MIDAS-GTS帮助文件-总体介绍

关于GTS GTS(GeotechnicalandTunnelanalysisSystem)是包含施工阶段的应力分析和渗透分析等岩土和隧道所需的几乎所有分析功能的通用分析软件。  GTS将通用分析程序MIDAS/Civil的结构分析功能和前后处理程序MIDAS/FX+的几何建模和网格划分功能结合后，加入了适合于岩土和隧道领域的专用分析功能，GTS的特点如下： z经过验证的各种分析功能z快速准确的有限元求解器zCAD水准的三维几何建模功能z自动划分网格、映射网格等高级网格划分功能z方便快速的隧道建模助手z大模型的快速显示和昀优的图形处理功能z适合于Windows操作环境的昀新的用户界面系统z使用昀新图形技术表现分析结果z计算书输出功能有关GTS的更详细的功能介绍请查看GTS的主页。 GTS的适用领域:1.隧道出入口及隧道结分析{考虑复杂地层和地表形状{隧道出入口、T型/y型隧道结合部、陡坡、竖井-横井-主隧道结合部等2.地下水渗流分析(Steady-state/TransientFlow){隧道、大坝、斜面等稳定流和非稳定流分析功能{Darcy法则可适用于饱和和非饱和区域{vanGenuchten、Gardner理论公式、用户自定义未饱和曲线3.应力-渗透耦合有效应力分析Page1of25关于GTS2011-1-24file://C:\DocumentsandSettings\Administrator\LocalSettings\Temp\~hhF225.htm{考虑施工阶段或考虑时程的渗流分析{考虑渗流分析中得到的孔隙水压力和应力的耦合(Coupling)效应的有效应力(EffectiveStress)分析4.软弱地基的填土和固结分析{非排水条件下的填土分析{按时间输出孔隙水压力和固结沉降量5.挖掘和支护分析{高层建筑基础的深坑开挖(DeepExcavation){考虑现有结构物的地铁隧道开挖的支护分析6.地震、爆破及振动分析{特征值分析、反应谱分析、时程分析{提供地震波数据库，可自动生成地震波、可与静力分析结果进行组合7.衬砌分析 几何体(Geometry)的定义 在GTS中根据模型的形状，可以使用多种方法建立模型并划分网格。几何体(Geometry)是由下列表中的个体以及它们之间的组合形成。 在GTS中进行选择操作时，可以使用表中所列的个体类型进行过滤选择。(参考选择过滤) 群(Compound)是独立个体(Shape)组成的群组形状(Shape)对独立个体的称呼(不是某个体的子个体)实体(Solid)闭合区域被填充的三维体特征值:体积曲面(Surface)面组(Shell)边之间的连接为线的面的组面(Face)由1个Surface方程定义的面例:平面、圆柱面、球面等特征值:面积曲线(Curve)线组(Wire)端部由点连接的Edge的组例:正四边形、多义线等线(Edge)由1个Curve方程定义的线例:直线、圆、弧、椭圆等特征值:长度顶点(Vertex)三维空间上的点特征值:坐标Page2of25关于GTS2011-1-24file://C:\DocumentsandSettings\Administrator\LocalSettings\Temp\~hhF225.htmGeometry个体的定义及相互关系 z面(Face)的边界是1个线组(Wire)，实体(Solid)的边界是1个面组(Shell)。z闭合的线组(Wire)和面(Face)、闭合的面组(Shell)和Solid的子个体的构成相同，可以自由地转换类型。z将线(Edge)扩展(Extrude)可得到面(Face)，将线组(Wire)扩展(Extrude)可得到面组(Shell)，该面组(Shell)是由线组(Wire)的子个体线(Edge)扩展(Extrude)而得的面(Face)构成的。将Wire扩展(Extrude)、旋转(Revolve)、放样(Loft)、扫描(Sweep)时，勾选实体(Solid)选项时将得到实体(Solid)形状。 各种类型组成的群(Compound) 群(Compound)主要为了方便管理而使用。(例:将由数百个的曲线(Curve)构成的AutoCADDXF文件导入后，将曲线(Curve)组合成1个群)上面的图是由八个形状(Shape)(5个顶点(Vertex)、1个线组(Wire)、1个面、1个实体(Solid))组成的一个群(Compound)。被捆绑为群后，8个个体不再是独立的处于顶级的形状(Shape)，群将是代表各成分的昀顶级的形状。但是如下图所示，捆绑成群之后，原来的类型依然保留着，所以在各建模功能中依然可使用群中各个体。 使用群(Compound)中的线组(Wire)扩展成面组(Shell) 下面是说明几何(Geometry)个体的构成和上/下级个体的关系(Topology)的例题。Shape(顶级个体)Face(1个)下级个体Wire1个(Face的外部轮廓)由5个Edge(E1~E5)构成Edge5个(E1~E5)Vertex5个(V1~V5)Page3of25关于GTS2011-1-24file://C:\DocumentsandSettings\Administrator\LocalSettings\Temp\~hhF225.htm 一般来说几何建模方式有从上至下建模方式和从下至上建模方式。 z从上至下(Top-down)方式直接建立上级个体，则程序自动生成构成该个体的下级个体。用户可以不必考虑下级个体的细部情况直接生成所需的上级个体，所以比较方便。主要用于模型比较简单或建立基本形状时。例使用箱形图元(PrimitiveBox)建立描述地基的实体(Solid)时，将自动生成构成箱体的下级个体面(Face)、线组(Wire)、线(Edge)等。z从下至上(Bottom-up)方式首先建立可以反映模型形状的适当的下级个体，以它为基础建立上级个体的方式。形状比较复杂难以直接建立上级个体时主要使用此方式。与从上至下的方式相比相对来说工作量较大，但是可以建立从上至下方式不能建立的复杂的形状。实际工程中大部分使用该方式。例建立实际地表面和地层面时，直接建立曲面比较困难，一般来说要先输入能表现曲面形状的顶点(Vertex)、线(Edge)，然后将其连接建立曲面。从下而上建模方式不一定要从昀低级的个体顶点(Vertex)开始建模，并且不一定要经过各级别操作才能建立昀终形状，应尽可能从昀低级个体直接生成所需的昀上级个体。GTS提供从上至下和从下至上的方式，用户可根据实际模型的特征和用户建模的习惯自由地选择建模方式，也可以混合使用两种方式。 Face的内外轮廓与构成的线的数量无关，始终是线组(Wire)。像圆这样闭合的线(Edge)的开始和结束顶点(Vertex)可以相同。Shape(顶级个体)Face(1个)下级个体Wire2个(Face的内外轮廓)E1、E2Edge2个(E1、E2)Vertex2개(V1、V2)将相邻的Face组合成面组(Shell)时，共同的线(Edge)由各Face共享。左侧的例子中，面组在组合前有8个(各Face有4个)，在组合成面组后，Edge变成了7个。与Edge不同，线组(Wire)不共享。Shape(顶级个体)Shell(1个)下级个体Face2个(F1、F2)Wire2个(各Face的外部轮廓)Edge7个(E1~E7)E4是F1、F2的共同的EdgeVertex6个Shape(顶级个体)Solid(1个)下级个体Shell1个(Solid的外轮廓)Face6个Wire6个(各Face的外轮廓)Edge12个Vertex8个Page4of25关于GTS2011-1-24file://C:\DocumentsandSettings\Administrator\LocalSettings\Temp\~hhF225.htm混合使用两种方式的例题 单元的定义 由构成单元的节点建立的几何形状的空间维数可将单元分类如下。z标量单元(Scalar)由一个或两个节点构成不具备几何特征值的单元。例如质量(Mass)、阻尼器(Damper)、弹簧(Spring)单元。z一维单元(Line)具有几何特征值长度，由2个(1次)或3个(2次)节点组成的单元。例如桁架(Truss)、梁(Beam)、显示一维(Plot1D)单元等。z二维单元(Plane)具有几何特征值面积的三角形(Triangle)或四边形(Quadrilateral)单元。例如平面应力(PlaneStress)、平面应变(PlaneStrain)、轴对称(Axisymmetric)、板(Plate)、显示二维(Plot2D)单元等。z三维单元(Solid)具有几何特征值体积的四面体(Tetrahedron)、五面体(Pentahedron、Wedge、TriangularPrism)、六面体(Hexahedron、Brick)单元。z其他单元不属于以上单元的单元。例如刚性连接(RigidLink)等。以上的分类方法是按节点形成的几何形状进行的，与按单元的结构反应(例如只受轴力的桁架和可以受弯的梁的区分)分类方法不同。在GTS中，为了建模的方便提供了仅用于建模的过程而在分析中可不考虑其作用的显示一维(Plot1D)、显示二维(Plot2D)单元。首先建立低维单元，然后使用低维单元扩展建立高维单元时，可以将作为过渡用的低维单元指定为显示单元，则用户可以不删除这些单元进行分析，这对网格的管理和编辑非常方便，也可以避免分析错误。因为所有的实际物体都是具有体积的三维物体，所以在分析中应赋予结构物材料和体积特性。所以对单元一般要进行下列操作:(1)由节点定义几何形状(2)定义材料(Material)(3)定义为了计算体积所需的其他特性值。按几何形状分类的单元的昀基本的共同的特性值如下： 上面的表格仅列出了基本的共同项目，根据单元类型会有更多的特性值输入要求。在GTS中，将材料(Material)和特性值(Property)合并称为属性(Attribute)，单元是按属性定义的。 单元和属性、材料、特性值之间的关系 单元分类几何特征值为了计算体积的其他特征值一维单元长度(L)截面面积(A)二维单元面积(A)厚度(t)三维单元体积(V)不需要Page5of25关于GTS2011-1-24file://C:\DocumentsandSettings\Administrator\LocalSettings\Temp\~hhF225.htm建立单元和定义属性、材料、特性值对话框的构成 网格划分 一般来说单元网格划分操作与操作对象的几何维数、单元网格的类型无关，都要经过下列操作步骤。 生成单元网格的一般操作步骤 一维、二维、三维单元网格生成的具体步骤如下：z一维网格(1DMesh)选择的线(Edge)按指定的网格尺寸(MeshSize)分割单元。z二维网格(2DMesh)生成一维网格后(如有必要程序内部可自动生成)，以一维网格为基础按用户选择的二维网格划分方法或按程序默认的方法在对象面(Face)生成二维网格。z三维网格Page6of25关于GTS2011-1-24file://C:\DocumentsandSettings\Administrator\LocalSettings\Temp\~hhF225.htm经过一维网格和二维网格的划分步骤(如有必要程序内部可自动生成)，以生成的二维网格为基础在对象实体(Solid)上生成三维网格。二维网格和三维网格的生成可看作是利用边界上的低维数的网格生成内部高维数网格的操作。为了能正常地生成二维网格，面的边界线(Edge)上的一维网格应该是完全闭合的，即一维网格不应该有断开区段和互相交叉区段。同理，为了能正常地生成三维网格，实体的各边界面(Face)上生成的二维网格也应是闭合的。为了方便用户，程序提供了多样化的网格尺寸指定功能，从根本上决定网格密度的是线(Edge)的网格尺