abaqus在基坑工程中使用小结

abaqus在基坑工程中使用小结本人在使用abaqus解决基坑支护问题的过程中，得到了版上aba_aba，以及ustc的life大侠等人的帮助，写些自己使用abaqus的一些感受吧，（其实大多数东西都是从版上得到的相关参考）希望对其他新手能有所帮助。**首先是建模方式对于初学者比较好掌握的是CAE界面操作方式。但是由于ABAQUS的CAE模块和输入文件两种建模方式是由两家不同的公司研制的，CAE模块推出比较晚，所以功能还不是很完全，对于CAE和INP交互操作需要注意几点：1、一些功能只能通过编辑INP输入文件来实现，比如模拟开挖建造时需要用到杀死或者激活单元的语句modelchange，此时需要直接在CAE下编辑关键字，或者生成INP文件后通过记事本等工具打开INP文件后加入关键字。2、CAE对于INP输入文件中的一些关键字不支持，如果在CAE下编辑，则系统会给出不支持关键字的提示。对于这样的情况则只能通过文本编辑工具打开INP来操作。3、对INP输入文件进行编辑的方式能支持所有关键字功能，因此应用更加广泛。在许多情况下都需要对INP文件进行操作。**然后是初始应力场的施加。土工有限元分析中初始应力场的施加是个关键。在ABAQUS中，施加初始应力场很方便，可以使用以下语句来完成。initialconditions,type=stress,geostatic可以有两种实现的办法：1、如果地表水平，且初始应力就是自重应力时，可以在数据行中按照如下顺序填写数据施加初始应力的集合，应力值1，应力值1对应的坐标值1，应力值2，应力值1对应的坐标值2，x方向侧压力系数，y方向侧压力系数（在二维问题中可以省略）这样的顺序定义初始应力实际上默认了初始应力就是自重应力，只需要给定集合中2点的应力值及其对应的坐标值，其他部位的应力值就可以通过1，2两点的连线采用差值来得到，而水平向的地应力则乘一个侧压力系数得到。（这些内容在abaqus手册中都有）2、采用input文件的方式，即先通过计算一个重力荷载作用下没有初始应力的模型而得到各点的应力值，然后将这些值导入到新的模型中，在*initialconditions,type=stress,后面加入input=XXX.XXX，让模型接受存有初始应力值的input文件而施加。这样的方法通用性非常强，但是比1稍微复杂些，具体可以见相关手册。另外，对于施加初始应力，对于二维的情况，系统默认地应力方向为Y方向，对于三维情况，默认为Z方向，这一点在初学者中容易弄错。**模拟开挖建造ABAQUS中模拟开挖建造通过关键字modelchange,type=element来实现，如果是杀死单元则在后面加上remove,如果激活单元则加上add。事先需要将需要杀死或激活的土体单元定义为一个集合set。整个应用格式如下：*Modelchange,type=element,removeSetname1，setname2其意义如下：首先Modelchange说明是模型发生变化，后面是种类，因为除了杀死激活单元外，还常用到杀死激活接触对(type=contact)，此处需要指明是杀死激活单元导致的模型变化，后面remove表示杀死单元。重启一行写出需要杀死激活的单元集合列表。在模拟建造过程中，通常一个单元的材料属性会发生变化，比如土钉支护中面层处单元，在没有开挖时是土体材料，当开挖建造之后就变成了面层的属性了。在ABAQUS中模拟材料属性随开挖步进行可以使用场量*Field关键字来实现。具体过程如下：首先是材料定义上要指定材料性质随着场变量而变化，如下面语句中，定义弹性时，利用dependencies=1表示材料根据1个场变量变化而变化，在接下来的属性数据行中每行后面的数字1，2表示了该行属性对应的这个场变量的值，如第一行的弹性模量和泊松比值是场变量为1的值，而第二行的弹性模量和泊松比值是场变量为2的值。*Elastic,dependencies=14e+07,0.35,,1.1.5e+10,0.2,,2.接下来就是在每个分析步中利用*field,variable=1这样语句指定分析步中使用的场变量数量，本例中值为1个场变量。接下来的数据行则是表示使用场变量的集合名称及其在该分析步中的场变量值。如果这个值是1，根据在定义材料时的场变量定义，值为1时对应于材料属性第一行值，这样就实现了材料属性随分析步变化的功能。**模拟地连墙与土的接触ABAQUS中对于接触的模拟可以通过定义接触对来实现。系统可以允许面对面、点对面的接触等多种接触形式。在模拟开挖过程中，开挖土体与墙体的接触属性会丧失，根据经验，最好能将接触按照开挖步骤划分为许多对接触对（所谓的细化），根据开挖的进行，将接触对先杀死，这样系统比较容易找到准确的接触状态，使接触模拟顺利进行。模拟接触时，定义接触对要分清主控面和受控面。主控面和受控面的选择一般遵循以下原则：一、材质较软的为受控面，材质较硬的为主控面。二、网格较密的为受控面，网格稀疏的为主控面。应用到网格划分的时候就要先根据材质的相对软硬程度确定主控面，以便在网格划分中按照网格疏密关系正确划分网格。主控面和受控面定义一定要正确，这是影响接触模拟的关键。如果一个节点上同时定义了两个接触面，或者同时定义了一个接触面和边界条件，系统则会产生过约束(overconstraint)的提示，很容易影响到接触的模拟。分享隧道施工应力释放法的ABAQUS实现【inp及代码见2#】应力释放法模拟隧道开挖主要有两种实现途径，大家可以参考帖子：简单的说，主要就是参数弱化法和施加节点反力法。这两种方法各有优劣。参数弱化法：优点：1、便于实现；2、便于控制应力释放过程；缺点：1、无法给出明确的应力释放率；2、无法用在剑桥模型中，因为找不到一个合适的参数进行弱化。施加节点反力法：优点：1、能够明确给出应力释放率；2、物理意义较为明确；缺点：实现过程不是很方便下面跟大家汇报一下我的做法，希望有经验的童鞋给出建议，各种板砖，放心拍吧~一、参数弱化法参数弱化方法其实没有什么难度，版内已经讨论了无数次了。各种牛们也是不厌其烦的跟新手们说了一遍又一遍，可惜有些童鞋天生喜欢求助，上来就发帖问，完全置搜索功能于不顾。所以我在这要再次呼吁，搜索处要更加醒目，加红字，加粗，加浮动，另外加旁注：亲，如果你想快速入门aba，搜索吧，这是闷骚技术人新一代的学习方法，包会哦！参数弱化，主要就是弱化弹性模量，这个可以通过关键字*field来实现，具体肿么实现，搜索吧。下面给出计算后的云图，抛砖引玉。地应力平衡，勉强可以吧：待开挖区域弹性模量折减20%：如何添加衬砌以及如何设置追踪单元我想再单开一贴和大家进行总结探讨。上面位移矢量图隐去了待开挖部分，是为了矢量显示清晰，实际上这一步待开挖（中心土体）部分实际还是存在的，只不过弹性模量折减过了。从图中可以看出，这种方法计算出的位移场并不是很符合实际情况。隧道开挖土体位移场可以参见帖子：在这里也顺便给这个帖子做个个人的解答吧。关于该贴提出的强制位移法，我想在后面专开一贴和大家讨论总结。有经验的童鞋可否告知你们采用折减法做出的位移场是否也和上面一样的？二、施加节点反力法这一方法的技术难点在于，如何获得地应力平衡后隧道周边土体节点反力。通过搜索和查看manual，基本可以锁定两种输出量：NFORC&RF。其中，RF只能在有边界约束处输出，NFORC根据manual我猜测应该是由节点所涉及单元的应力进行外插平均后得到的节点力，参见帖子：。不管怎样，总的思路是，通过对开挖后隧道相邻土体节点施加非均布节点力，使得此时的模型（土体）保持初始地应力和位移准零状态，然后施加原节点荷载*（1-应力释放率），以此来模拟不同的应力释放率下隧道及土体的力学响应。以前的帖子对这个问题讨论了很多，有代表性的列举如下（话说论坛的收藏是个好功能）：该贴lz给出了四种获取节点力的方法，都很有参考价值。最后采用了NFORC，但得到的效果不是很理想。我做了一下，发现的确如该lz所说，NFORC输出的节点力是不能直接施加到原节点上的，即使乘以2倍，也只能是接近实际的节点力。所得到的位移场在初始状态就有很大的位移，不符合前面提出的总体思路。该贴5#和7#都提出采用约束洞周位移获取RF。事实证明，这个方法是可行的，但不同的操作方式得到的结果千差万别。该贴7#提出的思路是对的，但给出的文件中将洞周位移约束贯穿了整个施工过程，这样造成的后果是，其计算起始点已经不再是greenfield的情况，得到的应力场自然不符合实际情况，那么在错误的应力场上做的计算怎么能对呢？该贴给出了施加洞周约束获取反力的正确思路，即施加洞周位移约束要在地应力平衡后进行。这样能保证施加位移约束时的地应力初始状态。下面就我做的例子详细说明。模型：材料参数：修正剑桥模型*Material,name=soil-3*ClayPlasticity,intercept=1.450.11,1.27,0.,1.,1.,,1.*Density1770.,*PorousElastic0.009,0.32,0.剑桥模型参数的设置参见：这里再啰嗦几句，最近很多人在问为什么用剑桥模型的时候会提示“THESUMOFINITIALPRESSUEANDELASTICTENSILESTRENGTHFORTHEPOROUSELASTICMATERIALINELEMENT...，如果你确定有地应力平衡，那么就请你检查是否是用的直接加重力平衡的吧。多孔介质弹性模型是需要在initialconditions中定义初始地应力的。地应力平衡：平衡效果一般，主要是做实例，只平衡了一次，到了10E-4就没再管了。施加洞周边界约束，同时remove掉待开挖部分可以看出，这一步进行完后，剩余土体的应力基本没有发生改变，也就是基本保持了初始地应力，在这种情况下导出节点力再倒入折减后支护力才是正确的。可以看出施加洞周位移约束后土体位移分布发生了变化，但数量级还是很小，基本没变，可以忽略。最后一张图是洞周节点反力云图，在这种情况下就可以输出节点反力了。下面介绍一下我的做法。