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登錄有限元強(qiáng)度折減法的案例
基于SIMULIA Abaqus的有限元強(qiáng)度折減法插件SlopeSR分享
附件一:SlopeSR插件
附件二:插件英文使用說(shuō)明
另附網(wǎng)址:基于SIMULIA Abaqus的有限元強(qiáng)度折減法-技術(shù)鄰社區(qū) (jishulink.com) 插件中文使用說(shuō)明。
ANSYS強(qiáng)度折減法邊坡穩(wěn)定性分析及地震荷載分析 ¥30
采用ANSYS有限元強(qiáng)度折減方法對(duì)滑坡穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行求解,通過(guò)有限元強(qiáng)度折減方法對(duì)不同工況下滑坡穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計(jì)算,并將模擬計(jì)算值與極限平衡方法進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了強(qiáng)度折減方法的有效性。
有限元強(qiáng)度折減法是20世紀(jì)70年代末由英國(guó)科學(xué)家Zienkiewicz提出的,是通過(guò)不斷提高強(qiáng)度折減系數(shù)來(lái)降低坡體巖土抗剪強(qiáng)度參數(shù),并反復(fù)試算,直到達(dá)到極限破壞狀態(tài),程序自動(dòng)根據(jù)彈塑性有限元計(jì)算結(jié)果得到滑動(dòng)破壞面,同時(shí)得到滑坡的強(qiáng)度儲(chǔ)備安全系數(shù)。該方法在理論體系上比極限平衡法更嚴(yán)格,它全面滿足了靜力許可、應(yīng)變相容以及土體的非線性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。
地震荷載加載前需要對(duì)模型進(jìn)行模態(tài)分析求解,來(lái)獲得固有頻率及瑞麗阻尼系數(shù),然后再對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載。
第一步:模型建立、施加邊界條件、自重工況下強(qiáng)度折減
第二步:模態(tài)分析求解
第三步:求解瑞麗阻尼系數(shù)、地震波加載
展開 基于SIMULIA Abaqus的有限元強(qiáng)度折減法
來(lái)源:達(dá)索系統(tǒng)大土木工程BIM發(fā)展聯(lián)盟
1強(qiáng)度折減原理及算法
① 強(qiáng)度折減原理
基于強(qiáng)度儲(chǔ)備概念的安全系數(shù)fs的定義為:當(dāng)材料的抗剪強(qiáng)度參數(shù)c、f 分別用其臨界強(qiáng)度參數(shù)cc、fc所代替后,結(jié)構(gòu)將處于臨界平衡狀態(tài),其中
在用有限元法尋找fs時(shí),通常需要求解一系列具有下列強(qiáng)度參數(shù)ci和fi的題目
其中Zi為強(qiáng)度折減系數(shù)。若某一問(wèn)題的解接近臨界平衡狀態(tài),就將安全系數(shù)fs取為對(duì)應(yīng)的Zi。
對(duì)于巖石類材料,若其滿足Mohr-Coulomb準(zhǔn)則,則其摩擦角 f 和泊松比 n 應(yīng)滿足不等式[1, 2]
在對(duì)強(qiáng)度參數(shù)c、f 打折扣時(shí),為了保持不等(5)式成立,可假定始終有如下關(guān)系式成立
式中,fi和v對(duì)應(yīng)于折減系數(shù)Zi,β為常數(shù)
其中f和n為巖石真實(shí)的參數(shù)。由式(7)知,β≥1。
當(dāng)時(shí),必有,由式(7)可知,巖石表現(xiàn)為無(wú)抗剪強(qiáng)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?yàn)槭?6)已經(jīng)定義了vi的變化規(guī)律,我們將按照下式來(lái)定義Ei
其中E和vi為巖石真實(shí)的參數(shù)。
② 算法
我們建議的用有限元法計(jì)算安全系數(shù)的算法如下
1) 由(7) 式求得參數(shù)β;
2) 給定一個(gè)強(qiáng)度折減系數(shù)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(shù)做有限元分析;
5) 若已達(dá)到了極限狀態(tài),取安全系數(shù)fs=Zi,結(jié)束分析;否則取一個(gè)新的強(qiáng)度折減系數(shù)Zi重復(fù)第2)步。
展開 【CAE案例】基于結(jié)構(gòu)有限元和強(qiáng)度折減法的非均質(zhì)土石壩穩(wěn)定性分析
通過(guò)有限元分析,水利工作者可以獲得壩體的應(yīng)力場(chǎng),并預(yù)判壩體的位移和破壞面,為排查水利風(fēng)險(xiǎn)提供決策支持。
對(duì)于非均質(zhì)的土石壩,常采用強(qiáng)度折減法進(jìn)行非線性穩(wěn)定性分析。

基于ANSYS APDL的邊坡穩(wěn)定性研究
邊坡穩(wěn)定性數(shù)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(qiáng)度折減法)、自適應(yīng)有限元法、離散元法、拉格朗日元法、界面元法等。有限元強(qiáng)度折減法可以考慮復(fù)雜邊坡計(jì)算,考慮巖土的彈塑性本構(gòu)關(guān)系,能夠模擬失穩(wěn)過(guò)程,得到準(zhǔn)確的安全系數(shù),并為邊坡加固作指導(dǎo),因此本文采取有限元強(qiáng)度折減法來(lái)分析邊坡的穩(wěn)定性。
強(qiáng)度折減法,顧名思義,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是通過(guò)降低強(qiáng)度參數(shù)來(lái)得到結(jié)構(gòu)達(dá)到極限破壞狀態(tài)的方法。對(duì)于邊坡穩(wěn)定先分析,具體解釋為:通過(guò)修改邊坡巖石的材料參數(shù),不斷降低巖土的抗剪強(qiáng)度參數(shù),直到邊坡達(dá)到極限破壞狀態(tài)。邊坡巖土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)主要是粘聚力с和內(nèi)摩擦角,折減時(shí)粘聚力c直接除以折減系數(shù)Fzj得到新的粘聚力;相應(yīng)地,內(nèi)摩擦角的正切值除以折減系數(shù)Fzj得到新的內(nèi)摩擦角的正切值,繼而求得內(nèi)摩擦角的大小。將得到新的作為新的巖土材料參數(shù)再進(jìn)行計(jì)算,通過(guò)不停地折減巖土強(qiáng)度參數(shù),反復(fù)計(jì)算,直到達(dá)到相應(yīng)的失穩(wěn)條件,即失穩(wěn)判據(jù)。
ANSYS有很好的二次開發(fā)功能,采用APDL二次開發(fā)語(yǔ)言可以進(jìn)行參數(shù)化建模和分析,有利于多模型的計(jì)算。本文的邊坡穩(wěn)定性分析采用折減強(qiáng)度法進(jìn)行仿真分析,為了更加方便地的計(jì)算,本文也采用APDL二次開發(fā)參數(shù)化計(jì)算,這樣可以節(jié)省大量的前處理時(shí)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(zhì)粘土混碎石顆粒,結(jié)構(gòu)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(xì)?
血管支架強(qiáng)度/剛度有限元仿真-(1)
來(lái)源:FESIM有限元分析
鉚接結(jié)構(gòu)葉輪強(qiáng)度三維有限元分析
Key words:impeller; three-dimensional finite element; stress analysis▲
在風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)中,葉片與輪盤、輪蓋均為鉚釘連接結(jié)構(gòu)的高轉(zhuǎn)速葉輪,由于輪蓋、輪盤和葉片不僅受離心拉應(yīng)力和與軸連接的壓應(yīng)力作用,而且其本身又承受鉚釘連接處的切應(yīng)力作用,且這些應(yīng)力不是連續(xù)變化的,其應(yīng)力和變形狀況相當(dāng)復(fù)雜,用一般的有限元分析和二次計(jì)算法無(wú)法真實(shí)計(jì)算其受力情況。筆者主要采用三維有限元強(qiáng)度分析計(jì)算方法,對(duì)鉚接結(jié)構(gòu)葉輪在額定轉(zhuǎn)速下受離心力作用的結(jié)構(gòu)受力情況作了分析計(jì)算。
1 力學(xué)分析模型建立
1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)
葉輪轉(zhuǎn)速n=2975r/min,輪盤和輪蓋材料35CrMoA,葉片材料30CrMnSiA,鉚釘材料20Cr,葉片數(shù)量為24。輪盤和輪蓋強(qiáng)度極限為σs=590,σb=765,葉片強(qiáng)度極限為σs=735,σb=880,單位均為MPa。鉚接結(jié)構(gòu)形狀見圖1。
圖1 鉚接葉片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
1.2 三維有限元分析計(jì)算模型簡(jiǎn)化
鉚接式葉輪是由輪盤、輪蓋和葉片3部分通過(guò)鉚釘連接而成,整個(gè)葉輪受到的主要載荷是離心力、輪轂與轉(zhuǎn)動(dòng)軸緊配合而產(chǎn)生的壓緊力以及葉片與輪盤、葉片與輪蓋由鉚釘連接而產(chǎn)生的不均勻剪切力。由于問(wèn)題比較復(fù)雜,因而在進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析計(jì)算時(shí),我們對(duì)鉚接葉輪作了如下幾點(diǎn)規(guī)定。
(1)有限元分析模型子結(jié)構(gòu) 在進(jìn)行鉚接葉輪強(qiáng)度分析時(shí),我們擺脫傳統(tǒng)的平面有限元法和二次計(jì)算分析方法,以真實(shí)三維葉輪幾何結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)建立有限元分析模型。根據(jù)分析程序特點(diǎn),在確定邊界條件時(shí)對(duì)葉輪不進(jìn)行任何理論假設(shè),計(jì)算時(shí)輸入葉輪的真實(shí)轉(zhuǎn)速及材料。由圖1所示結(jié)構(gòu),24個(gè)葉片在葉輪的環(huán)向均勻分布且完全對(duì)稱,為了減小解題規(guī)模,節(jié)省解題時(shí)間,我們選取葉輪1/24作為子結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。
展開 有限元法在椎弓根釘強(qiáng)度中的應(yīng)用
使用有限元拔出仿真實(shí)驗(yàn)代替離體實(shí)驗(yàn),可以省去實(shí)驗(yàn)中的樣本費(fèi)用,且各算例間不存在樣本不同造成的個(gè)體性差異,更適合于對(duì)照性的優(yōu)化研究。
本文應(yīng)用 HyperMesh 軟件,建立三維有限元模型,對(duì)椎弓根釘軸向拔出的過(guò)程進(jìn)行模擬的方法。通過(guò)模擬可得出軸向拔出力-位移曲線,并與體外力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)照以驗(yàn)證仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。在椎弓根釘強(qiáng)度的優(yōu)化研究中,以仿真實(shí)驗(yàn)代替尸體標(biāo)本體外實(shí)驗(yàn),可以節(jié)約研究成本及時(shí)間,并且容易控制單一變量,更經(jīng)濟(jì)有效地完成優(yōu)化。
有限元模型的建立
椎弓根釘三維模型依據(jù)某型產(chǎn)品的實(shí)測(cè)尺寸建立,外徑 6mm,螺紋有效長(zhǎng)度 35mm。椎弓根處骨質(zhì)模型的尺寸參考健康男性 CT 掃描圖像中顯示的腰椎椎弓根選取,采用 10mm×10mm×40mm的長(zhǎng)方體骨組織模型。
位置調(diào)整及布爾運(yùn)算
在臨床手術(shù)中,醫(yī)生會(huì)盡量沿椎弓根走向進(jìn)釘,并盡量使釘結(jié)構(gòu)全部包裹于椎弓根之中,以免穿透骨質(zhì)的螺紋造成骨外神經(jīng)損傷。故在裝配時(shí)令螺釘軸線與骨質(zhì)模型長(zhǎng)中軸線重合,使螺釘位于骨質(zhì)模型的中央。裝配完成后, 在HyperMesh 中調(diào)整位置并進(jìn)行布爾運(yùn)算,模擬臨床手術(shù)中螺釘植入后與骨質(zhì)相結(jié)合的情況,減去與螺釘重合的骨質(zhì)部分。
網(wǎng)格劃分
在 HyperMesh 中采用體單元,將骨質(zhì)和螺釘模型劃分為四面體網(wǎng)格,網(wǎng)格特征尺寸都設(shè)置為1.2,劃分完畢后結(jié)點(diǎn)數(shù)和單元數(shù)如下表所示。
展開 15萬(wàn)m3原油儲(chǔ)罐的有限元強(qiáng)度分析
15萬(wàn)m3原油儲(chǔ)罐的有限元強(qiáng)度分析