【iSolver案例分享】地基中波的传播特性
引言:iSolver为一个完全自主的通用结构有限元软件,对标国际主流结构CAE商业软件Abaqus、Ansys、Nastran,支持结构分析的常用功能,精度、效率和Abaqus相当, iSolver自带友好的三维可视化前后处理界面,也可作为一个轻量化插件集成到Abaqus/FEMAP或者自主软件中。本帖以地基中应力波的传播为例,将iSolver和Abaqus计算结果进行对比,比对两种有限元软件的计算结果。
问题描述:
如图1所示,一地基表面中作用有一冲击荷载,荷载幅值曲线见图2所示。地基动弹性模量为720MPa,泊松比为0.33,密度为2.842t/m3,对应纵波波速为616.91m/s,剪切波速310.75m/s。
分析中利用对称性取一半进行分析,分析区域宽度为80m,高度为50m,荷载作用宽度为32.5m,大小在幅值曲线的基础上乘以100kPa,为清晰辨识波的传播,分析中不考虑阻尼。
图1 计算图示
图2 荷载幅值曲线
1 Abaqus操作及计算结果
(1)建立几何模型
考虑结构及荷载的对称性,建立一半的几何模型,长为80m,宽度为50m,如图3所示。为方便荷载施加,将左上顶点偏移(35.0,0,0)建立参考点,并切分几何体。
图3 几何模型
(2)材料及截面赋予
使用线弹性材料本构,地基弹性模量720MPa,泊松比为0.33,密度为2.842t/m3。创建solid,homogeneous截面并赋予地基。
(3)创建分析步
建立名为pulse的Dynamic,Implicit分析步,在EditStep对话框的Basic选项卡中将时间总长设为0.13,Incrementation选项卡中选择步长控制方去类型(Type)为Fixed,将增量步步长设为0.001,最大允许增量数设为400,在Other选项卡中将数值积分算法中的Alpha设为0,取消数值阻尼,接受其余默认选项后退出。
图4 分析步设置
(4)荷载及边界条件
图5 边界与荷载设置
在Load模块中,执行【BC】/【Create】命令,在initial(初始)分析步中约束模型左侧(对称轴)上的位移U1,其余边界均不约束,意味着在动力荷载下为自由边界。
从文件中读取数据,创建图2所示的幅值曲线。在pulse分析步中对所给区域施加荷载,在EditLoad对话框中将Magnitude设为100,在Amplitude下拉列表中选择刚才所创建的幅值曲线。
(5)网格划分
图6 网格划分
(6)作业提交
Abaqus创建并提交作业,开始分析,
图 7 Abaqus作业提交
(7)计算结果
图 8 Abaqus位移U1云图(放大10000倍,t=0.08s)
图9网格变形图(放大10000倍,t=0.13s)
2 iSolver操作及计算结果
(1)导入模型
打开iSolver,点击File->Importing->Model,
图 10 iSolver界面
选择Abaqus生成的inp并确定,
图 11 iSolver导入模型
此时iSolver会显示该模型,
图 12 iSolver显示模型
(2)作业提交
iSolver切换到Job模块,点击Job->Create…
图 13 iSolver创建作业
输入作业名称、选择已导入的模型,点击OK
图 14 iSolver设置作业
点击Job->Manager…,打开作业管理器,然后选择上述作业,然后点击Submit,iSolver将在后台进行分析,
图 15 iSolver作业提交
(3)计算结果
iSolver计算结果如下
图 16 iSolver位移U1云图(放大10000倍,t=0.08s)
图 17 iSolver位移U1云图(放大10000倍,t=0.13s)
模型界面上的波动荷载将在分析区域中产生纵波和剪切波,同时在荷载边缘处由于荷载突变产生面波也会向左、右两侧传递。这些波型在变形后的网格中清晰可见。根据所给数据,纵波约0.08s到达底部边界,此时的网格如图 8图 16所示。之后,由于波在分析区域边界上发生反射(包括纵波、剪切波和面波),重新回到分析区域内部,波的相互叠加在图 9图 17中清晰可见。
iSolver各增量步云图动画如下,
(参考:费康, 彭劼《ABAQUS岩土工程实例详解》)
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软件免费下载地址
iSolver为免费软件,且无license限制,最新版免费下载地址如下:https://www.jishulink.com/content/post/337351
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