基于ABAQUS的粘弹性边界单元及在重力坝抗震分析中的应用

考虑了2种不同的地震输入模型,即无质量地基模型和考虑辐射阻尼的粘弹性边界模型。以大型非线性有限元程序ABAQUS为平台,采用FORTRAN语言开发了用户单元子程序VSB_UEL.for,将粘弹性边界有效地嵌入到ABAQUS中。在尽量避免求解自由场的前提下,将离散的地震荷载转化为等效结点荷载,编写的计算程序可以方便地将等效荷载施加到人工边界结点上,并通过数值算例验证了粘弹性边界单元及波动输入程序的正确性,其求解效率和计算精度均令人满意,最后将该程序应用到在建的某水电站厂房坝段的抗震分析中。结果表明,与传统的固定边界无质量地基相比,考虑了粘弹性人工边界后,坝体的动力响应峰值减小了20%~40%;在进行结构动力响应分析时,考虑无限域地基的辐射阻尼影响是很有必要的。文中的用户子程序及波动输入程序很容易扩展至三维,为同类工程的抗震分析提供了简洁、合理的计算模式。     

结构动力弹塑性与倒塌分析(Ⅰ)——滞回曲线改进、ABAQUS子程序开发与验证

详述并明确了钢材静态损伤滞回模型中3种类型加卸载路径,重点改进了混凝土滞回规则中再加载路径拐点前的二次曲线与拐点后的直线规则,定义了再加载至骨架曲线的刚度退化指数型表达式。进而,开发了直接能够与ABAQUS主程序保持数据相互调用的UMAT隐式和VUMAT显式算法子程序,并给出子程序与ABAQUS主程序链接的框架示意图。最后,通过5种具有试验结果的构件对所开发程序加以检验。结果表明:(1)改进的混凝土再加载滞回规则可较好描述混凝土加载曲线,克服了二次型规则的再加载曲线与卸载曲线在拐点前相交的可能性,体现了拐点后再加载至骨架曲线的刚度退化;(2)开发实现的隐式算法UMAT与显式算法双精度VUMAT子程序不仅可行,而且具有足够的计算精度。     

基于ABAQUS的真空-堆载联合预压法的仿真研究

利用有限元分析软件ABAQUS在仿真过程中直接模拟真空度,并通过ABAQUS的二次开发平台编写排水板单元子程序,对软土地基的真空-堆载联合预压进行仿真和固结分析,并与真空荷载换算为堆载方法进行对比。结果表明这种仿真模型更接近实际,分析地基变形与实际情况一致;塑料排水板单元子程序合理,可以有效减小分析误差。对天津港某软基的加固工程进行了建模仿真,其结果与实测数据相吻合,在误差允许范围内。通过计算不同泊松比、加固区宽度条件下真空-堆载联合预压的最终沉降量,分析得到了相应泊松比、加固区宽度的沉降修正系数,对类似的工程有一定的指导意义。     

地震波类型对砂土震陷影响的数值模拟分析

地震波是一种随机的、不规则作用的动荷载脉冲,可分为振动型和冲击型。不同类型的地震波会对砂土液化和变形等产生重要影响,而传统的砂土震陷计算方法往往忽视这种因素,只考虑最大加速度幅值。通过编写UMAT子程序,在非线性有限元软件ABAQUS中开发亚塑性砂土边界面模型,对不同地震波类型下不同相对密度的砂土进行动单剪试验模拟,得到一系列砂土剪应变及竖向应变的时程曲线,并与室内试验结果进行对比分析。研究表明:在同一工况下,同类型的地震波引起的砂土竖向应变相近,不同类型引起的竖向应变差异明显;振动型地震波比冲击型引起的竖向应变更大。     

修正Matasovic本构模型在ABAQUS软件中的实现

Hashash等(2001)提出了土体的剪切模量和阻尼特性与土层深度相关的修正Matasovic(1993)黏弹性本构模型,本文基于ABAQUS/standard软件的子程序开发平台,编制了该修正Matasovic本构模型的子程序模块。以美国密西西比湾深厚场地为研究对象,选取Loma Prieta和Northridge地震动加速度记录作为基岩输入地震动,通过ABAQUS软件的二维场地非线性地震反应分析,给出了该深厚场地的地表加速度时程、反应谱,并与国际专业软件DEEPSOIL的一维场地非线性反应分析结果作了对比,发现两者的结果差别不大。这表明:采用基于ABAQUS软件开发的修正Matasovic土体黏弹性本构模型进行场地非线性地震反应分析,是可行的。目前工程上广泛使用的等效线性化方法存在一些不足之处,本文方法可以为工程应用提供参考和比较。     

ABAQUS岩土动力分析的静-动力统一人工边界研究

岩土动力学分析结果可靠性受人工边界条件及动力作用输入方式影响.在剖析ABAQUS无限元静、动力理论基础上,结合二维简单水平地基模型,研究了无限元边界生成初始地应力的计算精度及其改进方法,提出了综合考虑内、外源振动问题的改进静-动力统一人工边界.研究表明:因ABAQUS中无限元缺乏对边界节点力等效约束刚度的校核,其直接应...     

ABAQUS后处理二次开发在结构弹塑性分析中的应用

在弹塑性分析的后处理阶段,通常需要依托大量的分析结果数据对结构进行抗震性能评价,而目前通用有限元软件ABAQUS的后处理功能无法详细提供结构设计过程中所需的数据。为高效、准确的提高结构大震弹塑性分析的效率,节省工程人员在后处理分析时所花费的时间和精力,利用面向对象的脚本语言Python对有限元软件ABAQUS进行了二次开发,实现层间位移角和结构损伤指标的自动计算,并将计算结果以曲线方式输出。文中讨论了ABAQUS自定义功能内核脚本的编写方法和图形用户界面开发的基本方法和流程,分析了插件程序开发中的问题及解决措施,并通过两个算例验证开发插件的正确性。     

横观各向同性岩土材料的应变局部化分析

为分析横观各向同性岩土材料的应变局部化行为,推导对应于Lade横观各向同性屈服准则向前欧拉算法的迭代格式及本构矩阵,通过有限元软件ABAQUS的UMAT接口实现相应的程序代码。数值算例调查分析材料主方向对横观各向同性岩土结构的极限承载力和变形局部化模式的影响。结果表明该模型能较好地模拟横观各向同性岩土结构的应变局部化行为。     

砂土液化大变形本构模型及在ABAQUS软件上的实现

基于Yang和E lgam al等人提出的砂土液化大变形本构模型,对该模型的建立过程进行了详细的推导,基于新的嵌套屈服面硬化规则,对原有模型的硬化规则的不连续性做了改进,把该本构模型扩展应用到三维液化大变形的数值分析中,实现了基于ABAQUS大型商用软件计算平台上砂土液化大变形的计算子程序的开发,基于该计算平台和开发的本构模型,对动三轴试验体系中砂土试样的液化过程进行了数值试验分析,给出了试验过程中试样的竖向动位移、整体竖向应力应变关系滞回曲线和动孔压时程曲线的数值计算结果。文中初步验证了该模型在ABAQUS上开发的子程序的可靠性和数值计算模型的可行性,模型的可靠性及其子程序的稳定性还需通过试验结果和数值计算结果的对比分析与进一步验证。     

结构动力弹塑性与倒塌分析(Ⅱ)——SAP2ABAQUS接口技术、开发与验证

开发并实现了由大型商业软件SAP2000导入ABAQUS有限元模型的接口程序——SAP2ABAQUS,明确交代了适用于隐式算法UMAT与显式算法VUMAT的inp数据格式并给出了相应注记。SAP2ABAQUS接口程序基于Microsoft VS2008平台并采用Visual C#语言开发而成,提出并设置界面为导航方式,可自由选择生成隐式或显式格式的inp数据文件,不仅直接可转换不同截面杆系构件、壳体、组以及约束等信息,而且可将材料纤维信息直接转化为inp文件,包括难于处理的适用于隐式和显式算法的的钢材纤维、剪力墙配筋率等。可转化型钢构件包括圆形钢管、箱形钢管、工字钢与角钢,混凝土构件包括钢筋混凝土、圆钢管混凝土、方钢管混凝土、I字型以及十字形型钢混凝土。采用SAP2ABAQUS接口程序,对几种典型形式的结构模型分别转化,对比转化前后的模型信息以及模态分析结果,进一步验证了开发SAP2ABAQUS的可行性与准确性。该项工作可极大提高ABAQUS前处理的工作效率和模型转化的准确性。     

形状记忆合金自复位钢框架节点抗震性能数值模拟及参数分析

基于ABAQUS二次开发平台,编制了超弹性形状记忆合金(SMA)一维分段线性本构模型子程序,并将其嵌入到ABAQUS材料库中,通过实例分析,验证了子程序的正确性。基于ABAQUS平台,建立了自复位钢框架节点分析模型,分析了钢框架节点在低周往复荷载作用下的滞回性能、骨架曲线、刚度退化、耗能能力及残余变形等抗震性能,并和普通钢节点进行了对比。对SMA自复位钢框架节点进行了参数分析,考虑了SMA筋预应力水平、位置、配置量及角钢厚度对自复位钢框架节点抗震性能的影响。分析结果表明:与普通钢框架节点相比,SMA自复位钢框架节点承载力大大增加,卸载后有效地消除了残余变形,具有良好的自复位效果;SMA预应力大小、竖向间距、配置量和角钢厚度等参数对新型钢框架节点的承载能力和复位性能均有明显的影响。     

结构动力弹塑性和倒塌分析(Ⅲ)——地震差动作用下输电塔—线体系的弹塑性与倒塌分析

首先,建立SAP2000有限元模型,采用接口程序SAP2ABAQUS生成为ABAQUS有限元模型。然后,明确给出长周期显式动力加载法实现重力作用下静力效果的加载过程,以完成的重力作用下索找形和初始刚度施加,最终实现重力分析与后续地震激励下动力加载的续接。进而,分别计算四类边界条件的结构体系的动力特性,并通过对转化前后模型的构件与结构模态分别进行对比,从而考察SAP2ABAQUS接口程序的转化精度。此外,更新升级自主开发的MEMS_b V2012.8至MEMS_b V2013.5,并生成多点地震动。最后,通过ABAQUS主程序中开发的子程序进行弹塑性和倒塌分析,考虑大变形和差动输入。结果表明:(1)从实际工程角度验证了所开发接口程序SAP2ABAQUS的转化准确性与高效性;(2)从实际工程角度验证了所开发子程序的可行性与现实可靠性;(3)长周期动力加载法实现静力重力加载过程,理论严格合理、现实可行,克服了隐式静力重力方式加载与显式动力分析不续接问题;(4)从模态与理论分析两方面说明以四塔三线体系作为研究对象的必要性和可信性;(5)地震动的一致与差动输入对于构件塑性铰的出现与发展分布有显著影响,进一步说明多点地震动对于此类结构体系的地震弹塑性反应的必要性。     

新型二进制走时表文件的编制与查询

为将新型二进制结构走时表文件实际应用到测震分析软件,利用Matlab软件编写二进制结构综合走时表文件的通用程序,给出查询震相走时的算法,并成功配置到地震分析软件中用于地震定位.使用者只要仿照该通用程序的结构框架,根据需要适当修改程序,就能快速生成适合地震台站定位的走时表文件.     

基于DEEPSOIL的软土场地地震反应研究

软土场地地震反应分析是目前工程场地地震安全性评价中的重要组成部分,对场地设计地震动参数的确定具有重要意义。利用一维场地地震反应分析软件DEEPSOIL,可进行场地线性、等效线性化和时域非线性等多种分析,并可考虑孔隙水压的影响。笔者根据土层计算参数,编制了DEEPSOIL软件场地模型输入文件的自动生成程序,可高效、快速地完成对场地的建模。通过数值算例验证了DEEPSOIL软件的精度。同时通过对某典型Ⅲ类软土场地的地震反应分析,研究了拟合参数的敏感性以及等效线性化方法和时域非线性方法对峰值加速度和地表加速度反应谱的影响,并指出了等效线性化方法在分析软土场地地震反应中的不足。对于软土场地建议采用DEEPSOIL软件进行时域非线性分析,因为其参数简单并容易确定,适合建模快速和使用方便的要求。     

用于地下结构地震反应分析的改进反应加速度法

为考虑结构的存在对反应加速度法中地震输入荷载的影响,基于《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB 50909—2014）中的反应加速度法,提出将土-结构模型转换为自由场模型的等效方式进行地震反应分析。采用等效自由场进行地震输入荷载计算,近似地考虑了结构的存在对地震输入荷载的影响,以期提高反应加速度法的计算精度。使用有限元软件ABAQUS,采用改进前后反应加速度法对日本大开车站不同工况下的地震反应进行计算。研究结果表明,采用等效自由场计算的地震输入荷载有效提高了反应加速度法的计算精度。在验证等效方式有效性的基础上,分析等效模型宽度的选取对反应加速度法计算结果的影响,建议等效模型边界至结构侧边的距离取为1～3倍结构宽度。     

地震台网勘选数据的自动化处理

根据地震台网勘选的实际需要,编写了自动计算功率谱密度及均方根(RMS)值的程序,并实现了计算结果的自动存储.     

钢管水泥土围护墙等效弹性模量的有限元计算

分析了水泥土围护墙弹性模量对于控制基坑变形的重要性、根据上海某钢管水泥土墙基坑支护的工程实例建立ABAQUS平面二维有限元模型,计算钢管水泥土围护墙等效弹性模量,量化了内插钢管对提高水泥土重力式围护结构的支护强度所起到的作用,并对钢管长度、外径、间距和插入位置进行了参数分析。     

土体地震反应分析的简化有效应力法

本文提出了一个计算二维土体地震反应的简化有效应力法。该方法将整个地震特时分成若干时段，对每个时段用等效线性迭代进行次线性分析，等效剪应变幅值取该时剪应变均方根值的√２倍。     

基于楼层剪力的等效阻尼比计算方法研究

针对现有附加有效阻尼比计算方法存在的问题,本文从能量的角度揭示了阻尼比对结构影响的机理。从结构设计的角度,提出一种在时程分析下基于楼层剪力的消能减震结构等效阻尼比计算方法。对布置黏滞阻尼器和软钢阻尼器的消能减震模型,采用本文提出的等效阻尼比计算方法,建立等效结构进行结构响应对比。结果表明,由该计算方法得到的等效阻尼比能够准确地评估阻尼器在结构中的耗能效果,建立的等效结构能够准确反映消能减震结构实际情况。基于楼层剪力的等效阻尼比计算方法通过等效结构楼层剪力大于或等于消能减震结构楼层剪力判断迭代完成,该方法计算过程不涉及阻尼器参数及结构形式,适用于所有阻尼器类型与结构类型。计算得到的等效结构进行设计能够确保结构设计的安全。     

极限安全地震动下考虑土-结构相互作用的核电站安全壳响应分析

根据黏弹性人工边界的基本原理,结合有限元分析软件ABAQUS和MATLAB辅助程序,在地基有限区域上添加黏弹性人工边界并实现极限安全地震动的输入。基于ABAQUS软件平台,对CPR1000安全壳构建了土-结构相互作用体系的数值模拟模型,分析其在极限地震动下的动力响应,并将计算结果与考虑刚性基础的安全壳结构响应数据进行对比。结果表明:核电站CPR1000安全壳结构在极限安全地震动下仍能保持良好的密闭性。考虑土-结构相互作用后分析所得安全壳结构受到的应力、加速度峰值和相对位移均有所增大,使用刚性地基模型要偏于危险。