷载 9.4 压力荷载 通过该选项可以设置作用在线或面上的压力荷载 （可以是均布的， 也可以是非均匀的） 。 在压力荷载设置中，用户可以选择施加的对象，包括：面压力面、单元、单元面 （实体单元的自由面）以及自由单元面；线压力曲线、单元线（面单元的自由边） 。 在施加压力荷载的时候需要注意的是荷载方向的选择， 在 GTS 里面为用户提供一下几种 方向的选择方法：法向法向沿着选择的面或边的垂直方向施加荷载； 参考坐标系-1 轴参考坐标系-1 轴沿参考坐 标系的 1 轴方向施加荷载。 参考坐标系选择整体直角坐标系时为 X 轴， 选择整体圆柱坐标系 时为 R 轴； 参考坐标系-2 轴参考坐标系-2 轴沿参考坐标系的 2 轴方向施加荷载。参考坐标系选择整体直角 坐标系时为 Y 轴，选择整体圆柱坐标系时为 轴。；参考坐标系-3 轴参考坐标系-3 轴沿参考坐标系的 Z 轴 方向施加荷载；任意方向(Direction)任意方向(Direction)直接输入荷载的作用方向。其中参考坐标系也可以是 用户自定义的坐标系。 施加压力荷载可以勾选均布荷载均布荷载来选择施加均布荷载， 也可以通过函数来定义荷载的分 布情况。当没有选择均布荷载的时候，在 P1-P4P1-P4 后的对话框将会激活，需要定义单元各个节 点（对于线单元为 P1-P2；对于面单元为 P1-P4）上的荷载值，当定义函数时在相应节点后 填入的数值为函数值的系数。 图 9.5 压力荷载对话框 图 9.5 压力荷载对话框 原单元面原单元面 投影面投影面 图 9.6 压力荷载投影示意图 图 9.6 压力荷载投影示意图 对于选择投影投影与否，在下面以面单元为例详细说明一下投影的意义： 沿着坐标轴方向作用在板单元或实体单元面(或边)上的压力荷载可选择是否投影。 只有 荷载作用方向选择参考坐标系时该项才能被激活。 是(Yes)是(Yes)则使用投影面积（沿着参考坐标轴方向）计算。 否(No)否(No)则使用所有面积计算。 见图 9.6。 9.5 连续梁单元荷载（梁单元荷载） 9.5 连续梁单元荷载（梁单元荷载） 图 9.7 连续梁单元荷载（梁单元荷载）对话框 图 9.7 连续梁单元荷载（梁单元荷载）对话框 通过连续梁单元荷载连续梁单元荷载可是施加连续的梁单元荷载， 同梁单元荷载梁单元荷载的区别在于， 后者加载 设置的是单个梁单元， 而前者加载的是设置的一段梁单元的荷载分布。 两个命令的对话框见 图 9.7。 在该命令里面，选择梁单元有两种方式：通过选择两个节点，选择一条线上的全部梁单 元； 也可以直接通过选择梁单元来加载， 注意在这个选项里面同样需要选择两个几点来确定 方向以及单元所在的线（选择了两点以外的单元的话，将不起作用） 。 对于荷载的种类，用户可以选择是作用力还是，也可以选择是分布作用还是集中作用。 梁单元的荷载作用的方向可以选择整体坐标轴方向和局部单元坐标轴方向， 对于连续梁 单元荷载还需要定义投影与否。 在 GTS 中为了定义梁单元上荷载的分布情况， 可以通过数值数值对话框来实现。 当选择均布 荷载时，在该对话框里面，x1 表示分布荷载起始位置（当为比率的时候是值该点位置占总 共长度的百分比，但对于梁单元荷载梁单元荷载中是单个梁单元的长度，区别见图 9.8） ，x2 表示分布 荷载中止位置，w1 为起始位置处的荷载值，w2 中了位置的荷载值。当选择集中荷载时，x1 表示集中荷载作用位置，w1 为集中荷载值。在这里需要注意方向是按照定义的两个节点来 定，从第一个节点到第二个节点。 （a）连续梁单元荷载 (b) 梁单元荷载 （a）连续梁单元荷载 (b) 梁单元荷载 图 9.8 连续梁单元荷载和梁单元荷载差别 图 9.8 连续梁单元荷载和梁单元荷载差别 对于梁单元荷载梁单元荷载用户还可以定义梁单元的分布函数， 这时前面几个对话框填写的数值作 为系数考虑。 9.6 节点温度 9.6 节点温度 图 9.9 节点温度对话框 图 9.9 节点温度对话框 考虑温度荷载效应时可以定义节点上的温度， 在节点温度节点温度对话框里用户可以定义节点处 的温度值，同样这个温度值可以是坐标的函数。 9.7 单元温度 9.7 单元温度 考虑温度效应也可以定义单元上的温度， 在单元温度单元温度对话框里用户可以定义单元的温度 值。 在该对话框中，定义温度荷载的时候包括：初始温度和最终温度。其中初始温度初始温度可以在 项目设置项目设置中定义，也可以在这里设置。而这里可以设置最终温度最终温度，同样可以用函数来表示温 度的坐标函数。在进行计算的时候程序将最终温度初始温度作为温度荷载。 图 9.10 单元温度对话框 图 9.10 单元温度对话框 9.8 温度梯度 9.8 温度梯度 在梁单元和板单元中，由于截面内外的温差存在，所以在单元截面上形成温度梯度，所 以需要定义梁单元和板单元在截面上的温度分布情况，在 GTS 中可以通过温度梯度来实现。 对于梁单元， 用户可以从单元坐标系的 Y 和 Z 两个方向来定义温度的分布梯度， 对于板 单元用户可以从厚度方向进行定义。温度梯度定义对话框里面定义如下： T2z-T1zT2z-T1z 表示单元坐标系 z 轴方向最外端间温度差，勾选使用截面高度 Hz使用截面高度 Hz 表示使用截 面高度计算温度梯度，当不勾选的时候，HzHz 输入单元坐标系 z 轴方向最外端之间的距离； 同理 T2y-T1yT2y-T1y 表示单元坐标系 y 轴方向最外端间温度差，使用截面高度 Hy使用截面高度 Hy 表示使用截面高 度计算温度梯度，HyHy 输入单元坐标系 y 轴方向最外端之间的距离。 图 9.11 温度梯度对话框 图 9.11 温度梯度对话框 9.9 预应力 9.9 预应力 图 9.12 预应力对话框 图 9.12 预应力对话框 在岩土分析中， 一些支护结构有预应力的存在， 在 GTS 中可以通过预应力预应力选项来定义单 元的预应力值。 在该选项里面，用户可以在线单元：梁/桁架/嵌入式桁架单元、面单元：平面应变/轴 对称单元以及实体单元上施加初始应力。 其中线单元可以定义轴向的初始应力， 而面单元和 实体单元可以定义三个单元坐标系方向的初始应力值，这些应力也可以用函数来表示。 9.11 节点质量 9.11 节点质量 在动力分析的时候需要增加节点质量 图 9.15 节点质量对话框 图 9.15 节点质量对话框 10 施工阶段 10 施工阶段 10.1 定义施工阶段 10.1 定义施工阶段 在定义施工阶段定义施工阶段对话框里，用户可以定义施工各个阶段的工作内容，包括：那些单元被 挖掉或添加、哪些边界和荷载被设置和解除。通过这个对话框，用户可以控制整个施工过程 的定义。 下面详细说明一下施工阶段的定义： 在 GTS 中建立所有需要的单元、边界和荷载以后，需要定义它们的工作过程，而将这些 单元、边界以及荷载去掉（模拟施工过程中的开挖，支护的拆除以及荷载的去除等等）可以 通过将组数据组数据里的单元、边界以及荷载拖&放到钝化数据钝化数据里；如果需要添加则拖放到激活数 据里面。见图 10.2。注意不要重复激活，当某个单元在该步骤之前已经添加（激活） ，而且 没有被去掉（钝化） ，这个单元仍然存在，所以不需要再次激活。 图 10.1 定义施工阶段对话框 图 10.1 定义施工阶段对话框 拖拖 & & 放放 图图 1 10.20.2 激活、激活、钝化单钝化单元示元示意意图图 由于在施工过程中，某一位于水下的部分被挖掉，这样就会引起渗流，或者由于水位的 涨落引起地下说渗流，而使土体中孔隙水压产生变化，影响土体的受力情况，因此需要在施 工阶段中进行渗流分析（包括稳态流和瞬态流） ，这样在下一步计算中程序自动将孔隙水压 力加到计算中。在某个阶段进行渗流分析的时候，用户需要将阶段类型阶段类型修改为渗流（稳态）渗流（稳态） 或渗流（瞬态）渗流（瞬态） ，然后将相应的水头边界和单元拖放（在渗流分析前已经存在组数据不用再 重复激活） 。 在开挖过程中，由于支护措施比较及时，这样就使岩土的变形不完全，GTS 中为了模拟 岩土的应力释放的过程， 提供了 LDFLDF 来定义荷载应力释放系数。 首先勾选 LDFLDF 选项前面的方 框使其显示，然后点击 LDFLDF 弹出对话框见图 10.3，当开挖部分的释放相同的时候，可以在 上面直接填写荷载释放的阶段（以开挖为初始，例如：0 代表开挖阶段后 0 个阶段，这样就 表示在开挖阶段就开始释放）以及各个阶段释放的荷载系数（占总荷载的百分比） ；当开挖 的各个网格组的荷载释放系数不同，可以通过添加命令，定义各个网格组的荷载释放系数， 见图 10.4，选择左边某个网格组（在该阶段钝化的网格组才显示） ，点击，可以将该网格 组添加到右边的对话框，这样就可以定义该网格组的荷载释放系数，点击确定，完成设置。 图 10.3 LDF 对话框 图 10.3 LDF 对话框 在岩土分析中， 初始应力场对结构的影响比较大， 因此在计算开挖时通常都要定义一个 自重作用阶段， 来计算土体初始应力场， 但是由于这个阶段模拟的是土体在初始状态下的情 况， 而在这个初始状态下土体中只有应力没有位移， 因此需要将位移清零来真实的反映土体 初始应力场，在 GTS 中为用户提供了位移清零位移清零选项，一般在计算土体的初始应力场阶段。 在 GTS 中还为用户提供了是否排水的选项来模拟各种土体的施工阶段计算。 图 10.4 不同网格组荷载释放系数的定义 图 10.4 不同网格组荷载释放系数的定义 10.2 施工阶段建模助手 10.2 施工阶段建模助手 开挖方向 图 10.5 多阶段开挖过程 图 10.5 多阶段开挖过程 对于施工阶段较少， 用户可以使用定义施工阶段定义施工阶段来完成， 但是当施工阶段较多的时候用 户如果一个个网格拖&放的话将会比较麻烦 （如图 10.5） ， GTS 为用户提供了一个快速定义施 工阶段的施工阶段建模助手。 在说明施工阶段建模助手之前， 首先说明一下在网格组、 边界以及荷载定义时需要注意 的一个技巧性问题： 在 GTS 中， 程序自动将网格组、 边界以及荷载的名称里后面的阿拉伯数字默认为该名称 的后缀，例如： 边界 1中的1将作为后缀名。用户可以把有着相同性质（的网格组、 边界以及荷载例如随着施工阶段的进展开挖或回填的土体， 开挖部分的水头边界等等） 的前 缀命名相同， 而只是后缀输入阿拉伯数字， 这样就为下面的施工阶段建模助手的使用做铺垫。 其中：网格组可以通过网格组网格组/重新命名重新命名命令来实现快速定义后缀（请参照网格组命令）, 见图 10.5，网格组按照开挖方向定义后缀。 现在介绍一下施工阶段建模助手施工阶段建模助手： 图 10.6 施工阶段建模助手对话框 图 10.6 施工阶段建模助手对话框 对话框见图 10.6,在单元、边界、荷载单元、边界、荷载一栏中，包含了所有建立模型、边界和荷载，但 是从图 10.6 中可以看到所有含有相同前缀名的网格组（或边界、荷载） 。用户可以通过拖& 放将相应的网格组放到设定分配规则对话框里，在该对话框中可以选择 A/RA/R（激活还是钝 化） 、开始后缀开始后缀（在激活或钝化时，从哪个后缀开始） 、F F（在选择的一组号中仅使用到中间 某个组时勾选此项，并输入结束后缀号。不勾选时将进行到最后一个号 在选择的一组号中仅使用到中间 某个组时勾选此项，并输入结束后缀号。不勾选时将进行到最后一个号） 、结束后缀结束后缀（到哪 个后缀结束） 、后缀增量后缀增量（隔多少增加一次后缀） 、开始阶段开始阶段（在那个阶段开始激活或钝化） 、 阶段增量阶段增量（每多少阶段增加激活或钝化一个网格组） 。点击下面的应用分配准则应用分配准则，就会将这 些网格组（边界、荷载）按照在设定分配规则设定分配规则中制定的规则添加。这样就会在下面单元、边 界、荷载组激活状态 单元、边 界、荷载组激活状态一栏中，在相应的阶段显示激活（浅绿色）或钝化（黄色） ，方便用户 查看施工阶段的定义。具