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

1、準靜態(tài)分析法在管土模型中的應(yīng)用準靜態(tài)分析法在管土模型中的應(yīng)用劉長虹漆宏俊承壓系統(tǒng)與安全教育部重點實驗室，機械與動力工程學(xué)院，華東理工大學(xué)摘要摘要:針對管土模型強非線性、難于求解的困難，本文提出采用AbaquesExplicit準靜態(tài)求解方法。首先計算出模型的固有頻率，然后通過與結(jié)構(gòu)變形相對應(yīng)的固有頻率周期和動能內(nèi)能比值關(guān)系確定求解步數(shù)；算例表明，AbaquesExplicit準靜態(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:準靜

2、態(tài)分析，管土模型，AbaqusExplicit1.引言引言隨著我國經(jīng)濟建設(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[1]，描述地下管道輸送問題的管土模型，是一個強非線性問題且求解困難。而采用AbaqusExplicit準靜態(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準靜態(tài)求解方法。2.AbaqusExplicit準靜態(tài)分析方法準靜態(tài)分析方法AbaqusExplicit準靜態(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，是一種公認有效求解高速沖擊問題的解法。但是在求解復(fù)雜的非線性靜態(tài)問題時，相比隱式積分法具有容易得到計算結(jié)果的優(yōu)勢。但是將顯式動態(tài)過程用于準靜態(tài)問題需要做一些特殊處理，這是因為一個靜態(tài)求解是一個

4、長時間的求解過程，需要很小的大量時間步，顯然這是不能夠?qū)崿F(xiàn)的求解過程。為獲得一個有效的求解，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，使計算時的動能小于內(nèi)能的5%。為了達到指標，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，作為加載時間。下面考慮一個實際的工程問題，有一個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，根據(jù)工程規(guī)范和實際情況[24]，管道與土體之間按照接觸單元處理?？紤]到對稱性取一半結(jié)構(gòu)，即取含有管道的土體長103米，寬8