耦合歐拉拉格朗日法
關注創建者：白蘇 創建時間：2020-04-10
耦合歐拉拉格朗日法的實例教程
Coupled Eulerian–Lagrangian (CEL ) approach, 即耦合的歐拉拉格朗日法，在巖土領域的應用已被學界廣泛認可。它在解決Soil Structure Interaction （SSI）所引發的土的大變形問題具有一定的優勢，因為它可以避免傳統有限元在大變形中極易導致的網格畸變。
該文所附的input為一個完整的CEL模擬實例，通過該Input可以詳細地了解CEL的模型創建過程和參數設置。此例為第一個例子，并不與巖土工程直接相關，而是適合新手了解CEL在ABAQUS中的模擬，掌握CEL的初步模擬方法。
將3D模型簡化為2D模擬往往可以極大節約計算的成本，耦合歐拉拉格朗日法理論上只能支持3D的數值模擬且往往需要大量的時間來完成巖土算例的高精度模擬；
本算例采用了假3D模擬來實現CEL在2D上的應用，利用軸對稱性質將CPT貫入砂土的過程簡化成了2D模型。
ABAQUS CEL(例11) 地震工況下的邊坡大變形模擬
一、建模技術
地震工況下邊坡可能失穩進而出現滑坡現象，為避免模擬滑坡時網格產生的畸變問題，采用耦合歐拉拉格朗日法(CEL)進行滑坡的大變形模擬；土體本構采用摩爾庫倫模型；采用模型底部小范圍內的周期性荷載模擬地震荷載。
二、模型及部分結果展示
圖1：藍色為邊坡；紅色為空氣層
圖2：網格的劃分
圖3：賦予模型初始應力
圖4：土體達到地應力平衡時的應力分布
圖5：土體底部的地震荷載施加區域
圖6：所施加的周期性荷載（地震荷載）
圖7：邊坡因地震荷載產生的位移
圖8：地震波產生的區域
展開 ABAQUS損傷斷裂(例2) 盾構機在砂漿環境下掘進的巖石破碎模擬
采用顯示動力學分析：
該模型模擬盾構機在砂漿中掘進的巖石破碎，采用耦合歐拉拉格朗日法模擬砂漿環境下，盾構機刀盤與巖石之間的相互作用，巖石應力達到破碎時采用單元刪除技術消除掉已失去抵抗力的巖石。砂漿模擬為歐拉體，巖石及盾構機刀盤為拉格朗日體，其中盾構機刀盤模擬為剛體。
所建模型：
模擬的盾構機刀盤及所切割的巖石
刀盤及巖石的邊界條件
盾構機刀盤及所切割巖石的單元劃分
盾構機刀盤及巖石所處砂漿環境的網格劃分
模擬的結果：
掘進時的動態效果（隱藏泥漿及盾構機刀盤）
模擬后的結果（隱藏泥漿及盾構機刀盤）
隱藏掉泥漿及盾構機刀盤后巖石破碎時的應力分布
隱藏掉泥漿及盾構機刀盤后巖石破碎時的等效塑性應變分布
模擬動態效果圖（展示成無網格的半模型，含泥漿）
砂漿及巖石在盾構機擾動下的應力分布圖
砂漿及巖石在盾構機擾動下的等效塑性應變分布圖
展開 ABAQUS CEL (例8) 海上開口樁貫入軟粘土 ￥66.67
背景：該開口樁外徑1m, 壁厚0.05m, 靜壓貫入軟粘土深度為7.5m，模型在樁貫入所在區域采用精細化網格，總網格數約為100萬，應用耦合歐拉拉格朗日法解決海上開口鋼管樁貫入軟粘土的大變形問題。
模型：（1）應用軸對稱性，采用四分之一模型，降低模型計算量；
（2）土設置為歐拉區域，材料填充部分為土體，模型頂部未被材料填充的部分為空氣；
（3）本構采用Tresca本構來模擬軟粘土，模擬海底軟粘土的飽和不排水行為；
（4）模型分別提取了樁尖及樁兩側的摩擦阻力；
（5）模型所附input可直接導入abaqus進行完整運算。
模型結果：
圖一：樁貫入后土的應力分布
圖二：樁尖形成的拱作用及土的壓密作用
圖三：樁的等效塑性應變
圖四：樁尖阻力的提取
圖五：樁內外側阻力的提取
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ABAQUS CEL(例11) 地震工況下的邊坡大變形模擬
一、建模技術
地震工況下邊坡可能失穩進而出現滑坡現象，為避免模擬滑坡時網格產生的畸變問題，采用耦合歐拉拉格朗日法(CEL)進行滑坡的大變形模擬；土體本構采用摩爾庫倫模型；采用模型底部小范圍內的周期性荷載模擬地震荷載。
二、模型建立：
采用耦合歐拉拉格朗日法(CEL)來模擬螺旋樁貫入過程中遇到的網格畸變問題, 為土體大變形的模擬。螺旋樁處理成離散剛體，土體本構采用摩爾庫倫本構模型。
ABAQUS損傷斷裂(例2) 盾構機在砂漿環境下掘進的巖石破碎模擬
采用顯示動力學分析：
該模型模擬盾構機在砂漿中掘進的巖石破碎，采用耦合歐拉拉格朗日法模擬砂漿環境下，盾構機刀盤與巖石之間的相互作用，巖石應力達到破碎時采用單元刪除技術消除掉已失去抵抗力的巖石。砂漿模擬為歐拉體，巖石及盾構機刀盤為拉格朗日體，其中盾構機刀盤模擬為剛體。
背景：該開口樁外徑1m, 壁厚0.05m, 靜壓貫入軟粘土深度為7.5m，模型在樁貫入所在區域采用精細化網格，總網格數約為100萬，應用耦合歐拉拉格朗日法解決海上開口鋼管樁貫入軟粘土的大變形問題。
將3D模型簡化為2D模擬往往可以極大節約計算的成本，耦合歐拉拉格朗日法理論上只能支持3D的數值模擬且往往需要大量的時間來完成巖土算例的高精度模擬；
本算例采用了假3D模擬來實現CEL在2D上的應用，利用軸對稱性質將CPT貫入砂土的過程簡化成了2D模型。
Coupled Eulerian–Lagrangian (CEL ) approach, 即耦合的歐拉拉格朗日法，在巖土領域的應用已被學界廣泛認可。它在解決Soil Structure Interaction （SSI）所引發的土的大變形問題具有一定的優勢，因為它可以避免傳統有限元在大變形中極易導致的網格畸變。
