地应力平衡方法介绍

6.19EnhancementstothegeostaticprocedureProducts:Abaqus/StandardAbaqus/CAEBenefits:Thegeostaticprocedureforobtainingtheinitialequilibriumstatehasbeenenhancedsothatyounolongerhavetospecifyinitialstressesthatareclosetotheequilibriumstatetoobtainasolutioncorrespondingtotheoriginalconfiguration.Description:Thegeostaticprocedureisnormallyusedasthefirststepofageotechnicalanalysis;insuchcasesgravityloads(andpossiblyothertypesofloads)areappliedduringthisstep.Ideally,theloadsandinitialstressesshouldexactlyequilibrateandproducezerodeformations.However,inpreviousreleasesofAbaqusthegeostaticproceduredidnotenforcethiscondition.Incomplexproblemsitmaybedifficulttospecifyinitialstressesandloadsthatequilibrateexactly.Consequently,thedisplacementscorrespondingtotheequilibriumsolutionmightbelargeunlessaspecialprocedureisusedtoenforcesmalldisplacements.Theenhancedgeostaticprocedureallowsyoutoobtainequilibriumincaseswhentheinitialstressstateisunknownorisknownonlyapproximately.Abaqusautomaticallycomputestheequilibriumcorrespondingtotheinitialloadsandtheinitialconfiguration,allowingonlysmalldisplacementswithinuser-specifiedtolerances.Theprocedureisavailablewithcontinuumandcohesiveelementswithporepressuredegreesoffreedomandthecorrespondingstress/displacementelements.Theelastic,porouselastic,Cam-clayplasticity,andMohr-Culombplasticitymaterialmodelsaresupported.Althoughthelistofsupportedmaterialsincludesmaterialsthatexhibitinelasticbehavior,theprocedureisintendedtobeusedinanalysesinwhichthematerialresponseisprimarilyelastic;thatis,inelasticdeformationsaresmall.ThenewenhancementsareavailablefromtheIncrementationtabbedpagewhenyoucreateoreditageostaticstepinAbaqus/CAE.Youmustselectautomaticincrementationtoaccessthenewcontrols.ThedefaultsettingsforincrementsizeandmaximumdisplacementchangeareshowninFigure6-6.Figure6-6TheIncrementationoptionsforageostaticstep.Marne:Step-1Type:GeostdticBasicIncrementationOther|Type:AutomaticLInitialFixedMinimunMasimurnIncrementsize:11|1E-CO5Max.displacementchange;|IE-005Abaqus/CAEUsage:Stepmodule:CreateStep:General:Geostatic;IncrementationReferences:AbaqusAnalysisUser'sManual.“Geostaticstressstate,”Section6.8.2Abaqus/CAEUser'sManual.“Configuringageostaticstressfieldprocedure”in“Configuringgeneralanalysisprocedures,”Section14.11.1AbaqusKeywordsReferenceManual*GEOSTATICAbaqusVerificationManual“*GEOSTATIC,UTOL,”Section5.1.9ABAQUS地应力平衡2011-03-3014:42:12关于地应力的平衡方法，综合了版上的一些意见，结合了自己的想法，对于初始地应力的施加，得到了e-6的效果，方法比较简单,与大家分享！先施加重力荷载的作用,可以在cae中实现；在inp文件中的outputrequest中写上*elprints,这样就会将施加重力荷载后的应力输出到*.dat文件中了；

11-1.2598E+05-1434.-3.1852E+04892.721-1.2249E+05-6287.-3.2194E+041223.31-1.1795E+05-497.7-2.9611E+041664.41-1.1210E+05-7240.-2.9834E+041992.5 1-1.|0485E+05 579.0-2.6068E+04 2600.61-9.5803E+04-8272.-2.6019E+043031.7 1-8.4709E+04 1915.-2.0698E+044083.81-7.0634E+04-9746.-2.0095E+044339.9 1-5.1088E+04 5401.-1.1422E+048519.101-2.4353E+04-1.1150E+04-8876. 1.2126E+04111-1.2847E+05268.1-3.2050E+04738.1121-1.2786E+05-9868.-3.4433E+04629.1131-1.2938E+05-4224.-3.3402E+04502.5141-1.3039E+05-3458.-3.3461E+04165.93.在*.dat文件中，将单元应力的序号及单元的应力拷出，例如ELEMENTTFOOT3.在*.dat文件中，将单元应力的序号及单元的应力拷出，例如ELEMENTTFOOTNOTES11S22S33S12单独存为一个*.dat文件，用excel打开该文件，将其中的1所在的列去掉，在每个单元号前面加上其instance.，即单元编号变为：instance名称.序号；注意不同的instance和part要都按照其所在的单元从小到大编号，而不是按照他们在整体单元编号来编号！接下来就在excel把该文件另存为*.csv格式的文件（即带有逗号分隔符的格式），最后在inp文件的step之前写上*initialconditions,type=stress,input二文件名.csv即可!这种方法不需要用python,比较简单,希望能对大家有用！先说为什么要施加地应力：1、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。这就是所谓“地应力平衡”的含义、目的、作用。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。）q0F3q6H1O#地应力场的方向问题，有网友在论坛里问，既然重力是向下，为与重力平衡，那应力场的方向是不是向上呢，这同样是我开始接触abaqus的疑问，相信很初学者也有这样的疑问，我的理解是内力是没有向上、向下或者向其它方向的概念的，内力只有拉力或压力或剪力之分，其方向也按是拉是压是顺时针或逆时针而分，内力往往都是成对出现，如地应力场中的应力以压应力为主，取一个微元，则压应力同时出现在向下和向上，你能说地应力就是向上，与重力反向吗？不怕各位笑话，以上几点在高手看来是很简单的问题，却是我经历了漫长而艰辛的摸索才得到的，今天也写给初学者，不要再走我的老弯路了。aba中初始地应力场平衡一般在表面水平的情况下仅仅和密度相关，密度一样的话平衡的结果很好，别的参数改变之后经过计算，差别很小。表面不水平的情况则最好通过文件导入初应力的情况进行平衡。一般来讲，表面不平的时候有很多因素造成误差很大。地应力平衡方法：第一步：建立模型，材料，分析步（GEOSTATIC）第二步：施加荷载，LOAD，选择施加重力GRAVITY，在你想施加重力的方向输入数值9.8第三步：在命令行中输入mdb.models['模型名字'].setValues（noPartsInputFile=ON）（请严格按照这个格式，注意大小写的字母第四步：提交J0B，完成后第五步：按以下步骤,RoportReportFieldOutput 选中S11,S22,S33,S12,S13,S23Name:XX.INP Write中选择FieldOutput ok!!![第六步：用软件（推荐使用UltraEdit很好编辑的）打开XX.INP，保存格式内容单元号S11 S22 S33 S12 S13 S23（请注意，在保存内容中没有这一行的）这个结果文件是最重要的，在所保存的文件中只有数值部分，没有英文字母，没有！上面那个“单元号”这一行，而且单元号前面也没有什么PART名字什么的，就是1，2. 这些数字。第七步：在ABAQUS ModelEditkeywordsModel-1（这就是你的Model名字）在材料属性后面力口上：*initialconditions,type二stress,input二xx.inp 完成，第八步：重新提交JOB，OK第九步：如果你还没有成功的话，那我只能说 我无语了。ABAQUS的这项功能确实很不错。：）这个功能让基坑开挖、隧道开挖等的初始应力，开挖后的残余应力很好的显示；也可以很好的模拟铁路设计中的工后沉降的概念，在地应力平衡后，加上荷载所得沉降即为工后沉降；也很好的模拟了桩土复合地基的问题，如果没有初始应力的模拟，使土对桩产生了挤压应力，从而通过设定摩擦系数就可以模拟了桩与土之间的摩擦力；除此之外，在进行挡土墙计算时也需要ABAQUS的这项功能，反正很多都用得着。希望我的建议能帮助初学者（其实我也是初学者，呵呵）很快掌握这个技巧。地应力平衡的正确时间点所谓地应力平衡是指，当我们建任何东西或挖任何东西之前，地表的位移都是零，但是土体的应力却存在，这种无位移但有应力的时间点叫地应力平衡.那么正确的时间点应该是什么呢，就是不管土原来是什么样的，高山，河流，丘陵，平原都可以，关键是在我们对它做任何扰动之前.有些人问桩土作用如何平衡？这个问题首先就是错的，因为地应力平衡的时候是不能有桩的.一旦有桩就跨过了地应力平衡这个时间点，数值模拟要忠实于实际情况，不能想当然,所以正确的选择时间点是地应力平衡计算中最最关键的.处理地应力平衡的三种方法地表水平土层分层水平的情况下的地应力平衡地表水平而且土层分层水平的情况下的地应力平衡是最简单的情况，事实上也是大多数计算用到的平衡方法，这个时候可以用ABAQUS提供的*initialconditions,type二stress,geostatic方法来做.具体怎么写这个语句，请自行参考文档.其它的情况下的地应力平衡［'s4x&:%I8A#x*c1Y$q地表不水平或土分层不规则的情况下只能使用导入地应力数据的方式进行地应力平衡，其方法的核心是给土体加重力，不必理会其土体位移，只是单纯的提取每个单元的平均应力，再将这个应力读回ABAQUS作为初始应力，以达到平衡土体位移的效果.具体操作参考这个贴/viewthread.php?tid=762963&highlight=%B5%D8%D3%A6%C1%A6%C6%BD%BA%E2,不预设地应力所谓的不进行地应力平衡是指计算前不设定土体位移归零，而是记录下土体在重力作用下每个结点的位移值，在进行后继计算后，将位移结果减去重力作用下每个结点的位移值就能得到当前计算步的净位移，这种方法只适用于小变形分析，不适用于几何非线性的情况，好处是收敛性好，精度高，因为记录的是结点位移，缺点是麻烦，因为要提前记录，还要处理数据.1法是对单元集进行赋值，与结点集无关；常见的问题有结构物的情况如何平衡？有结构物的情况下就不是正确的平衡点，如果一定要这样平衡，比如原来有一个隧道，现在在上面建房子，要估计这种情况下的追加位移是多少，这种情况下可以用上面的方法2和3来完成.多层土的情况下的平衡？多层土的情况可以根据不同的情况选择方法1或2进行.有地下水的情况下的平衡？有水的情况下最主要是要搞清楚土的三相，按照不同的孔隙率计算土的干密度和湿密度，这种平衡目前最好是只用方法1来完成.边坡加重力无法平衡？边坡加重力无法平衡表示边坡本身是不稳的，请检查模型是否合理，塑性参数是否合理./我是新手、自学者，总结了一点经验，主要是给和我一样的新手*initialcondition,type=stress,geostatic就不说了，啃啃手册就明白了，或者在论坛搜索下geostatic我主要说一下*initialconditions,type=stress,input=XXX.XXX的方法：1、 先建立好你的模型，按照你的课题把边界条件、接触什么的都建好，然后使用命令mdb.models['你的模型名字']setValues（noPartsInputFile=ON），建立没有part的inp文件（abaqus不认带part的istress数据）2、 建立*geostatic的step，只施加重力荷载，然后求解3、 完成之后用viewer打开odb，选report->fieldreport,下拉菜单里面选择centriod，然后依次把s11、s22、s33、s12、s13、s23点选上，去setup页面选择报告文件的名字（例如istres.rpt）把下面的和值之类的额外输出点掉，要不还要手动删除4、 编辑你的报告文件，把数据行之外的东西都删除。（正确的格式：单元号，s11，s22,s33,s12,s13,s23），使用excel或者ultraedit在每个数据间加上一个逗号（，），数据之间的空格不要紧，但是要注意不要有空行或者逗号之间是空白，否则会出现element0错误

5、重新建立你的step，写入新的inp文件之后，编辑它，在材料属性之后、step之前加入*initialconditions,type=stress,input=XXX.XXX【【 补充一下：使用mdb.models['你的model的名字'].setValues（noPartsInputFile=ON）时注意：-要写你的model的名字（在CAE窗口顶部，Model右面，默认名称为Model-1,Model-2等等），不是CAE或JOB的名称。-你的model的名字前后都要加上单引号-这个命令要在CAE窗口底部输入（先点左下角的＞＞＞）-输入此命令后，要在Job模块中用writejob来生成INP文件（loveestboy1981是不是没作这一步？）-生成的INP文件名和Job名一样，而不是CAE文件或Model的名称。-生成的INP文件在当前的工作目录下（不一定是TEMP文件夹）【】】】[[[[[地应力平衡方法：第一步：建立模型，材料，分析步（GEOSTATIC）第二步：施加荷载，LOAD，选择施加重力GRAVITY，在你想施加重力的方向输入数值9.8第三步：在命令行中输入mdb.models['模型名字'].setValues（noPartsInputFile=ON）（请严格按照这个格式，，注意大小写的字母，同时注意输入模型名字时的大小的第四步；提交JOB，完成后，第五步：按以下步骤,[Module]Visualization-ReportReportFieldOutput下拉菜单里面选择centriod，然后依次把s11、s22、s33、s12、s13、s23点选上，setup页面选择报告文件的名字***.txtWrite中选择FieldOutput ok!!!第六步：先打开然后打开excel在菜单：数据一一》导入外部数据一一》导入数据选中abaqus.rpt打开，（选固定宽度）下一步，然后调整分界线，确定，然后删除不需要的，然后存为csv格式（注意不要用空格，否则会有很多逗号的）单元号S11S22S33S12S13S23（请注意，在保存内容中没有这一行的）,.,.,.,.,.,,.,.,.,.,.,这个结果文件是最重要的，在所保存的文件中只有数值部分，没有英文字母，没有上面那个''单元号”这一行，而且单元号前面也没有什么PART名字什么的，就是1，2 这些数字。

在CSV文件中，数字本身是用逗号隔开的，不需要另加逗号。第七步：在ABAQUSModelEditkeywordsModel-1(这就是你的Model名字)在材料属性后面加上：*initialconditions,type=stress,input=***.csv完成第八步：重新提交JOB，OK]]]]]]]]ABAQUS6.10新功能亮点解析2010年05月21日CAE,ABAQUS6.10,新功能,ABAQUS/CFD--访ABAQUS技术经理高绍武博士Abaqus被广泛地认为是功能最强的有限元软件，可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。2010年5月Abaqus推出了6.10的新版本，e-works有幸采访到了Abaqus技术经理高绍武博士，由他来为我们介绍Abaqus6.10中的新功能。e-works杜凯：最近Abaqus软件推出了6.10的新版本，请您介绍下这个版本在功能上有了哪些新的改进？Abaqus6.10中的最大的亮点是什么？高绍武：2010年5月推出的Abaqus6.10是一个非常重要的版本，推出了众多新的功能，同时也改进了以前版本的很多功能，归结起来，6.10在如下方面最值得关注。XFEM支持C3D4、C3D8等单元类型，支持隐式动力学，更多失效准则，并支持基于MPI的并行计算方式。改进了Geostatic分析步的算法，可以更精确获得土体的初始地应力及初始孔压。增加了用户指定隐式通用接触间隙和过盈量功能，在算法上增加了隐式通用接触的接触控制参数等众多隐式通用接触功能。CEL域同时支持多种材料、支持移动的CEL网格等。内建了SPH和DEM两种方法的用户自定义单元等多种Abaqus/Explicit方面的新功能。增加了和NX的协同导入、抽取几何模型中面、对中面的修补以及材料标定等Abaqus/CAE新功能。改进了3DSweep生成三维模型、布网格种子以及网格划分等多种Abaqus/CAE功能。推出了计算流体动力学求解器(Abaqus/CFD)，成为Abaqus的第三个求解器，可以解决包括层流和湍流以及流体传热等方面的问题，同时可以结合Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit进行流固耦合(FSI)分析。在众多新功能中，Abaqus/CFD及FSI成为最大的亮点。e-works杜凯：Abaqus6.10中加入了流体仿真的模块，请您详细的介绍下Abaqus/CFD模块有哪些优点，Abaqus/CFD的推出对企业具有什么样的意义？高绍武：对于新的流体仿真模块，具有如下优点：采用间断Galerkin有限体积/有限元计算方法，该方法是一个二阶精度的计算方法，比现在通行的一阶精度计算方法先进。可以模拟层流，湍流等流体问题以及热传导、自然对流问题等流体的传热问题。采用强健快速的代数多重网格(AMG)迭代方法，并行效率高，下图为某算例测试出的多核并行效率的情况，从图中可以看出，即便是64核并行计算，其并行效率也是非