單元移除
關注創建者：宋儼軒 創建時間：2019-10-09
單元移除的實例教程
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盾構的掘進有兩種方式，一是利用生死單元，即先將掘進方向的開挖土體單元移除，隨后在相應位置激活盾構機單元，賦予盾構機材料。另一種方法基于大變形，精細化模擬盾構機的前進。前者較為簡單實用，應用較多。
本系列首先介紹第一種做法，算例的幾何形狀和參數參考Lambrughi A, Rodríguez L M, Castellanza R. Development andvalidation of a 3D numerical model for TBM–EPB mechanised excavations[J].Computers and Geotechnics, 2012, 40: 97-113.
主要施工過程：
（1） 初始假設盾構機處于地基之中，建立初始應力場。
（2） 移除盾構前土體，每次開挖長度1.5m。單元移除后在開挖面施加壓力215kPa。
（3） 盾構向前移動1.5m，在盾構前激活盾構機單元，盾構尾移除相應長度單元。同時激活盾尾灌漿層單元和襯砌單元。
（4） 依次向前開挖
關注點：
（1） 為了模擬盾構的掘進，需要在重復的位置建立幾套共節點的單元，可利用以下語句實現，詳見inp文件：
*ELCOPY, OLD SET=r1, NEWSET=sr1,SHIFT NODES=0, ELEMENT SHIFT=20000；該語句將在r1單元處重疊一套單元，節點不變，單元號+20000。
（2） 本例中沒有考慮灌漿壓力，可以在灌漿層單元外表面施加灌漿壓力，方法類似于開挖面上施加壓力的做法。
展開 相對應的代碼如下:
building-blocks set create "mwu"building-blocks block import from-file "CylinderTSectionWithWall.bset"zone generate from-building-blockszone face skin
3 計算
計算過程如前文所述，首先在自重應力下進行平衡計算：
zone initialize-stress
然后使用下面的命令進行開挖計算，
zone relax excavate range group "Space"
這個命令可逐漸減小開挖范圍內單元的應力，剛度和密度，直到它們對模型產生影響。"zone cmodel null"命令或"zone cmodel delete"命令是一種瞬時開挖單元的做法，假定開挖區域瞬時完成。為了模擬真實的施工過程，FLAC3D引入了隧道工程中“應力松弛法”的概念。由于FLAC3D計算使用動力學原理(F=ma)來達到靜態收斂，因此對模型的突然更改可能會產生準慣性(quasi-inertial)效應，人為地夸大了該單元的破壞。緩解這種情況的一種方法是漸進挖掘單元，從而使單元移除的影響不太突然。FLAC3D使用了自動的單元開挖松弛方法，使得開挖周圍單元影響的影響隨著時間的推移逐漸減少，松弛系數設為1到0。FLAC3D的默認值是使用當前的mechanical force ratio (it.zone.mech_ratio)來伺服控制的。當松弛系數達到0時，單元設置為空本構模型NULL, 然后去掉開挖單元。
展開 在此分析中，只有預期發生接觸的內部面才包含在接觸域中，以最小化內存的使用（如果包括了模型中所有單元的內部面，將使內存的使用量增加一倍以上）。
默認情況下，通用接觸算法不包括節點侵蝕（nodal erosion）【在abaqus explicit中Nodal erosion：默認=no】，因此即使周圍的所有單元都已失效，接觸節點仍將參與接觸計算。這些節點充當自由浮動質點（free-floating point masses），可以與主動接觸面（active contact faces）發生接觸。為了便于比較，還進行了節點侵蝕的分析，由此一旦周圍的所有單元都已失效，節點將從接觸計算中移除（可以節省計算量）。在本示例中，與自由節點（free-flying nodes）相關的動量傳遞預計很大，因此不推薦使用節點侵蝕。
二、結果與分析
在分析的不同階段中發生的變形形狀如圖2.1.4–4至圖2.1.4–5所示，這些圖中僅顯示了激活單元（active elements）。
如2.1.4–5圖所示，彈丸最終穿透了裝甲平板，在分析過程中，大約彈丸的前半部分單元會失效。在2.1.4–5圖中可以看到一些激活單元的斷裂碎片。這些碎片的節點和暴露面可以參與接觸。不再附著于任何激活單元的節點僅在沒有節點侵蝕的分析（對應于第一個主INP文件）過程中參與接觸。
圖2.1.4–6分別比較了進行節點侵蝕和不進行節點侵蝕的分析的總動能變化。對于沒有節點侵蝕的模型，大約32%的初始動能被吸收；而對于具有節點侵蝕的模型，大約26%的初始動能被吸收。
展開 在模型中利用createdisplay group（按鈕或tools菜單下）將開挖土體移除，執行special-skin-create將第一段開挖土體后余下土體的表面創建蒙皮（skin）（圖9）。
圖9
（5）執行Assignsection，將板截面屬性分配給蒙皮。注意將選擇對象改為skin，在屏幕底端順便建立集合s1（圖10）。依次建立所有的襯砌集合。將所有襯砌建為集合sall。
圖10
（6）拼裝實體后，進入step模塊，建立geostatic分析步，用于初始應力平衡（時間步長可選自動）。然后依次建立r1、s1、r2、s2……等分析步（依次為第一段開挖、第一段支撐、第二段開挖……）。將輸出控制中增加temp溫度作為輸出變量（output菜單）。
（7）在Interaction模塊中創建model change，將所有的襯砌蒙皮集合在geo分析步中移除；將r1在r1分析步中移除；將s1在s1分析步中重新激活（圖11），余同。若開挖步數很多，在inp文件中直接寫語句比較方便。
圖11
（8）在load模塊中，將模型底部所有方向位移約束住，限值周邊相應的水平方向位移。在geo分析步中施加z向體力-10。設置相應的初始應力場（圖12）和相應的溫度場（圖13）。圖13中的analytical field-1為定義的分布，可以在tools菜單下定義，也可以直接點擊f（x）按鈕定義，本例中直接為Z，即溫度等于Z坐標，模型頂面溫度為60，對應圖7中的模量4MPa。
圖12
圖13
（9）劃分網格后提交計算，蒙皮用板單元劃分。
5、結果簡單分析
首先檢查溫度設置是否準確（圖14）。
展開 通常用于絕熱瞬態動態模擬;與Abaqus/Explicit中的Johnson-Cook動態失效模型結合使用;Abaqus/Explicit中，可以結合拉伸破壞模型來模擬拉伸剝落或壓力斷口;可與漸進損傷和失效模型(漸進損傷和失效)結合使用，以指定不同的損傷起始準則和損傷演化規律，同時允許材料剛度的漸進退化和網格單元的移除;必須與線彈性材料模型(線性彈性行為)或狀態方程材料模型(狀態方程)結合使用。
下面是JC本構的一般表達式，該模型中主要確定A、B、n、C和m等參數。可以看到J-C本構的主體由三部分構成，分別表征了材料的應變硬化、應變速率硬化（強化）以及溫度軟化，可以概括為“兩硬一軟”。
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通常用于絕熱瞬態動態模擬;與Abaqus/Explicit中的Johnson-Cook動態失效模型結合使用;Abaqus/Explicit中，可以結合拉伸破壞模型來模擬拉伸剝落或壓力斷口;可與漸進損傷和失效模型(漸進損傷和失效)結合使用，以指定不同的損傷起始準則和損傷演化規律，同時允許材料剛度的漸進退化和網格單元的移除;必須與線彈性材料模型(線性彈性行為)或狀態方程材料模型(狀態方程)結合使用。
該選項影響所有當周圍單元失效而自動移除相應節點的接觸類型。通常，銷蝕掉的節點的移除會使計算更穩定，但是質量的減少會導致錯誤的結果。</p><p><span style="color: rgb(160, 160, 160);">EQ.0：從計算中移除銷蝕的節點。
材料定義還包括了漸進損傷的失效模型，因而在分析過程中Abacus/Explicit會將失效的網格單元移除。
在圖2.1.3-2至圖2.1.3-4中，通過Abaqus/CAE顯示設置，僅顯示了有效網格單元，而移除了失效單元的相應顯示。
對于重力工況定義如下：
需要注意的是：
1、打開非線性
2、打開P-Δ效應
3、定義準永久工況（如果有Live工況，應增加且比例系數為0.5）
對于倒塌工況定義需要注意的要點：
1、接力重力工況
2、打開非線性和直接積分法
3、勾選P-Δ效應
4、打開連續倒塌選項
5、顯示移除對象，此處移除的是1號墻體單元。
殺死支架接觸單元CONTA174以移除支架的影響，加載步初始子步有20步，最大子步數為20（NSUBST,20,20），血管成形術后的動脈和支架截面圖如下：
載荷步2和3：
在支架接觸單元重新激活后，載荷步2和3總共使用3個子步來允許Newton-Raphson殘余項（載荷步1中的非線性膨脹）重新平衡。
通常用于絕熱瞬態動態模擬;與Abaqus/Explicit中的Johnson-Cook動態失效模型結合使用;Abaqus/Explicit中，可以結合拉伸破壞模型來模擬拉伸剝落或壓力斷口;可與漸進損傷和失效模型(漸進損傷和失效)結合使用，以指定不同的損傷起始準則和損傷演化規律，同時允許材料剛度的漸進退化和網格單元的移除;必須與線彈性材料模型(線性彈性行為)或狀態方程材料模型(狀態方程)結合使用。
二階單元。如果移除灰色節點，便可得到相應的巧湊邊點單元。黑色、白色和灰色節點都存在于拉格朗日單元中。
博客“在多物理場模型中追蹤單元階次”中給出了二階（二次）拉格朗日元的二維圖形，非常漂亮。在上述單元的內部，很難用三維的形式描述這些二次基函數的基，但是可以用色塊來表示單元表面的函數數值。
在討論有限元法時，需要考慮的一個重要因素就是誤差估計。
緩解這種情況的一種方法是漸進挖掘單元，從而使單元移除的影響不太突然。FLAC3D使用了自動的單元開挖松弛方法，使得開挖周圍單元影響的影響隨著時間的推移逐漸減少，松弛系數設為1到0。FLAC3D的默認值是使用當前的mechanical force ratio (it.zone.mech_ratio)來伺服控制的。當松弛系數達到0時，單元設置為空本構模型NULL, 然后去掉開挖單元。
Melting Temperature:單元被移除時的平均溫度。
注意：這兩者只在“Last Patch”被激活時才能使用！
因此，正確設置“First Patch”和“Last Patch”十分重要！！！
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