有限元強度折減法
關注創建者：匿名 創建時間：2021-12-06
有限元強度折減法的視頻教程
邊坡強度折減法在ABAQUS中的實現方法
介紹了： 強度折減法的原理 強度折減法的優勢 強度折減法的應用場景 強度折減法與極限平衡法的差異 強度折減法判定邊坡安全系數的三類方法 強度折減法在ABAQUS中的實現過程 關鍵點位移突變曲線的提取與數據處理 塑性區域貫通法的判定標準
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降雨入滲條件下土質邊坡流固耦合分析與強度折減法穩定性分析
第1部分：降雨入滲條件下土質邊坡響應的流固耦合分析方法 第2部分：降雨入滲條件下土質邊坡穩定性的強度折減分析方法 第3部分：降雨入滲條件下土質邊坡任意時刻穩定性的批量實時分析方法
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有限元強度折減法的實例教程
附件一：SlopeSR插件
附件二：插件英文使用說明
另附網址：基于SIMULIA Abaqus的有限元強度折減法－技術鄰社區 (jishulink.com) 插件中文使用說明。
采用ANSYS有限元強度折減方法對滑坡穩定系數進行求解，通過有限元強度折減方法對不同工況下滑坡穩定系數進行計算，并將模擬計算值與極限平衡方法進行對比，驗證了強度折減方法的有效性。
有限元強度折減法是20世紀70年代末由英國科學家Zienkiewicz提出的，是通過不斷提高強度折減系數來降低坡體巖土抗剪強度參數，并反復試算，直到達到極限破壞狀態，程序自動根據彈塑性有限元計算結果得到滑動破壞面，同時得到滑坡的強度儲備安全系數。該方法在理論體系上比極限平衡法更嚴格，它全面滿足了靜力許可、應變相容以及土體的非線性應力-應變關系。
地震荷載加載前需要對模型進行模態分析求解，來獲得固有頻率及瑞麗阻尼系數，然后再對模型進行動態加載。
第一步：模型建立、施加邊界條件、自重工況下強度折減
第二步：模態分析求解
第三步：求解瑞麗阻尼系數、地震波加載
展開 來源：達索系統大土木工程BIM發展聯盟
1強度折減原理及算法
① 強度折減原理
基于強度儲備概念的安全系數fs的定義為：當材料的抗剪強度參數c、f 分別用其臨界強度參數cc、fc所代替后，結構將處于臨界平衡狀態，其中
在用有限元法尋找fs時，通常需要求解一系列具有下列強度參數ci和fi的題目
其中Zi為強度折減系數。若某一問題的解接近臨界平衡狀態，就將安全系數fs取為對應的Zi。
對于巖石類材料，若其滿足Mohr-Coulomb準則，則其摩擦角 f 和泊松比 n 應滿足不等式[1, 2]
在對強度參數c、f 打折扣時，為了保持不等(5)式成立，可假定始終有如下關系式成立
式中，fi和v對應于折減系數Zi，β為常數
其中f和n為巖石真實的參數。由式(7)知，β≥1。
當時，必有，由式(7)可知，巖石表現為無抗剪強度但又不可壓縮的水，由此可見式(7)的合理性。
隨著ci、fi的降低，vi增大，而Ei將減小。因為式(6)已經定義了vi的變化規律，我們將按照下式來定義Ei
其中E和vi為巖石真實的參數。
② 算法
我們建議的用有限元法計算安全系數的算法如下
1) 由(7) 式求得參數β；
2) 給定一個強度折減系數Zi，由(3)和(4)分別求得ci和fi；
3) 由式
和
求得Ei和vi；
4) 以Ei、vi和ci、fi為參數做有限元分析；
5) 若已達到了極限狀態，取安全系數fs=Zi，結束分析；否則取一個新的強度折減系數Zi重復第2)步。
展開 通過有限元分析，水利工作者可以獲得壩體的應力場，并預判壩體的位移和破壞面，為排查水利風險提供決策支持。
對于非均質的土石壩，常采用強度折減法進行非線性穩定性分析。
邊坡穩定性數值分析的方法有很多種，主要有有限元法（包括有限元滑面搜索法和有限元強度折減法）、自適應有限元法、離散元法、拉格朗日元法、界面元法等。有限元強度折減法可以考慮復雜邊坡計算，考慮巖土的彈塑性本構關系，能夠模擬失穩過程，得到準確的安全系數，并為邊坡加固作指導，因此本文采取有限元強度折減法來分析邊坡的穩定性。
強度折減法，顧名思義，簡單來說就是通過降低強度參數來得到結構達到極限破壞狀態的方法。對于邊坡穩定先分析，具體解釋為：通過修改邊坡巖石的材料參數，不斷降低巖土的抗剪強度參數，直到邊坡達到極限破壞狀態。邊坡巖土的抗剪強度參數主要是粘聚力с和內摩擦角，折減時粘聚力c直接除以折減系數Fzj得到新的粘聚力；相應地，內摩擦角的正切值除以折減系數Fzj得到新的內摩擦角的正切值，繼而求得內摩擦角的大小。將得到新的作為新的巖土材料參數再進行計算，通過不停地折減巖土強度參數，反復計算，直到達到相應的失穩條件，即失穩判據。
ANSYS有很好的二次開發功能，采用APDL二次開發語言可以進行參數化建模和分析，有利于多模型的計算。本文的邊坡穩定性分析采用折減強度法進行仿真分析，為了更加方便地的計算，本文也采用APDL二次開發參數化計算，這樣可以節省大量的前處理時間。
1 邊坡模型
地層巖性方面主要為：第四系殘坡積層(el-dlQ)：零星分布于斜坡表面，巖性為粉質粘土混碎石顆粒，結構松散，厚度4～9m；燕山期角閃花崗巖(γ52（2）)：巖性為灰綠、青灰色角閃花崗巖，細?！[晶結構，局部具花崗結構，風化作用強烈，依風化程度風化帶可以分為以下四類（從上往下）：
a.全風化帶：巖石結構松散，多為粒砂狀，土狀，巖石強度較低，手扳或鎬挖即碎。該帶的厚度自坡底至山頂約為10～30m。
b.強風化帶：巖體為碎裂狀結構，巖體風化裂隙發育，該帶厚度5～10m。
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煙道結構
煙道壁厚5mm，圖1為煙道結構及其支座示意圖、除塵器支座設置示意圖。
圖1 袋除塵煙道結構及其支座、除塵器支座設置示意圖
建立模型
由于進氣煙道與殼體之間沒有膨脹節，因此需要考慮殼體的熱膨脹對煙道的影響，殼體已經過計算滿足要求，本模型無需建立加強筋等部件，如圖2所示。出氣煙道與除塵器之間設置有膨脹節，故單獨建立出氣煙道模型
算例導讀：
強度折減法最早是Zienkiewicz提出，其基本實質是材料的c和φ逐漸降低，導致某單元的應力無法和強度配套，不能承受的應力轉到周圍土體中去，從而出現連續的滑動面。本算例通過三維均質土坡穩定性分析來說明如何用強度折減法計算的安全系數。
算例需知：
需要CAE源文件的請添加微信（CivilTutor）說明來意或通過附件下載。
算例結果：
有限元強度折減法是20世紀70年代末由英國科學家Zienkiewicz提出的，是通過不斷提高強度折減系數來降低坡體巖土抗剪強度參數，并反復試算，直到達到極限破壞狀態，程序自動根據彈塑性有限元計算結果得到滑動破壞面，同時得到滑坡的強度儲備安全系數。該方法在理論體系上比極限平衡法更嚴格，它全面滿足了靜力許可、應變相容以及土體的非線性應力-應變關系。
閔博士對仿真組件中數據同化模型、非飽和-非穩定滲流仿真模型、有限元強度折減法邊坡穩定分析模型、基于網格自適應技術的剛體極限平衡法邊坡穩定分析模型和大壩抗震動力學分析模型也進行了詳細闡述。
參會嘉賓對閔博士的報告內容表現出強烈興趣，并在會后與遠算進行了深入探討。
01
應用背景
（注：本帖數值模擬部分均為原創，接觸分析一直是模擬能否計算準確的關鍵，很難收斂，在此希望本帖能對研究接觸分析的有所幫助，從中有所收獲，希望大家能夠為該帖多多支持，為該帖投上一票，不勝感激！）
1. 引言
本文目的是通過對不銹鋼梁柱高強螺栓摩擦型連接節點進行精細化有限元分析，以確定該節點破壞機制、延性以及抗震性能。為此，本文對單調和循環荷載下不銹鋼梁柱高強度螺栓摩擦型連接節點進行真實精細化數值模擬
各有關單位：
隨著智能制造和“工業4.0”建設步伐加速，CAE一直是產品開發過程中的催化劑，大大提高產品性能，降低研發成本，同時能夠使產品快速地推向市場。通常情況下
汽車工程、船舶工程、家電、軍工、航空航天、工程機械、軌道交通
等領域產品在實際使用過程中不僅會遇到簡單靜強度破壞問題而且還會遇到各種更復雜的情況，如振動、沖擊、疲勞等現象，控制不好往往會使零部件壽命縮短、機械系統產生巨大噪音
ANSYS 輸電塔模型，模型完整，附件有詳細模型db文件以及命令流，模型沒有問題可以計算，展示圖為添加重力進行的靜力分析，計算結果圖：
模型圖：
Abaqus強度折減法計算邊坡的安全系數是采用設置場變量的方法，在分析計算過程中，逐步折減土體強度參數，當土體強度參數折減到很小時候，土體塑性區貫通，模型由于塑性變形過大無法計算下去的時候，這時候的場變量數值即為安全系數。
以某加固工程公路邊坡為原型，邊坡土體為黃土狀粉土，邊坡高度為11m，其主要物理力學性質列于表2.1，其中支護采用錨桿支護。
2.1 土體物理性質
土層名稱
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