地应力平衡汇总

1、“地应力平衡”的含义、目的、作用我们所建立的几何模型一般和工程实际情况或尺寸相对应、相一致，比如边坡几何模型和实际边坡尺寸一致，但我们可以夸张一点想像，实际边坡应是由一个更大一点或更高一点的不受重力的初始边坡在n年前突然受重力和类似目前的边界条件作用下逐渐形成了今天的尺寸大小，n年前受重力和类似目前的边界条件作用之前边坡的尺寸大小，我们不得而知，如果能准确知晓，我们就可以建立一个那时的几何模型，再施加重力和边界条件进行计算，变形后形状和现状边坡形状一致，其内力也就是初始应力场或地应力，就不用专门去施加地应力了，但问题是我们不能知晓边坡受力前的形状尺寸，我们现在的几何模型就是边坡现在的实际尺寸，受力后将会变成一个更小的或与现状不一致的边坡，这不符合我们模拟现状边坡的目的。如果我们知道现状边坡的内力，将其提取出来作为几何模型的内力，再和外力（重力）平衡，则我们建立的模型才能算和实际模型一致。真实地知道现状边坡的内力是很难的，我们采取的办法是，用我们所建立的几何模型施加和实际模型一致的重力和边界条件进行计算，得到变形后或变得更小或与现状边坡不完全一致的边坡内力近似的作为现状边坡的内力，并重新将其施加于与现状边坡一致的几何模型，再施加重力（当然边界条件也应基本一致）以平衡，这样才算建立了与现状模型基本一致的模型，其下的计算才成为可能。2、地应力如何平衡地应力平衡中的外力和内力的问题，地应力平衡中，显然，重力是外力，应力场是内力，仅有外力重力，没有内力是不可能的，同样，仅有内力（专指初始应力场）而不受重力也是不可能的，否则，整个体系的力不会平衡。这就是为什么我们将提取出的内力施加于几何模型后必须再施加重力的原因。为的是内力和外力平衡。abaqus的part模块绘图功能不是很强，因此常用AutoCAD绘出平面图后导入abaqus。在abaqus6.10中，主导入要分为以下几个步骤：1，在AutoCAD中建好模型的平面图形，并且另存为dxf格式。由于abaqus没有单位，我们通常采用标准单位m，因此cad模型也应以m为单位，按照1:1的比例绘制；2，进入abaqus/cae的part模块，依次点击file-import-sketch，加载你的dxf文件，这时候你会由part模块转入sketch模块；3，点击绘图区左侧的sketchmanager，可以对导入的模型进行编辑，但不能直接进行拉伸、旋转等操作；4，切换到part模块，点击creatpart，定义模型的基本特征；定义完毕之后，在绘图区左侧的工具区的下方，找到addsketch的功能，点击，找到要加载的平面图形，即可将平面图形载入part模块。由于已经定义了模型的基本特征，因此可以对模型进行拉伸、旋转等操作。在上一步中，没有定义模型特征，因此不能进行拉伸、旋转等；导入过程至此结束。接触分析收敛不管怎么总还是一个很大的问题，而我们经常在一个地方卡了很长的时间，怎么也找不到解决和提高的办法。而aba_aba在abaqus常见问题汇总中给了我们模型改进的方向和一些方法。在我分析的过程当中，怎么找到模型中的影响收敛的关键问题所在也是一个很让我迷茫了很长时间。下面谈一下我个人的一些经验和看法。如有错误还望大家指出，也希望大家给出自己更多的经验分享。abaqus的隐式求解的就是求算出一个很大的刚度矩阵的解，这个方程能否通过一次一次的迭代到最后达到一个系统默认的收敛准则标准的范围之内，就决定了这一次计算能否收敛。因此要收敛的话，系统与上一个分析步的边界条件区别越小的话，系统就越容易找到收敛解。针对这一点，我们可以得到下面的几种方法来尽可能的使系统的方程的解尽可能的接近上一步，以达到收敛。下面的方法的指导思想是：尽可能小的模型，前后两个分析步的改变尽可能的少。1.接触分析真正加载之前，设置一个接触步让两个面接触上来，在这个步骤里面，接触面的过盈小一点好，比如0.001.接下去再把作用与两个接触体的力及接触方向的自由度放开。2.如果系统的载荷很多的话，将系统的载荷分做多步进行加载，一次性全上可能使系统无法在规定的迭代次数内收敛。所以根据需要分开，让abaqus的内核慢慢消化去。少吃多餐在这边好像也是成立的。3.系统有多个接触的话，也最好如载荷一样，分成几个step让他们接触上。这样的做法会让你以后在模型的修改中更有方向性。4.模型还是不收敛的话，你可以看一下是在哪一步或者那个inc不收敛。对于第一步直接不收敛的话，如果模型是像我上面把载荷和接触分成很多步建立的话，可以把载荷加载的顺序换一下。如果你把第二个加载的载荷换到第一步以后，计算收敛了，那影响收敛的主要问题应该就是原来第一个加载或着接触影响的。这种情况下面一般算到这个加载的时候还是不会收敛。这个时候可以考虑是否有什么其他办法能够使步骤的变化与上一步变动小一点，比如第一点里面提到，或者继续把这个载荷细分呢？5.对于接触分析不收敛的情况，可以自己看一下模型的接触面。有时候是overclosure,这个时候在assemble里面将模型相对位置稍微移动下或者用接触里面的那个adjustonlytoremoveoverclose,不过或一种方法会使你的网格扭曲变形。问题不大也是可以用的。有的时候是因为，模型中的两个接触面变成了一个点和一个面接触，而点或者面中有一个位置并不是很稳定。这个时候就会出现了dividing,有时候求解无法成功。这时候可以看一下是不是能够将模型该处稍微改一下呢？或者将该处的网格细化一下。6.模型实在是比较大的话，可以修改solver的设定，将迭代次数改大一点。对于开始计算就不收敛的，而在迭代次数到了以后时间增量还不是很小的话，可以将initial和minimum改小一点。模型越大的话这边可以改的越小，特别是前后两个step变化比较大的情况下。但对于模型不是很大的情况下，太小的时间增量是意义不大的，问题应该从模型当中是否有错误去考虑。7.模型太大的话会导致求解的方程太大，不需要的不重要的接触最好从模型当中去除。这样的话对结果影响也不会很大，而且可以是计算时间大大的减少。引言：我们知道从1914年Ingless和1921年Griffith提出断裂力学开始，一直到60年代都停留在线弹性断裂力学(LEFM)的层次。后来由於发现在裂纹尖端进入塑性区后用LEF仍然无法解决stresssingularity的问题。1960年由Barenblatt和Dugdale率先提出了nonlinear/plasticfracturemechnics的概念，在裂纹前端引入了plasticzone,这也就是我们现在用的cohesivefracturemechnics的前身。当时这个概念还没引起学术界的轰动。直到1966年Rice发现J-integral及随后发现在LEFM中J-integral是等于energyreleaserate的关系。随后在工程中发现了越来越多的LEFM无法解释的问题。cohesivefracturemechnics开始引起更多的关注。在研究以混凝土为代表的quassi-brittlematerial时，cohesivefracturemechnics提供了非常好的结果，所以在70年代到90年代，cohesivefracturemechnics被大量应用于混凝土研究中。目前比较常用的方法主要是fictitiouscrackapproach和effective-elasticcrackapproach或是称为equivalent-elasticcrackapproach.其中fictitiouscrackapproach只考虑了Dugdale-Barenblattenergymechanism而effective-elasticcrackapproach只考虑了基於LEFM的Griffith-Irwinenergydissipationmechanism，但作了一些修正。做裂纹ABAQUS有几种常见方法。最简单的是用debond命令,定义*FRACTURECRITERION,TYPE=XXX,参数。。。***DEBOND,SLAVE=XXX,MASTER=XXX,timeincrement=XX0,1,……......time,0要想看到开裂特别注意需要在指定的开裂路径上定义一个*Nset，然后在*INITIALCONDITIONS,TYPE=CONTACT中定义master,slave,及指定的Nset这种方法用途其实较为有限。另一种方法，在interaction模块，special,定义crackseam,网格最好细化，用collapseelement模拟singularity.这种方法可以计算J积分，应力强度因子等常用的断裂力学参数.裂尖及奇异性定义:在interaction-special,先定义crack,定义好裂尖及方向,然后在singularity选择：midsidenodeparameter:输入0.25,然后选Collapsedelementside,duplicatenodes，8节点单元对应(1/r)+(1/r^1/2)奇异性。这里midsidenodeparameter选0.25对应裂尖collapse成1/4节点单元。如果midsidenodes不移动到1/4处,则对应(1/r)奇异性,适合perfectplasticity的情况.网格划分:裂尖网格划分有一些技巧需要注意，partition后先处理最外面的正方形，先在对角线和边上布点，记住要点constraint,然后选第三个选项donotallowthenumberofelementstochange不准seed变化，密度可以自己调整.最里面靠近圆的正方形可以只在对角线上布点.也可以进一步分割内圆及在圆周上布点.里面裂尖周围的内圆选freemesh,elementtype选cps6或者cpe6，外面四边形选sweepmesh,elementtype选cps8或者cpe8,记住把quad下那个缩减积分的勾去掉。这种方法的几个值得注意的问题，见不少朋友问过。主要是对断裂力学的理解问题。1．为什么设置理想弹塑性(epp)分析的时候得到的xx,yy方向或者最大应力值Sxx,Syy会超过材料的屈服强度Sy呢,这分析结果可能吗？这是因为在ABAQUS中对应等于材料的屈服强度的是vonMises等效应力Se=Sy，因此在平面应变的条件下，xx方向的应力Sxx=Sy*pi/SRQT(3)Sy,而Syy=Sy*(2+pi)/SRQT(3),大概是3倍的屈服应力。所以得到大于材料的屈服强度的xx及yy方向应力是正常的。2．为什么设置collapseelement的时候对弹性分析在中间就一个点而要把单元边上的中点移到1/4处，但弹塑性分析却要在中间设置一圈点并且保持单元边上的中点位置不变呢？这个其实不是随便定的，在有限元中分析裂纹时，对弹性分析需要模拟裂尖1/SQRT(r)的奇异性，这样在把单元边上的中点移到1/4处后计算出来的等参单元拉格郎日型函数对应的ufield正好包含1/SQRT(r)项，事实上这一方法在断裂力学的数值模拟发展史上是很巧妙的一个发现，至今仍然被广泛采用。至于理想弹塑性分析需要模拟裂尖1/r的奇异性,这样大家都知道在把单元边上的点放在到1/2处后计算出来的正常的等参单元拉格郎日型函数对应的ufield包含1/r项,可以模拟弹塑性分析需要的裂尖1/r的奇异性。所以在看似动手点几下就能实现的分析模式后面有很清楚漂亮的理论作支持。还有就是比较新的cohesiveelement单元。我仔细读了ABAQUScohesiveelement的理论帮助，个人意见ABAQUS的cohesiveelement采用的是广泛应用于混凝土的类似fictitiouscrack的方法。只考虑了Dugdale-Barenblattenergymechanism。这其中softeninglaw的影响是非常重要的。但ABAUQS似乎只提供了linear或者exponential