Abaqus巖土常見問題

1、 沖擊頻率

(1) 兩種常見設置方式

在 Abaqus 中設置沖擊頻率,主要通過 Amplitude(幅值曲線) 控制載荷的時間歷程來實現。如果是周期性沖擊,可以用正弦函數定義載荷,例如:

Abaqus巖土常見問題的圖1

沖擊的關鍵參數:(沖擊峰值)、f(沖擊頻率)、t(時間)。

在軟件的 “Step” 模塊中,選擇Dynamic, Explicit或Dynamic, Implicit:

若沖擊頻率高、過程極快(或有大變形),優先選Dynamic, Explicit(顯式算法在這種場景下更穩定)

若沖擊相對平緩,也可嘗試Dynamic, Implicit(隱式算法)。

“幅值曲線” 用來描述 “不同時間點,沖擊載荷的大小”。根據沖擊類型,有兩種常見設置方式:

(1)正弦循環沖擊(如 50Hz 正弦沖擊)

Abaqus巖土常見問題的圖2

在 “Amplitude” 表格中,輸入關鍵時間點與對應載荷值,例如:

時間0s,載荷0(對應點(0,0);

時間0.005s,載荷到峰值1(對應點(0.005,1))以此類推

還可將這條曲線設置為 “循環” 或 “延長時間范圍”,讓沖擊持續進行。

(2)單次 / 周期性脈沖沖擊(如 10Hz 脈沖沖擊)

10Hz 意味著 “每0.1秒一個脈沖”。可設置 “短時脈沖”:

前0~ 0.005 秒,載荷從0升到峰值1,

0.01 秒時,載荷回0;

間隔到0.1 秒后,重復脈沖(如0.105 秒到峰值1,0.11 秒回0)。在“Amplitude“表格中,輸入點如(0,0)、(0.005,1)、(0.01,0)、(0.1,0)、(0.105,1)、(0.11,0)等,即可實現周期性脈沖。

(2) 匹配 “分析時間” 與 “時間步長”

總分析時間:若要模擬N次沖擊,總時間需滿足 T=N/f(比如模擬 10 次 10Hz 的沖擊,總時間就是10/10=1s)。

時間步長:為讓結果穩定、平滑,建議每個沖擊周期至少劃分 20 個時間步,因此步長需滿足

Abaqus巖土常見問題的圖3

2、 什么是地應力,為什么在開挖之前要設置地應力分析步

地應力是指在沒有外部擾動時,地下巖土體內部由于自重、構造應力、孔隙水壓力等原因形成的初始應力場。常見的地應力包括:

自重應力(豎向應力):由上覆土或巖層重量產生,計算公式為:

Abaqus巖土常見問題的圖4

其中 ? 為豎向應力,為巖土體重度,H 為埋深。

水平原始應力:由于地殼構造或側向約束產生,常按側壓力系數K0估算:

Abaqus巖土常見問題的圖5

孔隙水壓力:若地下有水,按靜水壓力公式:

Abaqus巖土常見問題的圖6

在進行開挖、隧道、基坑、地下結構分析前,需要先建立合理的初始地應力場,原因有三:

參考資料:
1、頂管隧道開挖案例模型文件;
2、《ABAQUS與巖土工程分析》朱以文-蔡元奇;
3、《ABAQUS在隧道及地下工程中的應用》陳衛忠-伍國軍;
4、《ABAQUS巖土工程實例詳解》

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1、頂管隧道開挖案例模型文件; 2、《ABAQUS與巖土工程分析》朱以文-蔡元奇; 3、《ABAQUS在隧道及地下工程中的應用》陳衛忠-伍國軍; 4、《ABAQUS巖土工程實例詳解》

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