[PPT]土体本构模型的MARC实现及应用—教学_ppt

1、土体本构模型的MARC实现及应用Implementing Soil Models to MARC and Applications岩土工程研究所系列学术活动之土工数值计算专题报告提纲MARC简介本构模型模块在计算程序中的任务一个土体动本构模型的MARC实现应用MARC做水平地基动力反应分析应用MARC做土石坝动力反应分析MARC简介特点：基于直接约束法的接触问题求解。开放式的二次开发平台（几何建模、网格划分 、边界定义、材料特性、分析求解、结果输出）非线性有限元分析软件。（1965开发，1972第一版，后被MSC. SoftWare收购）MARC在土工方面的功能动力固结理论可以进行固结分析，渗

2、流分析，应力分析（可以指定孔隙压力场）。现在还不支持动力固结分析.MARC在土工方面的功能修正剑桥模型Soil Analysis of an Embankment示例的计算模型Soil Analysis of an Embankment竖向应力分布Soil Analysis of an Embankment孔隙比e的分布Soil Analysis of an Embankment孔隙水压力分布报告提纲MARC简介本构模型模块在计算程序中的任务一个土体动本构模型的MARC实现应用MARC做水平地基动力反应分析应用MARC做土石坝静动力分析变形分析的基本问题抗力（内力）外力找到一组满足内外力平衡的

3、变形状态内力和位移的关系 本构模型怎么找到一组合适的位移通过线性化得到一组线性方程组，迭代求解。本构模型的任务提供一个迭代用的矩阵(切线or割线弹塑性矩阵、弹性矩阵、或者是对角元)对于给定的应变状态确定出应力状态报告提纲MARC简介本构模型模块在计算程序中的任务一个土体动本构模型的MARC实现应用MARC做水平地基动力反应分析应用MARC做土石坝静动力分析MARC本构模型添加模块材料各向异性行为弹塑性理论：屈服等效应力，硬化规律，流动法则。子程序：hypela 和 hypela2Hypela子程序说明subroutine hypela (d, g, e, de, s, temp, dtemp,

4、 ngens, n, nn, kc, mats, ndi, nshear)dstress strain law to be formed by usergchange in stress due to temperature effectsetotal straindeincrement of strainSstress - should be updated by usertempstate variablesngenssize of stress - strain lawnelement numbernnintegration point numbermatsmaterial i.d.已经

5、添加的土体模型DuncanChang 模型 (2001年)沈珠江双屈服面模型 (2001年)边界面动本构模型 （2003年） 已经应用于天生桥面板堆石坝的反馈分析及面板脱空分析。（张丙印等，2002）边界面动本构模型通过边界面映射来确定加载方向、塑性模量和流动方向。模型的基本架构弹性应变模型的基本架构塑性剪应变边界面：硬化规律：塑性模量：模型的基本架构剪胀方程（塑性体应变）状态和历史变量边界面应力比前期弹性模量K和G前期的塑性模量Hp加载方向流动方向应力转折点State VariableHypela 程序流程初始化判断刚度集成or求应力建立迭代矩阵(弹性矩阵or弹塑性矩阵)根据应变增量求应力（

6、Stress_Recovery）返回Marc控制收敛性控制应力应变曲线形状Stress_recovery 流程弹性模量预测应力增量修正应力以满足屈服准则储存历史变量返回调用程序hypela计算边界面投影和加载方向判断是否应力转折计算各种投影距离求塑性模量、剪胀、流动方向建立弹塑性矩阵预测应力增量转折点应力为当前应力塑性模量取大值用弹性矩阵预测应力增量程序的使用设置初始应力和相应初始应力的边界条件。状态变量的设置迭代条件和求解器的选择迭代方法刚度矩阵存储方式解线性方程组的方法程序的验证三轴压缩三轴应力状态程序的验证三轴压缩轴向应力应变曲线程序的验证三轴压缩剪应力体变曲线程序的验证单剪单剪应力状态

7、程序的验证不排水单剪程序的验证排水单剪程序验证（迭代方法）弹性矩阵（对称，半带宽存储，迭代次数多，每次时间少，用Modified NR迭代）弹塑性矩阵（非对称，全带宽存储，迭代次数少，每次时间长）弹塑性矩阵的一半程序验证（迭代方法） 动力计算时，迭代方法不一样，刚度阻尼可能不一样。报告提纲MARC简介本构模型模块在计算程序中的任务一个土体动本构模型的MARC实现应用MARC做水平地基动力反应分析应用MARC做土石坝静动力分析水平地基动力反应分析等效线性的动力反应粘弹性模型的应力应变曲线将土体视为粘弹性材料。通过等效弹性模量和等效阻尼比随剪应变变化来反映非线性。计算中需迭代得到一个与应变协调的体系。模型的模量衰减曲线双曲线模量衰减关系模型的阻尼特性计算模型及模量和阻尼曲线基岩土层MARC计算模型为了保证只产生水平剪切，应该让同一高程的所有结点享有用一自由度。通过Link实现。输入地震波Loma Prietia earthquake地面加速度反应应力应变响应报告提纲MARC简介本构模型模块在计算程序中的任务一个土体动本构模型的MARC实现应用MARC做水平地基动力反应