地应力平衡的一个简单例子

1、1品卡口川地应力平衡方法熊志勇陈功奇第一部分地应力平衡方法简介地应力平衡有三种方法：(1) *initial conditions,type=stress,input=FileName.csv(或 inp)该方法中的文件FILENAME.INP获取方法为：首先将已知边界条件施加到模型上进行正演计算，然后一般是将计算得到的每个单元的应力外插到形心点处并导出6个应力分量(也可以导出积分点处的应力分量，视要求平衡的精确程度而定)。其所采用的几何模型可以考虑地表起伏不平的情况以及岩土材料极其不均匀的情况，适用范围广。但由于外插的应力有一定误差，因此采用弹塑性本构模型时，可能会导致某些点的高斯点应力位于

2、屈服面以外，当大面积的高斯点上的应力超出屈服面之后，应力转移要通过大量的迭代才能完成，而且有可能出现解不收敛的情况。在仅考虑自重情况下只能考虑受泊松 比的影响带来的侧压力系数效应，因此平衡后的效果不一定很理想，但无疑其适用性很 强。(2) *initial conditions,type=stress,geostatic该方法需给出不同材料区域的最高点和最低点的自重应力及其相应坐标。所采用的几何模型一般较规则，表面大致水平，地应力平衡的好坏一般只受岩体密度的影响，无论采用弹性或弹塑性本构模型都能很好的达到平衡，可以不必局限于仅受泊松比的影响 ，能够通过考虑水平两个方向的侧压力系数值来施加初始应

3、力场。计算速度快，收敛性好。缺点就是不能够很好平衡具有起伏表面的几何模型，需知道平整后模型的上覆岩体自重。(3) *initial conditions,type=stress,geostatic,user该方法采用用户子程序SIGINI来定义初始应力场，可以定义其为应力分量为坐标、单元号、积分点号等变量的函数，要达到精确平衡需已知具体边界条件，在实际中应用较少。f- - - - - 1-h/ 0f4.，1 - * 1 *第二部分地应力平衡方法实例详解地应力平衡是岩土工程数值模拟分析的重要的内容，为了让师弟师妹们快点上手, 我利用第一种方法做一个较简单的模型，希望对大家有用。一、模型描述:32

4、080 kg / mM2m0720760kparnTm,(30,20)地基E 1 1070.35),0)(30,0)30m二、地应力平衡过程1.启动 ABAQU泮击 Create Model Datebase2.创建部件（Part ）在Part模块，单击创建部件按钮,Q.晕Module- Part"3度徒生出如右图的对话框, 按图输入部件名： 采用二维模型选择 Type选择可变型（Part-soil ；2D Planar ； Deformable );基本特征选择壳体（Shell ）; Approximate size 输入70,这个数值 的大小，应根据模型的最大尺寸来确 定：稍大于

5、最大尺寸的 2倍。比如本 模型最大尺寸是30那么我输入了 70, 但也不是绝对，你当然也可以输入65, 或75等等。最后单击Continue,继续下一步。 按照模型尺寸（如图），建立模型部件， 双击鼠标中键，完成部件的建立。M od el-1HF/oideLPart曷品用口川4区 11 凸1 TS O,H1N际厂Bl M«M Mxltl R Hmi HWil-"l - ?!. ' !t.?- iio'i- I - 1 I：-" JI * HjodvLI J Jias- Em hi UT*1.dl3.建立材料属性(P roperty )在Module

6、中切换到 P roperty 模块，单击 * 输入材料名称(name): Material-soil,单击Density,在弹出对话框中输入：密度 2080;然后单击Mechaniacal Elasticity Elastic, 在弹出的对话框本入图，单击O。!成材料的定义。Edit MaterialName- Materal-ollDescrtptfofii：Material Belavicrereral Mechanical Therm aQtfrierDepvarRgularii'tionUser MaterialUser Defned FieldUser Output Vari

7、ablesEdit F/dtefi a .Name: Mderid-soilDescription:Material BehaMarsGeneral Mechanical Thefiinall OtherJDeletePlasticityHyperplasticLwt" Dumogt far Ductile MetalsH/peiMmNumber c Da-nacjf f2r_racdjn action Lani >3Danaie ForFbfr'Reinforced Compc sites Porous Elastic DefonnatiDn PlMcity/匚优值就

8、q以 E,ng国划班n斯次 Cracking雅品卡口川G erieral Meclisnica I旧rmmiOther101 e<e-LlasticType： OtfGpicR 号ulOptiiari宝I Usepirrature-dc pendcnt dataNumber of field variobles:0 'Moduli time scale (for viaico<Gld3iticiity)i Lon-o = tcrm日I No compreBsiionB No tensionDataYming'EFoi»ona6MoeIljIusIta t

9、i o1 le7 0.35OK |Cancel单击按钮 以 ,输入名字：S ection-soil, 选择Soild , Homogeneous, 单击单击按钮*1 ,选取部件（单击或框选，选择后成粉红色，表示选中），单击 Done 或单击鼠标中键来确定。在弹出的对话框中选中Section-Soil ,单击OK.嗝品卡口川4.装配部件（Assembly）,弹出对话框，采用默认值，单击 OK.在Module选择Assembly模块,单击Create Instance注意：1.本模型只有一个部件所以自动选中，如有多个可按 Shift键全选中；2.Instance Type本例都无所谓，只有一个部件

10、，但是如有多个部件，我比较喜欢选择Independent,因为在这种情况下，所有的部件会出现在一个窗口， 划分网格更方便，并且直观的看到不同部件连接处网格划分的是否协调。5.创建分析步（Step）在Module选择Step模块，单击 1 ,弹出下面的对话框，创建分析步Step-1,选择Geostatic,单击Continue ,在分析步编辑框 Basic中选择On（如果会发生大变 形的情况下要选择 On）,其他默认，单击 OK嗝品卡口川Namf Step-1Lpe：加蝇Jtscuteit、Tiis ifttr c-ticfitbe irdjscr (jf-cd rfect* ：； *编界 d讨

11、M iffect九二网a6 .施加荷载和定义边界条件（Load）在Module选择Load模块，单击 旧定义边界条件，需要对模型的左、右、下底面定义边界条件，分别命名 BC-1、BC-2、BC-3,选择初始步（Initial ）,Displacement/Rotation, 单击 Continue ,选择左、右、下底面边界， 单击Done,分别选择 U1、U1、U2 （U1是水平方向，U2是竖直方向），单击。£三 成边界条件的定义。 Cate 3cM_ndary Condition.器品卡口川 3 r?tC-1lit 二 IType；StepsRpgian:pirkpa'JC

12、SVS； (Global) Edit. UNEUR3Note： The diep acerneftt value wll be miintjaihcd in sub sequent st？p sO<Cancel单击定义重力荷载，Name:Load-grv,选择 Step-1 , Mechanical , Gravity ,单击Continue 。单击Edit Region ,选择整个模型，在 Component2中输入-9.8 （重 力加速度），单击OKEdrt Loadame:Load-gn/GravityStep-1 (GccstatitJRegion： (Wh力gWlod“lReg

13、ion；Create.Cartel7 .划分网格（Mesh）（划分网格是一门艺术，本例只是简单的划分）在Module选择Mesh模块，单击 卜；设定网格的种子，将全局种子大小设为1,其余默认，单击OK.单击fe,采用默认，单击OKTechfi iqueAs isI Fr*Struct j redAlgorithmMed a axsa Advancing fronte PPIpped m&shing where sppropriatcDertaulusCdincrl嗝品卡口r-单击Family 选择 Plane Strain,其余采用默认，单击 OK单击 ，单击Yes,完成网格的划分，如

14、下图:8.在命令行中输入 mdb.models'Model'.setValues(noPartsInputFile=ON) ,按回 车键 > > V Mdb. wtocielsl Model-11 . set Valves (njoPar tsi nputFi le-OlT) 0 -的分析步，提交分析9 .在 job 模块中创建名为 Job-NoInitialCondition应力图皆能隹X;二.看三总 通用用孕用川界早画她好纲旧 J 3J1 IIBJ-J-t 7 1 曜1-*4.，-!-，1-*4， 4- SBVKQ水平位移图需品用口川10 .将分析得到的应力场保

15、存为一个文本文件。具体做法：打开分析得到的ODBC件,选择菜单Report - Field Output,在下图所示的对话框中，选中积分点上的各个应力分量（对于二维问题，应力分量S11、S22、S33和S12;对于三维问题，还应选中 S13 和 S23）。Abaqu/CAE V号寓on 6,7-1 - Model Database；SUerAxyXPocu含a图 File Model Viewport View Result Plot Animate Report Options Tc:心占台？中（*KUMHL；售世；恃XY.,.Model Rhu他追。照超Field Output-WtunT

16、fTts/cModule； Visualization «图表1输入常变量 S11、S22、S33和S12单击此对话框中的Setup标签页，在Nam蚊本框中输入要彳存的文件名b.inp ,取消对Append to file 的选择（即创建一个新文件），在 Write后面只选中Field Output （如下图所示）。-' 一一一一.品 a Step: 1, Step*lFrame: 1 Step/Frame.Variable SetupFileName: b.inpSelect.| | append to fileOutput FermatLayout: 口 Single u

17、ble for 启II field output variablesSeparate tabL for each field output variableScrt by: Element Lsbel ，a Ascending DescerdingPage widtfi (charactersj; Q No limit Specify: fiO _|Number of 5igrificant digits1 6 ;Number format; Erglneering ，Data viiHmmii ran ii;mi mi nil am、Write: 司 Field output 匚 Colum

18、n totals OColumn rnin/ma)dQKApplyDefaultsCancel图表2设置输出场变量注意，此处输出的是当前增量步结束时的应力结果，因此上述对话框顶部的Step必须是Geostatic分析步，Frame必须是1。如果Frame是0,会看到输出的应力都是 0 11.按照ABAQU新要求的初始应力场文件格式，修改上述文件b.inp中的内容。具体方法为：用Excel打开上述文件b.inp ,在”文本文件导入向导”的步骤 1中选择“分 隔符号”，在步骤2中选择“ Tab”键和“空格”键，这样b.inp中的各列数据就成 为Excel表格中的各个列。删除表格中开始几行的模型信息

19、，再删除积分点编号所在的第2列数据（都为数字1）,只保留单元编号和各个应力分量列，并将各个应力分量的科学计数法格式改为显示小数点后5位数字。修改前和修改后的数据如下：嗝品卡口川1IntegrationpointvaluesIronsourcesorted“LunnElcncnt Lab匕1+Outputstintesritionpointsforpari:PAElement£ SilS. S221 S?3S. S12LabelSLoc1Loc1Ci Lot-11-1.54E+05-2. E7E+Q5-1. 54E+05产6A 44B|121-7,S3E+04-l.4TE0D-7. 8

20、6E+04-153. 55281-7. 77E+04-L.46E+05-7. 82E+04377. 09441-1-6DE+05-3. OOE+OB-1, 61E+0523S. 727b1T.ME+叱-2.B4E+U3-1.馅H+此BZUl 3Z3G1-1.43F+05-2. fiSfoS-1. 44E+05Sfi4. 9E9?1-1.14E+05-2 13E+Q5-1.14E+05-472, SOL81-L42E+Q5-2, 66EH5-1.43B+05-20九 3g1-1.SBS4-05-3.。孙05-1. 63E* 叱S. 144371017 73E+04-l.BOE+05-9. 71E

21、+04Tia 109111-1. 5SE+04-2.86E+04-1.54E+04-5+.053B121-2.03E+05-3.7BE+05-2. OGE 卜。5137. S31131-b.04E+03-S.12E+03-4. 95E+03-14-192/1-1.7DE+05一g 16E+Q5-1. 70E+05-41.7501IS1-7.1DE+04-l.SZEOS-7. oee+04-17.665B161-5.06E+03-9. 5QEtSS-5. 10E+03T0侬171-9.27E+04-1.72E+05-9. 2EE+0440.6349_81-5.13E+03-0. 6hfi+Q3-

22、5. L8E+03-4!». 851B191-5.341+03-A.9fltt+03-5. 33H+03-34.5711图表3修改前11-1.54E+O5-2.37E+05-1, 54E+O5-766, 4至8122-7.63E+04-1.47E+05-7. 8SE+04<93. 55233-7.77E+04-1, iSE+05-7- 32E+04377. 0944-1.60E+05-3,OOE+05-1- 61E+05238, 727I55-L54E+O5-2.84E+051. 53E+O5620. 32316：6-1.43E+05-2. 68E+05-L 44E+05364

23、. 95977-1.14E+05-2.13E+05L14E>G6-472. 601SS-1.42E+O5-2,&6E+05-1- 43EW5-202. 39g-1.63E+05-3.网+05-1- 63E+O58.144371010-9.73E+04-1.90E+05-9-71E+04719. 1091111-1.53E+O4-2.鸵E+04-1. 54E+O4-54. 053S1212-2. 03E+05-S. 78E+05-2- 03E+05137. 33113L3-5. 04E+03-9.12E+03-4. 95E+O3-14. 1921414-L70E+O5-3.1&am

24、p;E+05-L 7OE+O5-41. 75811515-7.10E+04-1.32E+05-7- 09E+04-17.665816L6-5. 0&E+039.50E+03-5.10E+O3-17.07391717T. 27E+O4-1.72E+05T ZSEW440.63491818-5.13E+03-9.S6E+03-5-18E+O3-45.85161919-5. 3iE+03-9,90E+03-5. 33E+O3-34. 97112020-1.04E+O5-1+ 03E+O51 04E+0518. 60&82121-5. 3SE+03-9. 90E+03-5. 35E+O3-9.56752222-1.37E+O5-2. 54E+05-1. 37E+O5-29.34662323-1.47E+O5-2.73E+051. 47EW5-85. 086B2424-2.14E+05-3. 98E+05-2. L4E+O532.46449层-0 1一口 60肾4力6一今1小计4门片1U 9A77图表4修改后嗝品用口川下面将上述数据输出为以逗号分隔的文本文件b.csv ,具体的方法是：在Excel中单击菜单“文件” 一 “另存为”，将文件类型设置为“CSV （逗号分隔）”，对于出现的提示信息，单击“是”，即可。12 .为模