靜水壓力的案例
COMSOL中設置靜水壓力為初始地層壓力 ￥30
提供COMSOL地下水流動模塊設置靜水壓力為初始地層壓力的算例，具體案例在帖子后面。
通過自定義實現ls-dyna靜水壓力的實現 ￥200
通過自定義函數實現ls-dyna的靜水壓力梯度，自認為是所有方法里面，靈活度最高，相對邊界的選擇更靈活的方法，計算過程效率相對較高，不會影響其余部分的計算，總之就是最優解
k文件見附件
靜水壓力調試經驗貼
*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL
$ EOSID C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6
1 -1E5 0.00 0.00 0.00 0.40 0.40 0.00
$ E0 V0
2.5E5 1
$
調試結果
1.重力+無初始化+無質量阻尼
壓力云圖
壓力時程曲線
波形震蕩非常厲害
2.重力+無初始化+質量阻尼（采用4*pi/基頻周期）
質量阻尼采用*DAMPING_PART_MASS關鍵字
壓力時程曲線
波形有明顯改善，附k文件
hydrostastic_float.rar
3.重力+動力松弛靜水壓力初始化+質量阻尼（采用4*pi/基頻周期）
*DEFINE_CURVE開啟動態松弛，見k文件
float11.zip
，底部壓力正好是pgh
壓力時程曲線
4.重力+LOAD_DENSITY_DEPTH+質量阻尼（采用4*pi/基頻周期)
壓力云圖
壓力時程
展開 CFD學習：靜水壓與滲透壓有什么區別？
作者Cadence CFD 解決方案
關鍵要點
流體在接觸表面的每單位面積上施加的垂直力稱為靜水壓力。
滲透壓是施加在溶液上的壓力，它阻止流體通過半透膜運動。
滲透壓取決于沸點升高、凝固點降低、蒸氣壓降低等特性。
有沒有想過靜水壓和滲透壓之間的區別？
想象一個裝有溶液的容器，其中插入了一個充滿溶劑分子的半透膜管。溶劑分子通過半透膜向溶液側移動，直到對溶液施加滲透壓。滲透壓在確定溶液吸收溶劑的傾向方面起著至關重要的作用。容器中的溶液在任何時候也會承受靜水壓力。
為了更好地理解這一點，讓我們探討流體靜水壓與滲透壓之間的差異。
靜水壓力
無論狀態如何，物質都會施加壓力。在液體和氣體中，施加在容器所有側面的壓力是相同的。流體在接觸表面的每單位面積上施加的垂直力稱為靜水壓力。靜水壓力總是與密閉空間相關聯。例如，容器中的液體對其壁施加壓力。在這種容器中，底部對壁的靜水壓力比頂部更大。
影響靜水壓力的因素
在流體平衡中，由于重力作用，靜水壓力會在任何時間點施加。靜水壓力在底部最大。影響靜水壓力的因素是流體的密度、重力加速度和從表面測量的液柱深度。靜水壓力與流體的深度成正比。
計算靜水壓力
要計算靜水壓力，請使用以下公式：
P = pgh
? 是流體的密度
h 是液柱的高度
g 是重力加速度
液體越稠密，施加在浸沒物體上的靜水壓力就越高。
大氣壓力對靜水壓力的影響
通常，靜水壓力以帕斯卡為單位測量。當流體靜止或靜止時，施加在其中的壓力形成靜水壓力測量值。大氣中的空氣在建立流體力方面起著關鍵作用。大氣在流體表面施加的向下的力稱為大氣壓。大氣壓力施加在表面上，而靜水壓力存在于整個流體的深度。
展開 
Abaqus/CAE中定義與深度相關的載荷
在使用有限元分析時，有時候會遇到與深度相關的載荷，如：靜水壓力、地應力等。Abaqus/CAE提供了直接定義這兩種載荷的方式，下面通過簡單的例子介紹如何操作以及使用中應該注意到問題。
靜水壓力載荷的定義
假設高100M的壓力容器，需在其內部定義靜水壓力，如下圖1：
圖1 高100M的壓力容器內部施加靜水壓力
靜水壓力在Pressure下定義，分布形式選擇Hydrostatic。根據壓力的計算公式：p=ρgh，得知最深出的水壓為980000Pa。還需要定義零水位高度坐標值（Zero pressure height）和水位最深高度坐標值（Reference pressure height），這里分別輸入100和0。如下圖2所示。
圖2 靜水壓力的施加
進行簡單的計算后，發現壓力云圖如下，靜水壓力分布和預期的完全不一樣。
圖3 靜水壓力云圖
問題出在什么地方呢？這是因為Abaqus默認深度在Z軸方向上，而我們在建模時，將深度方向放在了Y軸方向，如圖1。
將深度方向放在Z軸方向上后重新計算，得到的靜水壓力分布如下：
圖4 深度方向放在Z軸（左）以及靜水壓力云圖（右）
注意到筒底的靜水壓力接近于980000Pa，筒頂的靜水壓力也不是0Pa。這是因為云圖中的數值來源于單元的積分點，而不是節點。
靜水壓力也能用于2D模型，只是需要注意到是，此時，深度方向在Y軸方向。
地應力的施加
Abaqus/CAE中施加地應力時，需要在預定義場中定義，如下圖5所示，載荷類型為Geostatic。
圖5 地應力的施加
需要定義的參數：第一點的深度坐標值與對應的垂直應力；第二點的深度坐標值與對應的垂直應力；兩方向的側向土壓力系數。
展開 聊一聊應力狀態，有誤請包涵指正
以靜水壓力軸為法向，過坐標原點的平面稱為π平面。π平面上的應力狀態有σ1+σ2+σ3=0，為偏應力狀態。如下圖所示，對于任意的應力狀態(σ1,σ2,σ3)，均可以將其在主應力空間中分解到靜水壓力軸上和π平面上，分別是靜水壓力部分σm和應力偏量部分s，這在塑性力學上是十分重要的。靜水壓力部分使物體產生體積變化，應力偏量部分使物體產生形狀變化。
因此，靜水壓力部分的應力狀態為：
自然的，應力偏量部分為：
由于應力偏量的主應力之和等于0，即
可以得到
靜水壓力應力狀態在主應力空間中的矢量長度為
應力偏量s在主應力空間中的矢量長度為用π平面將物體切開，根據斜截面應力的計算公式，切開后該點的應力為:
將應力矢量投影到切面的法向，也就是靜水壓力軸方向，得到切開面上的正應力的大小也等于σ0。
切面上的切應力的大小為
研究所有法向量為，過主向空間原點的平面，這樣的平面一共有8個，π平面是其中之一。發現這些面上的正應力、切應力的大小與π平面的情況相同，均為
將這些面沿著各自的法相平移同樣的距離，就構成一個八面體，因此將這些面統稱為八面體面。這些面上的應力在塑性理論中是十分重要的。
對于mises屈服材料，例如鋼，當τ大于某一個閾值R時，認為材料進入屈服階段，這個閾值可以通過材料的單軸拉伸試驗獲得。mises屈服條件可以理解為：主應力空間應力矢量的末端落在以靜水壓力軸為軸線，R為半徑的圓柱體外，那么材料進入屈服。更為準確的理解是：當形狀改變能(畸變能)或八面體上的剪應力達到某一閾值時，材料進入屈服。
展開 水和空氣域進行靜水壓力初始化
第一種：*INITIAL_HYDROSTATIC_ALE
第二種：*ALE_AMBIENT_HYDROSTATIC
?
LS-DYNA | 水下爆炸氣泡脈動過程 ￥135
由于重力的作用，使得靜水壓力沿水深呈梯度分布，因此氣泡在脈動的過程中，還會伴隨著氣泡形狀的變化以及上浮等問題。受流體內壓力不均的影響，最終會氣泡射流，破壞氣泡完整性而潰滅。
對氣泡射流的研究是水下爆炸重要的研究課題。在數值計算中可通過設置靜水壓力沿水深梯度變化的方法來模擬靜水壓環境，在LS-DYNA中可采用*INITIAL_HYDROSTATIC_ALE關鍵字完成靜水壓力的設置。
圖 水下氣泡脈動及壓力釋放過程
----------張思遠，王志強等《水下針-板放電氣泡脈動及沖擊特性》
計算模型
采用二維ALE算法建立軸對稱數值計算模型。計算模型寬為10m，高為10m，其中上部分為空氣（3m），下部分為水（7m），通過體積填充的方式在水下5m處填充球形TNT藥包（半徑為2cm）。采用*INITIAL_HYDROSTATIC_ALE關鍵字施加由重力引起的靜水壓力梯度。
圖 計算模型
計算結果
通過計算最終得到了球形TNT藥包在水下5m處起爆后，前1.5個周期內氣泡脈動以及氣泡形狀的演變過程，如下圖所示。
圖 氣泡形狀變化
小結與思考
（1）氣泡脈動過程的模擬具有較高的網格尺寸敏感性，
（2）采用二維軸對稱模型能夠降低網格數量，且能實現很好的計算結果；
（2）另外*ALE_AMBIENT_HYDROSTATIC也能實現靜水壓力梯度設置。
模型K文件、建模視頻及講解文檔見付費內容，謝謝支持！
展開 在 COMSOL 中分析特殊的多孔彈性超材料
下一步，施加外部壓力。選定幾何的外部邊界，并采用很大的角度公差后，模型顯示未選定隱藏體積的內部邊界，如下圖所示
外部邊界設置。圖片來自 Jingyuan Qu 和 Muamer Kadic。
然后施加靜水載荷作為邊界荷載，即壓力（P）。
添加作用于所有外邊界的法向力作為靜水壓力。圖片來自 Jingyuan Qu 和Muamer Kadic。
多孔彈性超材料結構的多角度視圖。圖片來自 Jingyuan Qu。
作為比對點，研究人員還研究了一個普通的多孔結構和一個由連續各向同性材料制成的立方體。當周圍的靜水壓力增大時，兩個結構的體積都會縮小。在相同的條件下，多孔超材料則會膨脹，突出了自身的等效壓縮性特征。
后續步驟
通過大量的研究，該小組能夠捕獲超材料的行為，改進設計，并利用這些信息加快進入制造階段。雖然利用傳統的加工技術來制造這類材料并非不可能，但是 3D 打印可以作為制造負壓縮性超材料的替代選擇。3D 打印機可以使用在靜水壓力下收縮的普通材料來制成這種超材料。
Qu 指出，因為即使在高壓環境中，超材料也能夠保持恒定不變的等效體積，或許可以在高壓應用中發揮特殊作用。
本文來自 ：COMSOL 博客
展開 在 COMSOL 中分析特殊的多孔彈性超材料
下一步，施加外部壓力。選定幾何的外部邊界，并采用很大的角度公差后，模型顯示未選定隱藏體積的內部邊界，如下圖所示
外部邊界設置。圖片來自 Jingyuan Qu 和 Muamer Kadic。
然后施加靜水載荷作為邊界荷載，即壓力（P）。
添加作用于所有外邊界的法向力作為靜水壓力。圖片來自 Jingyuan Qu 和Muamer Kadic。
多孔彈性超材料結構的多角度視圖。圖片來自 Jingyuan Qu。
作為比對點，研究人員還研究了一個普通的多孔結構和一個由連續各向同性材料制成的立方體。當周圍的靜水壓力增大時，兩個結構的體積都會縮小。在相同的條件下，多孔超材料則會膨脹，突出了自身的等效壓縮性特征。
后續步驟
通過大量的研究，該小組能夠捕獲超材料的行為，改進設計，并利用這些信息加快進入制造階段。雖然利用傳統的加工技術來制造這類材料并非不可能，但是 3D 打印可以作為制造負壓縮性超材料的替代選擇。3D 打印機可以使用在靜水壓力下收縮的普通材料來制成這種超材料。
Qu 指出，因為即使在高壓環境中，超材料也能夠保持恒定不變的等效體積，或許可以在高壓應用中發揮特殊作用。
本文來自 ：COMSOL 博客
展開 特殊多孔彈性超材料的仿真分析
下一步，施加外部壓力。選定幾何的外部邊界，并采用很大的角度公差后，模型顯示未選定隱藏體積的內部邊界，如下圖所示
外部邊界設置。圖片來自 Jingyuan Qu 和 Muamer Kadic。
然后施加靜水載荷作為邊界荷載，即壓力（P）。
添加作用于所有外邊界的法向力作為靜水壓力。圖片來自 Jingyuan Qu 和Muamer Kadic。
多孔彈性超材料結構的多角度視圖。圖片來自 Jingyuan Qu。
作為比對點，研究人員還研究了一個普通的多孔結構和一個由連續各向同性材料制成的立方體。當周圍的靜水壓力增大時，兩個結構的體積都會縮小。在相同的條件下，多孔超材料則會膨脹，突出了自身的等效壓縮性特征。
后續步驟
通過大量的研究，該小組能夠捕獲超材料的行為，改進設計，并利用這些信息加快進入制造階段。雖然利用傳統的加工技術來制造這類材料并非不可能，但是 3D 打印可以作為制造負壓縮性超材料的替代選擇。3D 打印機可以使用在靜水壓力下收縮的普通材料來制成這種超材料。
Qu 指出，因為即使在高壓環境中，超材料也能夠保持恒定不變的等效體積，或許可以在高壓應用中發揮特殊作用。
來源：COMSOL
展開 
Abaqus基于JH2本構的脆性材料沖擊仿真及SHPB模擬
JH2模型包括應變率、靜水壓力以及與損傷相關的強度模型和多項式形式的狀態方程。它是在JH1模型基礎上，加入強度的連續損傷劣化效應來描述材料的梯度破壞過程。加載過程中材料首先表現為彈性性質，直到應力水平達到材料的屈服極限，材料開始發生損傷。隨著損傷的逐漸積累，脆性材料發生劣化，最終完全破碎。
JH2強度模型是將材料的等效應力表示成靜水壓力的冪函數形式并且與應變率和損傷因子Ｄ相關，其中定義的歸一化強度模型為
當材料未發生損傷D=0時，歸一化等效應力可以表示為
當材料完全破碎D=1時，歸一化等效應力為
p*為歸一化靜水壓力
由裂紋導致的損傷
其中
裂紋產生前靜水壓力為
裂紋產生后需要加入壓力增量ΔP
其中
Abaqus自帶的材料模型中并沒有JH2本構，但是其提供了內置的子程序以供調用。使用內置子程序需要以ABQ_JH2_作為前綴，比如ABQ_JH2_GLASS。JH2的材料設置時，一共由8個狀態變量，第8個狀態變量控制網格刪除。各變量的含義如下。
材料屬性的含義如下
下圖為通過JH2本構進行的相關的沖擊模擬
此外，本貼根據JH2本構的相關理論，編寫了JH2本構的VUMAT子程序，并對脆性材料的SHPB試驗進行了模擬，以下是相關的結果。
試驗件失效示意圖
入射和透射桿上的應變響應
有關于abaqus子程序開發的相關問題可以聯系公眾號。
展開 LS-DYNA流固耦合--模擬靜水壓力、浮力、無板造波技術等的課程說明 ￥250
1、*INITIAL_HYDROSTATIC_ALE
2、*ALE_AMBIENT_HYDROSTATIC
3、*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL
4、*INITIAL_VOLUME_FRACTION_GEOMETRY
5、方向向量的創建
6、流固耦合關鍵字
7、曲線的函數表示方式
8、S-ALE創建方法及關鍵字的使用
讓你掌握又一種方式的流固耦合分析，并且對浮力、水壓力不可忽略的類似仿真得心應手，并且會在課程中介紹無板造波等相關知識
CFD|大壩設計穩定性評價
part1：
1.永久荷載：包括結構的重量和永久重量、土壓力、粉土壓力、地應力、圍巖壓力、預應力。
2、 可變荷載：包括靜水壓力、揚壓力、水動力壓力、水錘壓力、波浪壓力、外部水壓、風荷載、雪荷載、冰壓力、凍脹力、溫度荷載、土壤孔隙水壓力、灌漿壓力等。
3.偶然荷載：包括校核洪水位時的地震作用、靜水壓力、揚壓力、波浪壓力和水重。
一般來說，流體分析通常用在考慮水負荷的情況下。然而，一些條件，如靜水壓力、土壤滲透等，可以通過經驗公式進行計算。超出該范圍的情況需要CFD分析。
如潰壩、泄洪、排澇等
明渠流動廣泛應用于天然河流、人工河道和專業水工建筑物中，在與明渠有關的水力學設計中，明渠斷面形狀、渠道形狀、底坡和渠道粗糙度應滿足最佳水力斷面和無沖淤流速的要求，以滿足河流或渠道系統的輸水能力。
其次，在滿足基本水力設計的基礎上，要滿足水閘、大壩、堰和泄水建筑物中水流的穩定流態，并盡量控制偏斜、脫墻、回流和渦流等不利流態。
對于泄水建筑物，還需要保證下游水流的連接形式和不同連接形式的消能方式，以減少回流和涌浪的影響。
展開 巖壇辯難：我們向巖土界提出的第4個問題！
綜上，定義為滲透壓力產生的浮力應不合適。
但滲透壓力不直接產生浮力，滲流本身卻會引起附加的浮力，主要是基于靜水壓力按照較低的水頭來計算的情況，因為不管是結構底板下存在水平方向的滲流，還是有斜向的滲流存在，底板底面的理論水頭（不考慮實測水頭可能會折減的因素）都高于較低水位的靜水壓力水頭，兩者的水頭壓力差，應該就是規范意圖定義的“穩定滲流產生的浮力”，若修改為“穩定滲流產生的附加浮力”竊以為更佳。配圖一張，請忽略畫工。
康總對浮力的定義提供了如下參考
康總對各浮力的定義提出以下參考：
關于浮力、浮托力、揚壓力、滲透壓力、承壓水壓力
浮托力：
地下建筑物受靜水位或下游水位作用，在其底面所受的均布向上的靜水壓力。只與下游水位及底面積有關系，其大小等于γw×h下×A；
滲透壓力（為動水壓力）：
當上游水位比下游水位高時即產生滲流，滲流場產生的水壓力即為滲透壓力（為動水壓力），其大小為水力梯度i×γw；在水工建筑設計中通常指因上、下游水位差使滲水流動各點水壓強度超過下游水位的部分。
揚壓力：
定義2：因上、下游水位差而產生的滲流作用于建筑物基底截面或其他截面的力（等于浮托力與滲透壓力之和）。建筑物及其地基內的滲水，對某一水平計算截面的浮托力與滲透壓力之和。
浮托力與滲透壓力之和即為揚壓力，γw×h下×A+i×γw。
當上、下游水位相等時，無滲透壓力，此時揚壓力等于浮托力，其大小等于γw×h×A，與建筑物的形狀無關，只與底面積有關。
浮力：
在重力場中，流體中的物體由于和周圍流體的密度差而受到的垂直向上的力。
展開 