ABAQUS在软基固结过程分析中的应用

基于ABAQUS提供的用户子程序UMAT平台,介绍了如何在ABAQUS中实现Duncan-Chang本构模型的二次开发,探讨了用ABAQUS模拟堆载预压砂井软基固结过程的方法。工程实例分析表明,ABAQUS的计算结果与现场监测数据有很好的一致性。     

新型螺旋成孔根植注浆竹节管桩抗压性状数值模拟研究

新型螺旋成孔根植注浆竹节管桩是一种新的组合桩型,具有承载力高、技术含量高和安全性能好等特点。为了更好地了解新型组合桩的抗压承载机制,应用ABAQUS软件进行抗压数值模拟。通过将模拟结果与现场试验结果对比,验证了数值模型的可靠性。分析模拟结果,发现桩身竹节处存在2～3倍桩径的应力影响范围,并且存在1.6～1.8倍桩径的空壳区,竹节极限承载力从上到下排列线性增长（除第1节和最后一节）。结果还表明,竹节间距、水泥土厚度、桩侧土弹性模量以及桩端土弹性模量都对组合桩极限承载力有影响,而水泥土弹性模量的影响则可忽略。以往相似工法的极限承载力公式都不能很好地诠释本桩型的受力特性,因此,结合理论分析与抗压受力机制,提出考虑侧阻竹节影响系数的单桩极限承载力公式,与现场试验结果对比,较为接近。     

双洞单轨地铁区间隧道非线性地震反应分析

本文采用大型商业有限元软件ABAQUS对南京地区双洞单轨地铁区间隧道的非线性地震反应特性进行了数值模拟。采用作者提出并在ABAQUS软件上开发实现的土的动粘弹性模型模拟土的动力非线性,采用Jeeho Lee.提出的混凝土动力塑性损伤模型模拟隧道管片混凝土在循环荷载下的非线性特性。数值分析表明:隧道最大动应力反应的位置将发生在与洞顶约成45°角的位置,在100年超越概率63%的地震作用下区间隧道结构是基本安全的,但在100年超越概率10%和3%的地震作用下,南京地铁区间隧道可能会发生很大的拉应力和剪应力反应,有可能在与洞顶约成45°角的位置产生地震裂缝。因此建议隧道管片接缝应避开该位置,同时对该位置的管片应加强其抗拉和抗剪强度。     

村镇建筑砌体结构的动力特性分析

为探讨村镇建筑中低层砌体结构的动力特性与振动机理,基于农居调查实测的布置及材料性能数据,在ABAQUS软件中建立考虑结构布置、材料强度及有限元网格控制等参数的7个有限元模型方案,对各模型进行结构动力特性分析,并对比分析其振动形态、振型分量及振型周期。分析表明,村镇建筑中按常规布置的砌体结构,其振动特性不利于结构抗震;砌体材料性能劣化在降低结构承载能力的同时还会放大高阶面外振动分量的地震作用,加剧承重墙在地震中发生外闪倒塌的机率;如采取措施实现结构的基本振型为沿横向平动,则其振动特性表明横墙的承重与抗侧能力均可有效发挥,且面外振动的高阶振型被抑制,提高了结构抗震能力;此外,本文还提出ABAQUS对壳单元沿厚度方向的网格控制要求。     

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煤矿采空区的地震动力响应及其对地表的影响

为了研究煤矿采空区的地震动力响应及其对地表的影响规律,基于工程结构波动理论,从地震的加速度和位移变化角度,对煤矿采空区的地震动力响应及其对地表的影响进行系统的定量分析;得出了煤矿采空区地震波的变化。根据结构动力学理论,建立煤矿采空区岩层的动力学方程,利用有限元软件定量地研究了在不同工况下煤矿采空区场地在地震作用下的响应规律,得出如下结论:煤矿采空区的存在降低了地表的位移和加速度峰值,明显改变了场地地表的动力反应特性。岩土介质的松散度和破碎度得到增加,降低了地表的地震动力响应。     

管土动力相互作用分析

相互作用问题是地下管线动力分析中的重点和难点。本文借助于大型有限元软件ABAQUS/Standard中的管土相互作用单元(Pipe-soil interaction element,简称PSI单元)并利用直剪试验实测的接触面本构关系,对管线与土体之间的相互作用进行了数值模拟研究,计算得到了地下管线在动力作用下的内力和变形。分析结果与试验结果的对比表明,本文方法具有良好的计算精度,对地下管线的分析和设计具有参考意义。     

各向异性弹黏塑性模型在ABAQUS中的研发

通过将Perzyna过应力理论与临界状态理论相结合,并引入Wheeler旋转硬化法则,提出一个能描述土体初始各向异性及应力诱发各向异性的三维弹黏塑性本构模型。模型考虑流变发生的下限,在三维应力空间,模型存在形状相似的静屈服面及动态加载面。采用缩放形式的幂函数。本构模型数值算法采用回映算法,借助ABAQUS软件UMAT子程序接口实现。并通过对三轴不排水蠕变试验的模拟,确定合适的积分步长。此后,分别对三轴不排水蠕变试验及常应变率三轴不排水剪切试验进行了模拟。模拟中通过设置不同参数值,可将模型退化为各向同性模型,并对这两种模拟结果进行了比较。模拟结果表明：(1) 对于三轴不排水蠕变,在低剪应力水平下,各向同性模型和各向异性模型模拟的结果相差不大,而在高剪应力水平下,各向异性模型模拟结果更接近试验结果;(2) 对于常应变率加载试验的模拟,模型合理反映了土体不排水强度随着加载速率的增大而增大现象。     

软黏土地基中基槽开挖对桩基稳定性的影响分析

天津开发区经常出现的工程事故是由于软土中的桩基础受到周边开挖基槽的影响,严重时会导致桩基倾斜、错断。简要介绍了ABAQUS有限元软件的一些特性,包括接触问题的解决、屈服准则、材料参数的确定以及单元类型的选择等。通过工程算例,对该工程现象进行了数值模拟,找出开挖前后桩基础的变形特性,并且通过对桩基进行应力分析、桩基挠曲线的计算,分析说明开挖对桩基础变形、桩端转角、桩体挠曲特性、桩基整体稳定性的影响。结合桩基的力学特性与破坏准则,进一步剖析桩基的稳定性、破坏状态,为今后相似的工程实践提供一些借鉴。     

核环吊缩尺模型抗震性能动力时程分析

为研究核环吊在地震作用下的瞬态响应机理,完成了核环吊缩尺模型的抗震实验,并采用ABAQUS时程分析法研究了缩尺模型的动力响应。首先介绍了核环吊缩尺模型实验的设计方法和准则;其次通过与谱分析的对比分析说明了进行动力时程分析的必要性;最后介绍了ABAQUS中时程分析法的具体方法和步骤。仿真与实验结果的对比分析表明:ABAQUS的Slide-Plane连接单元可准确地模拟大车与小车不跳轨情况下的轮轨约束,验证了关键参数设置方法的准确性,为今后的核环吊产品的抗震设计提供了借鉴和参考。