关于ANSYS中初始地应力施加方法的介绍

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        近日,水哥收到一粉丝对初始地应力施加这块的疑问,恰逢今天时间较多,便说说在ANSYS中如何施加初始地应力。

        针对岩土工程相关的分析而言,初始地应力这个概念比较重要,所谓初始地应力,也即是在我们对岩土进行任何外部操作之前,例如基坑开挖、边坡开挖、隧道开挖等,其本身内所存在的真实应力,也可称之为初始应力场。

        初始应力场是平衡的,这也是经常听到的一个概念,初始地应力平衡,更简单来讲,就是我们在进行分析之前的位移清零,应力不清零。

        为什么进行这样一步操作?

        答:为了使模型更加的符合实际。

        ANSYS中对于初始地应力的平衡没有类似设计软件那般(例如Midas NX)方便,也即是我们在做类似基坑开挖分析之前,首先要进行地应力平衡操作,ANSYS中主要分为两步进行:

        第一步:原始应力场计算,导出地应力文件;

        第二步:新建模型,导入地应力文件,施加重力,平衡地应力。

        关于导入与导出的命令流,ANSYS以前老版本是采用Iswrite与isfile命令,新版本可采用Inistate命令,但是Iswrite和isfile依然可以用,只是帮助文件已经没了这两个命令的解释,其用法同inistate,可具体查询Help。

        通过上两步操作,能达到位移清零,真实应力不清零的效果,下面以一个小例子来进行说明操作过程。

        某二维地块,长度50m,高度20m,需进行基坑开挖操作,操作之前,需进行初始地应力的平衡,材料为中风化砂质泥岩,弹性模量取1200Mpa,粘聚力取450Kpa,摩擦角取30度,采用DP材料模型。

        为详细对比每一步操作过程,本次分了三个模型进行操作演示:

        模型一:初始应力场计算,导出初始应力文件;

        模型二:导入初始应力文件,不施加重力荷载;

        模型三:导入初始应力文件,施加重力荷载。

一、模型一

只施加重力荷载,求解命令流如下,

!============

!建模

!============

/solu

nsel,s,loc,y,0

d,all,uy,0      

nsel,s,loc,x,0

nsel,a,loc,x,50

d,all,ux,0

allsel

acel,,10

ISWRITE,1     

solve 

计算结果如下:

位移云图:

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应力云图:        

关于ANSYS中初始地应力施加方法的介绍

导出的初始应力文件位于工作目录下,其后缀名为ist,采用记事本即可打开。

关于ANSYS中初始地应力施加方法的介绍

关于ANSYS中初始地应力施加方法的介绍

二、模型二

只导入初始应力文件,求解命令流如下:

!============

!建模

!============

/solu

nsel,s,loc,y,0

d,all,uy,0    

nsel,s,loc,x,0

nsel,a,loc,x,50

d,all,ux,0

allsel

isfile,read,DY1,ist     

solve 

位移云图:

关于ANSYS中初始地应力施加方法的介绍

应力云图:

关于ANSYS中初始地应力施加方法的介绍

Y方向

关于ANSYS中初始地应力施加方法的介绍

X方向

从位移云图以及应力云图可知,

1)土体在初始地应力作用下,将产生向上膨胀的竖向位移。

2)土体在初始地应力作用下,不产生竖向应力,也不产生水平应力。说明ANSYS的初始地应力导入功能能保证土体应力自平衡;

 3)利用上述两点,可推导出,当模型同时在自重荷载和初始地应力作用下,将不会产生竖向位移,但会产生真实的土体应力。此结论可通过下面的模型三证明。

三、模型三

只导入初始应力文件,并施加重力荷载,求解命令流如下:

!============

!建模

!============

nsel,s,loc,y,0

d,all,uy,0       

nsel,s,loc,x,0

nsel,a,loc,x,50

d,all,ux,0

allsel

acel,,10

isfile,read,DY1,ist     

solve 

位移云图(最大值为1.2e-18,忽略不计):

关于ANSYS中初始地应力施加方法的介绍

应力云图:

关于ANSYS中初始地应力施加方法的介绍

通过上述三个模型可看出,采用上述步骤可间接实现ANSYS当中初始地应力的施加。

祝好

ANSYS结构院

2019.06.14

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