在ABAQUS中开发实现Duncan-Chang本构模型

美国HKS公司开发的软件产品ABAQUS是目前世界上最强大的非线性有限元分析工具之一。该软件包括了众多材料本构模型,但尚缺少国内外土工数值分析中广泛采用的Duncan-Chang本构模型。这一缺憾影响了ABAQUS软件在土工分析中的应用范围。本文旨在介绍ABAQUS中开发Duncan-Chang材料本构模型实现方法,给出了开发过程的概要,完成了两个典型常规三轴压缩模型问题数值测试。结果表明：在ABAQUS中增加Duncan-Chang材料本构模型后,不仅可以充分地利用该软件强大的非线性求解平台,而且还有可能完成复杂土工应力应变的有限元数值分析问题,同时,具有计算速度快、计算精度高和前后处理快捷方便的优点,极大地降低了土工分析程序开发的难度,并减少了维护工作量。     

预应力管桩振动台试验的数值分析

为了研究地震作用下预应力管桩的抗震性能和提高预应力管桩的延性设计水平,通过进行预应力管桩振动台试验,了解有限桩基形式下振动特性,建立预应力管桩振动分析数值模型,模拟振动试验全过程。改变桩数量和输入不同地震波加速度峰值,探讨各种桩基础形式在地震作用下的反应及抗震性能。分析结果表明,对于4桩基础,在3倍桩径的位置出现桩身反向位移,在2.5倍桩径处出现桩身负弯矩,在4～9倍桩径的区域范围内会出现开裂弯矩,在5倍桩径的位置出现弯矩最大值,在15倍桩径位置之下开始桩身弯矩急剧减小,分析结果可为预应力管桩抗震设计、制造、施工提供可靠依据。     

温控参数有限元法在边坡稳定分析中的应用

针对边坡稳定分析中所采用的基于强度参数折减的有限元方法,提出利用温度场来控制强度参数的折减,大大提高了计算效率。两个计算实例表明,一定时步后?max / H,即节点最大位移对坡高的比值,会快速增加,建议取该比值在0.05～0.1之间的不收敛时刻或突变时刻对应的折减系数作为安全系数。     

基于ABAQUS的颗粒材料亚塑性模型的数值实现及探讨

颗粒材料的亚塑性模型以Jaumann应力率张量及变形率张量描述本构关系,基于Cauchy应力的Jaumann速率及变形率给出了有限元的切线刚度矩阵,由此指出在严格意义上基于ABAQUS二次开发的亚塑性模型数值实现必需借助UEL接口。为了简化程序开发,文中建议了与有限元相结合的两种近似切线模量矩阵,即基于矩阵广义逆一致性切向模量矩阵与近似切向模量矩阵,从而形成了通过UMAT接口实现亚塑性模型的数值方案。由此降低了程序开发的难度,同时也可借助ABAQUS的后处理功能,提高了工作效率。数值算例表明了所开发程序的正确性以及所建议方案的可行性。     

分级单屈服面模型在ABAQUS中的实现及验证

基于ABAQUS软件提供的二次开发平台,开发了土体分级单屈服面弹塑性本构模型的子程序,并完成了2个典型的算例。计算结果与Desai计算结果及模型试验实测结果进行了对比,检验了模型的正确性。给出了在ABAQUS中开发弹塑性本构模型的基本步骤和编程要点,可为其他用户进行本构模型的修改提供借鉴与参考。模型的成功开发可为建筑结构的地基基础有限元分析提供一种适用的本构模型     

强夯加固回填土地基的三维数值模拟

针对回填土地基,基于ABAQUS有限元软件,采用大变形几何非线性三维有限元方法对强夯加固效果进行了数值模拟。分析中考虑每一次夯击引起的塑性变形,确定前次夯击后土体塑性区开展的形状,并调整塑性区的土性参数,以此作为下次夯击分析的基础,重复上述步骤来实现对强夯整个过程的模拟。结合工程实例分析,得到了在不同夯击能、不同夯击次数作用下土体塑性区开展的情况,有效地预测了强夯加固区在空间上的分布规律。研究结论对类似的强夯工程有一定的参考价值。     

ABAQUS动力无限元人工边界研究

针对动力场天然无限地基的数值模拟与地震波输入问题进行了一些有意义的研究,评述了现有动力计算常用无限元的优缺点,详细阐述了ABAQUS无限元理论体系框架,并加以改进,提出一种考虑外域地震动影响的ABAQUS动力无限元人工边界。采用等效边界力的叠加原理,对入射波和散射波分开处理,视入射波和散射波在边界上互不影响,将输入地震动转化为作用于有限元无限元交界面上的等效应力的方法来解决外源波的入射问题。算例验证结果表明：内源振动和固定边界会出现失真和扰动现象,同时该计算结果与黏弹性边界的计算结果对比可知,该方法对外行散射波的过滤作用优于黏弹性边界。因此,改进的ABAQUS动力无限元人工边界理论方法有效且具有一定的稳定性。     

改进Koppejan蠕变模型及其应用

将基于固结试验建立的Koppejan蠕变模型应力-应变-时间关系改进为增量形式,并泛化到三维应力空间,建立了改进的Koppejan蠕变模型。基于ABAQUS软件对改进模型进行二次开发,采用上海软黏土的长期固结试验结果对模型进行验证,结果表明,Koppejan模型能较好地描述上海软黏土的蠕变特性,且改进Koppejan模型的计算精度比经典Koppejan模型高,两种模型应用于淤泥质粉质黏土的计算效果均比粉质黏土好。将改进Koppejan蠕变本构模型应用于某高速铁路桥梁桩基长期变形的三维有限元分析,与现场实测沉降的对比表明,改进Koppejan模型能较好地应用于实际工程的长期变形计算,且计算效果较好。     

采用多种有限元子结构的混合试验系统

采用子结构混合实验方法进行复杂结构的地震响应模拟。在混合实验中,根据结构的特征划分为多个子结构,每个子结构被封装起来,只有边界上的力和位移作为子结构间相互作用的变量,利用拟牛顿法保持整体结构的平衡和协调。目标结构为SRC框架剪力墙结构体系,结构顶部设置11层高的钢塔。在混合实验中,该结构被分为3个子结构,SRC部分为第一个子结构,采用OpenSees进行模拟;钢塔的第1层比较薄弱,是变形集中区域,采用实验进行模拟;钢塔其余部分采用ABAQUS有限元程序进行模拟。实验得到准确的地震响应,表明本文提出的混合实验方法可有效地结合多个有限元程序,充分利用各个有限元程序的优点进行复杂结构的地震响应模拟。     

基于Plesha本构的岩石节理多层结构模型研究

在Dong等工作的基础上[1],研究了基于Plesha本构的岩石节理多层结构模型。模型将节理面分解为不同层次细观结构面,每层结构面代表一级粗糙度,力学响应发生在最底层（基本面）,上层结构面受力性状由其下层结构面平均化得到,依次进行得到节理宏观力学性状。节理破坏由下而上分层次进行,基本面破坏后,其上层结构面转化为基本面,基本面采用Plesha节理模型。模型能模拟弹性变形、滑动变形、磨损、剪断、压碎、分离等作用机理。定义的接触因子与绕流因子能考虑节理接触面积及粗糙度变化对渗流的影响。通过将粗糙度定义为等效起伏角,可以模拟节理循环剪切性状。采用ABAQUS的用户子程序UEL进行了模型验证与参数分析。