孔壓
關注創建者：用戶_20634 創建時間：2022-11-08
孔壓的視頻教程
建模+后處理：ABAQUS模擬飽和黏土孔壓靜力觸探分析
使用ABAQUS軟件，還原了《靜力觸探貫入機理的數值模擬研究》中第五章模擬，使用軸對稱模型，靜力學方式模擬了貫入的過程，土體使用修正劍橋模型，分析了孔壓、位移、應力分布情況。
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Abaqus流體滲透/應力耦合分析步的使用之太沙基一維固結
適合abaqus土木和巖土工程方向初學者觀看學習，主要內容包括： 流體滲透-應力耦合分析步的使用 基于超孔壓的固結分析（孔壓、應力隨時間的變化） 排水邊界條件的設置
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孔壓的實例教程
（附件slpoe_allfix）
瞬態滲流不考慮固結沉降
（2）瞬態滲流考慮固結沉降時（采用Soil，Transient分析步，只約束邊界節點位移），邊坡水平面采用*Sflow邊界和只設置水平面零孔壓邊界均只需43子步完成計算，中間只報1U，收斂效果完全相同，孔壓隨時間動態演變，直至平衡。（附件slope_sflow2、slpoe_pore）
邊坡孔壓 /Pa（每個Frame0.5小時）
（3）瞬態滲流考慮固結沉降時，邊坡水平面和斜坡面均采用*Sflow邊界和設置水平面零孔壓邊界、斜坡面*Sflow邊界均只需43子步完成計算，中間只報1U，收斂效果完全相同，孔壓隨時間動態演變，直至平衡。（附件slope_sflow12、slpoe_pore_sflow1）
邊坡孔壓 /Pa（每個Frame0.5小時）
4. 隧洞算例（小三維C3D8P）
隧洞尺寸
（1）瞬態滲流不考慮固結沉降時，洞壁采用*Sflow邊界和采用零孔壓邊界收斂效果完全相同，但孔壓在第一子步就達到穩狀態定，沒有隨時間的變化過程。（附件tunnel_allfix）
第一子步孔壓計算結果 /Pa
（2）瞬態滲流考慮固結沉降時，洞壁采用*Sflow邊界和采用零孔壓邊界收斂效果完全相同，而且孔壓均隨時間動態演變，逐漸穩定。（附件tunnel_pore0、tunnel_sflow）
隧洞孔壓 /Pa（每個Frame0.1小時）
隧洞位移 /m（每個Frame0.1小時）
展開 孔壓通常有兩種表示形式，即總孔壓或超孔壓。超孔壓指的是超出靜水壓力的那部分。abaqus/standard中的流體滲透/應力耦合分析中可以基于總孔壓，也可基于超孔壓進行分析。當模型的重力載荷采用gravity分布載荷進行定義時，則基于總孔壓進行分析；若模型重力通過施加體力來實現，則采用的是超孔壓。分析中關心的是載荷引起的超孔壓分布及消散，當采用總孔壓進行分析，則需通過*initial conditions，type=pore pressure來定義初始總孔壓的分布，其中材料的密度應為干密度。流體滲透/應力耦合分析問題中采用的單元具備孔壓自由度，其單元類型標識符以字母P結尾表示孔壓單元。
飽和土體的流固耦合問題通常采用瞬態分析，進而求解孔壓、沉降隨時間的變化過程。abaqus/standard采用非對稱的剛度矩陣存儲和求解方法（當采用MC模型進行分析時同樣采用該方法）。
固結計算中一般采用自動時間步長，在該分析步中通常設置UTOL（增量步中允許的孔壓變化最大值）和CETOL（若材料模型中不包含蠕變材料特性，則不需設置此項）
進行流固耦合分析過程中，需定義滲透系數，滲透系數的單位應該與分析中的單位相對應，如m/d（天），type（類型）選擇各向同性，液體重度（間隙流體比重）通常為9.8，同時還需定義孔隙比；隨著土體的固結沉降，孔隙比在深度方向上是變化的，通常為了簡化計算，孔隙比會設置為常數，當然在軟件中也可以設置沿深度變化。嚴格上來說，由于孔隙比的變化，干密度的取值也是變化的。（相關子程序中可以自行定義，這里不再贅述）
子選項中的數值通常在非飽和土體中進行設置
在進行流固耦合分析中，通常需另外設置排水邊界，即在土體表面設置零孔壓面，區域的選擇是結點（node)集合而不是面集合（surf。
展開 螺紋孔螺栓連接
螺紋孔螺栓連接是十分常見的連接形式，當安裝空間不足或不便布置螺母時，這種連接形式就成為了首選方案。
2. 螺紋孔螺栓連接的不足
一般情況下這種連接形式可以滿足常見的應用需求，但部分應用中這種連接形式存在一定先天不足。
例如：
1，用于密封面時，這種連接形式的面壓分布均勻性較差，可能導致泄漏。
2，孔口部位變形較大，用于輕金屬時更加明顯（輕金屬彈性模量和屈服強度普遍偏低）。
與通孔螺栓連接不同，螺紋孔螺栓連接的“變形體”體積較小，帶來的影響就是螺紋孔孔口的變形、應力都比較高，而且這部分材料承受了拉伸力，造成局部材料變形。
當螺紋孔螺栓連接用于密封應用時，被連接件之間通常存在密封墊，密封墊剛度低，孔口局部變形更加明顯。這也造成密封墊的面壓分布不均，嚴重時引起泄漏。
3. 改善方法
可以通過在螺紋孔處設計沉孔來改善這些問題，這種方法成本極低且占用空間較少。
在《內燃機設計》（楊連生）中是這樣表述的：
機體上氣缸蓋螺栓孔的上端應有深度約為0.3d1的沉孔（d1為螺紋外徑），以避免氣缸體頂面的局部變形。
可見，在螺紋孔處設計沉孔是作者強烈推薦的設計方案。
使用CAE來分析沉孔的效果。
案例描述：
部件材料：鋼
螺栓規格：M14
螺栓軸向預緊力：60000N
摩擦系數：全部按0.15
螺紋部位采用：螺紋接觸幾何修正
模型：線性，未考慮材料屈服。
螺栓預緊力加載后可以觀察到，螺紋孔周圍的面壓高于遠離螺紋孔的部位。在沒有設計沉孔的部件上，孔口周圍面壓集中度很高，而在具有沉孔設計的部件上，孔口周圍的面壓分布均勻性有很大改善。
展開 將邊坡前緣孔壓設置為零，降水滲透基底處孔隙水壓不為零，透水界線設置為離坡底位置10米處，其它區域設置為不透水界線。邊坡土體經過雨水的滲透，會逐漸滲入土體內部，導致土體飽和度增加，同時加大了孔隙水壓強。降雨強度為72h, 邊坡不同位置的孔隙水壓分布云圖。如圖2所示。
邊坡孔隙水壓沿深度逐漸減小，坡底處孔壓最高。邊坡最大孔隙水壓受降雨強度影響，降雨強度由5mm/h提高到10、15、20mm/h, 最大孔壓分別提高到107.5、109.7和110.9kPa。隨 著降雨強度的加大，邊坡安全系數在降雨持續72h內逐步降低，見表2。這是因為降雨降低了坡面土體的抗剪強度。降雨強度增大，孔隙水入滲程度增大，導致土體的抗剪強度明顯降低。
表2 不同雨量強度下邊坡安全系數
不同降雨強度下邊坡等效塑性應變云圖，如圖3所示。從圖中可以看出，降雨強度對邊坡塑性應變有一定影響。在降雨強度不同的情況下，邊坡的失穩區域從坡腳發展到坡頂，并形成連續近似圓弧的面，可視為滑動面。其中，15mm/h雨量強度下的斜坡塑性區貫穿的情況更為明顯。此外，隨著降雨強度的加大，邊坡最大塑性應變也有所提高。例如，降雨強度為15mm/h時，邊坡可塑性應變最大為4.306×10-1,而降雨強度為5和20mm/h時，邊坡塑性應變最大為5.446×10-2和8.394×10-2。
圖2 雨量強度不同的邊坡孔壓分布情況
圖3 不同于下坡雨量強度應變示意圖
2.2 降雨持續時間對邊坡滲流的影響
不同降雨持續時間情況下，邊坡孔隙水壓分布云圖，如圖4所示。隨著降雨持續時間的增加，邊坡孔隙水壓逐漸增大，同時受降雨持續時間影響的還有邊坡最大孔隙水壓。最大孔隙水壓在降雨持續7h后達到最大值104.3kPa。降雨持續24h后，邊坡最大壓孔達121.3kPa。
展開 注意到這兩個公式實際上與孔壓的單位有關。參照文獻2，猜測應該用Pa。書里面的數據應該是錯的，深表歉意。
圖1
算例的說明
（1）基質吸力的初始分布
在之前的算例中，初始孔隙水壓力隨高度線性分布，在水位以上越高，孔壓越小（負值）。實際上基質吸力不會那么大。本例中參考文獻1（圖2），認為孔壓最小為-60kPa，即水位以上孔壓從0變化到-60之后不再變化。為便于設置，建模時將相應區域分割開（圖3）.
圖2
圖3
（2）非飽和材料的參數設置
非飽和土需要設置sorption選項，給定孔壓和飽和度之間的關系（圖4），ABAQUS會根據這個關系確定初始的孔隙比。另外在Permeability中通過子選項設定折減系數與飽和度之間的關系。
圖4
（3）初始應力的外部導入
先將材料設為彈性，設置一個soil分析步，選為穩態分析，設置所需要的孔壓分布邊界條件（地下水位在坡腳），通過gravity施加重力荷載，計算得到初始應力分布。
將cae文件另存為一個，改變材料，將第一個分析步replace為geostatic分析步，在load模塊中指定初始應力來源為外部數據庫（圖5，下載cae文件后需按實際情況修改）。如果geostatic分析步不易平衡，可嘗試將步長由固定變更為自動。
圖5
（4）降雨入滲的邊界條件
這里通過指定流量模擬降雨。在load模塊中create load選擇類別fluid中的surface pore fluid，指定降雨量為40mm/h。這里入滲強度和土體參數只是為了演示效果。
土坡坡腳沒有設置降雨入滲條件。這是因為本例中地下水位固定在坡腳處，降雨后認為該處孔壓仍然保留為0。
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孔壓的最新內容
本文基于頂管隧道開挖方法，考慮注漿層（注漿層彈性模量固定未采用場變化方法），分析注漿頂進的過程，采用soil分析步，考慮頂進過程中模型飽和度和孔壓的變化。
土體單元類型采用四結點軸對稱雙線性四邊形孔壓單元(CAX4P)，CPTU探頭采用剛體單元(RAX2)。在開展數值模擬時，CPTU的貫入過程導致土體的大變形，引起的網格畸變，會造成收斂困難。為了減輕CPTU貫入過程中的網格扭曲程度，將網格以左上至右下的方式，掃掠生成四邊形網格。紅色部分為剛體細管和錐頭的缺口，保持完整的土體單元，加快地應力平衡分析步的計算速度和收斂性，地應力平衡后，刪除該部分單元。
適用于二維、三維實體part插入零厚度cohesive單元，零厚度孔壓單元（選中添加孔壓節點選項）。
土力學：（李廣信，高等土力學，P337）
15= 20-5 總應力為20kPa壓應力，15kPa有效壓應力，5kPa孔壓。
專利摘要顯示，本實用新型公開了一種應用擴散焊的三維均溫板，該技術通過底板與電路板連接，采用高分子擴散焊工藝將多個散熱板反向交錯焊接在一起形成散熱部，進而焊接于安裝槽底部，形成嵌套的第一流道和第二流道，以及通過定位孔壓合焊接的第三流道，簡化了工藝流程并節約了生產成本。通過向這些流道內通入液冷水，可以有效地將熱量傳導出去，實現了散熱效果好并且散熱效率高的效果。
結果表明：隨著邊坡降雨強度或持續時間的增加，邊坡最大孔壓逐漸增大，穩定性系數逐步降低。總降雨量相同的情況下，短期暴雨對粘性土坡的影響更為明顯，造成孔壓升高，邊坡穩定性下降。研究結果對邊坡穩定性評估提供參考。
Δｐ———氣閥流動阻力損失
ｐ———吸排氣名義壓力
ｐ０———氣閥流道內的平均壓力
3 閥隙壓力脈動及壓縮機噪聲試驗
為了盡可能準確的采集到吸、排氣腔及壓縮腔
內氣體壓力脈動信號，在氣缸頂隙處及缸頭吸排氣閥腔內部開設引壓孔設置壓力測點
3) 測壓孔布置方案
根據前述測量值計算方法，每兩個相鄰測壓孔之間壓力分布不應有較強非線性。考慮到圖2和圖3中弦向比例x/l為0~0.07時壓力變化較劇烈的位置距離鉸鏈軸非常近，則應在該段適當加密測壓孔。根據以上分析，本文取弦向比例為0.04, 0.07, 0.15, 0.3, 0.5, 0.8作為測壓孔位置。
雖然可以疊加顯示出裂縫周邊實體單元的應力、孔壓等場量輸出，但在表現裂縫自身場量結果時沒有線圖直觀，如下例中顯示縫寬的效果對比；
2. 很難像線圖那樣凸顯天然裂縫或顆粒邊界以及其它特殊位置的Cohesive單元；
3.
有了該功能，在進行水力壓裂模擬時，可采用二階三角形孔壓單元C3D6MP進行網格劃分，裂縫擴展路徑將更復雜多樣。
POLARIS_MesoConcrete V2023.1
功能：
用于生成二維、三維復合材料細觀模型，是一款前處理插件。
