準(zhǔn)靜態(tài)分析方法在管土模型中的應(yīng)用simulia 用戶年會(huì)論文稿

1、準(zhǔn)靜態(tài)分析法在管土模型中的應(yīng)用準(zhǔn)靜態(tài)分析法在管土模型中的應(yīng)用劉長(zhǎng)虹漆宏俊承壓系統(tǒng)與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，華東理工大學(xué)摘要摘要:針對(duì)管土模型強(qiáng)非線性、難于求解的困難，本文提出采用AbaquesExplicit準(zhǔn)靜態(tài)求解方法。首先計(jì)算出模型的固有頻率，然后通過與結(jié)構(gòu)變形相對(duì)應(yīng)的固有頻率周期和動(dòng)能內(nèi)能比值關(guān)系確定求解步數(shù)；算例表明，AbaquesExplicit準(zhǔn)靜態(tài)分析方法可以有效的求解管土分析的問題。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:準(zhǔn)靜

2、態(tài)分析，管土模型，AbaqusExplicit1.引言引言隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，管道輸送工程被廣泛應(yīng)用于油氣、原水以及廢水等介質(zhì)輸送。管道的輸送方式分為地上、地下管道輸送兩種方式，地下管道是一個(gè)重要的管道輸送形式。為了保證地下管道的安全輸送，研究管土模型是非常必要的。根據(jù)文獻(xiàn)[1]，描述地下管道輸送問題的管土模型，是一個(gè)強(qiáng)非線性問題且求解困難。而采用AbaqusExplicit準(zhǔn)靜態(tài)分析方法是一種有效求解管土相互作用復(fù)雜問題的有效

3、求解方法，下面將以管土模型為例，討論AbaqusExplicit準(zhǔn)靜態(tài)求解方法。2.AbaqusExplicit準(zhǔn)靜態(tài)分析方法準(zhǔn)靜態(tài)分析方法AbaqusExplicit準(zhǔn)靜態(tài)分析是一種利用顯式積分求解靜態(tài)問題的方法[2]，盡管有限元的顯式積分方法，是一種公認(rèn)有效求解高速?zèng)_擊問題的解法。但是在求解復(fù)雜的非線性靜態(tài)問題時(shí)，相比隱式積分法具有容易得到計(jì)算結(jié)果的優(yōu)勢(shì)。但是將顯式動(dòng)態(tài)過程用于準(zhǔn)靜態(tài)問題需要做一些特殊處理，這是因?yàn)橐粋€(gè)靜態(tài)求解是一個(gè)

4、長(zhǎng)時(shí)間的求解過程，需要很小的大量時(shí)間步，顯然這是不能夠?qū)崿F(xiàn)的求解過程。為獲得一個(gè)有效的求解，應(yīng)該考慮盡量減小慣性影響和保證加載曲線盡可能的光滑，使計(jì)算時(shí)的動(dòng)能小于內(nèi)能的5%。為了達(dá)到指標(biāo)，通常要求得到管道的最低固有頻率，取最低模態(tài)周期的10倍，作為加載時(shí)間。下面考慮一個(gè)實(shí)際的工程問題，有一個(gè)輸送液體的地下管道，管道直徑為3米，管道壁厚18毫米，頂管距地表埋深為2.5米。管道的彈性模量為2.1e11(Pa)泊松比=0.3。在管道的正上方有

5、一個(gè)高度3米的堆載，求受到該堆載作用下，管道的應(yīng)力和下沉量。根據(jù)實(shí)際地域地質(zhì)結(jié)構(gòu)，建立管土結(jié)構(gòu)的有限元模型。由于在ABAQUSExplicit中沒有MohrCoulomb本構(gòu)模型，因此轉(zhuǎn)化為DrukerPruger模型[3]。該地區(qū)的各土層情況如表1所示。表1.該地域各土層的參數(shù)該地域各土層的參數(shù)DrukerPruger彈性模量泊松比重力密度土層厚度土質(zhì)β（度）σc0(Kpa)K(Mpa)(kgm3)(m)(1)填土600.319002

6、.5(2)粉質(zhì)粘土41.2662.860.77812.240.318003(3)砂質(zhì)粉土50.7014.000.77823.060.318004(4)淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土36.1433.650.80426.140.318001(5)淤泥質(zhì)粘土23.1334.270.87544.760.3180020在建立管土有限元模型時(shí)，根據(jù)工程規(guī)范和實(shí)際情況[24]，管道與土體之間按照接觸單元處理。考慮到對(duì)稱性取一半結(jié)構(gòu)，即取含有管道的土體長(zhǎng)103米，寬8