Программа плаксис что это
Инженерный анализ — завершающий этап любого строительного проекта, определяющий надежность и качество возводимого объекта. Рынок программ для инженерных расчетов предлагает достаточно много как российских, так и зарубежных разработок, позволяющих с высокой степенью достоверности выполнять расчеты несущих конструкций в их надземной части. К сожалению, куда меньше освоена область связанных с геотехнической инженерией расчетов, в основу которых положены процессы моделирования грунтов, взаимодействия между конструкциями и грунтами. Качественных, понятных и удобных программ для профессионалов здесь пока немного. Эта статья представляет собой краткий обзор комплекса программ компании PLAXIS BV, предназначенных для выполнения конечно-элементного анализа деформаций и устойчивости конструкций в проектах, связанных с геотехнической инженерией.
Инженерный анализ — завершающий этап любого строительного проекта, определяющий надежность и качество возводимого объекта. Рынок программ для инженерных расчетов предлагает достаточно много как российских, так и зарубежных разработок, позволяющих с высокой степенью достоверности выполнять расчеты несущих конструкций в их надземной части.
Возможности геотехнических расчётов в программе PLAXIS
К сожалению, куда меньше освоена область связанных с геотехнической инженерией расчетов, в основу которых положены процессы моделирования грунтов, взаимодействия между конструкциями и грунтами. Качественных, понятных и удобных программ для профессионалов здесь пока немного.
Эта статья представляет собой краткий обзор комплекса программ компании PLAXIS BV, предназначенных для выполнения конечно-элементного анализа деформаций и устойчивости конструкций в проектах, связанных с геотехнической инженерией.
История создания
«Биография» PLAXIS достаточно интересна и при этом сильно отличается от традиционной истории развития коммерческого ПО. В разработке, продвижении и внедрении программы участвовали специалисты крупных университетов, деятели государственных учреждений и коммерческих компаний. В результате получился многофунциональный и удобный для расчетов продукт, динамически развивающийся и сейчас.
В 70-е годы написанная на Фортране и работавшая на больших компьютерах (мейнфреймах) программа — тогда ее называли ELPLAST — разрабатывалась Питером Вермеером (Pieter Vermeer) из Делфтского университета технологии. ELPLAST могла осуществлять двумерные упруго-пластические вычисления на основе наборов шестиузловых треугольников.
Дальнейшие исследования в рамках проекта, проведенные аспирантами Вермеера и специалистами из других университетов, значительно расширили возможности программы: теперь с ее помощью решались, например, вопросы осесимметрии, нелинейного анализа почв, структурных элементов.
Первая версия для ПК появилась в 1987 году. Когда же с выходом пятой версии программы стала очевидной необходимость ее коммерческого продвижения, была создана компания PLAXIS BV. Основной своей целью компания называет создание программного обеспечения с интуитивно понятным интерфейсом для точных и высококачественных геотехнических расчетов, базирующихся на конечно-элементном методе. Развивая и совершенствуя программу, разработчики тесно сотрудничают и с университетами, и с фирмами — PLAXIS стал своего рода связующим звеном между теоретическими исследованиями и практической работой.
Особенности работы с PLAXIS-Structure Interaction
Вплоть до седьмой версии программа оставалась DOS-приложением, но в Windows-версию PLAXIS 7 введены графические элементы, неструктурированная сетка и ряд других существенных черт.
Рис. 1. Проект расширения дорожного полотна
Седьмая версия поменяла акценты самой философии проекта: PLAXIS, представлявший собой пакет конечно-элементного анализа, ориентированный на достаточно узкий круг специалистов, становится практическим инженерным инструментом, который может и должен использоваться в строительстве.
Конечно, это не единственная программа для выполнения конечно-элементного анализа в области механики грунтов: существуют, например, ABAQUS, ANSYS, ZSOIL. Однако, как считают специалисты, PLAXIS выгодно отличается от них простым пользовательским интерфейсом, высокой точностью расчетов и очень доступной ценой.
Назначение и состав программы
PLAXIS предназначен главным образом для проектных организаций и высших учебных заведений. Это мощный, удобный инструмент и для исследований, и для практического применения в сфере промышленного и гражданского строительства.
PLAXIS может быть применен для решения большинства задач в сфере традиционной механики грунтов. Он охватывает вопросы закладки и возведения фундаментов, земляных работ (устройство котлованов, траншей строительства подпорных стен, расчетов устойчивости откосов, расчетов дорожной насыпи (в том числе и на динамическое воздействие), инфильтрации, прокладки тоннелей. Программа используется как для расчета отдельных элементов, так и для комплексных вычислений.
Программные продукты фирмы PLAXIS BV представлены следующими расчетными пакетами:
- PLAXIS Professional — пакет, предназначенный для двумерного конечно-элементного анализа деформаций и устойчивости в проектах, связанных с геотехнической инженерией.
- PLAXIS Dynamics module — дополнение к Plaxis Professional, расширяющее возможности последнего при моделировании динамических воздействий.
- PLAXIS 3D Tunnel — геотехнический пакет, разработанный специально для конечно-элементного трехмерного анализа деформаций и устойчивости при проектировании тоннелей.
Теперь рассмотрим основные возможности программ, их структуру, методы расчетов.
Рис. 2. Устройство подпорной стенки
Начало работы
При проведении геотехнических расчетов необходимо наличие основных почвенных моделей для имитации нелинейного и нестационарного поведения почв. При этом следует обязательно учитывать и сам субстрат почвы как таковой, гидростатическое и негидростатическое поровое давление в ней. Таким образом, основной акцент делается именно на взаимодействии почвы и тех сооружений, которые могут быть возведены на данном участке.
Входные данные
Ввод геометрии слоев грунта, конструкции, нагрузок и граничных условий базируется на CAD-процедурах черчения, которые обеспечивают подробное и точное моделирование реальной ситуации. Для ввода геометрии в PLAXIS представлены такие элементы, как балка, шарнир, контактные поверхности, анкеры, геотекстиль (георешетки), тоннели, граничные условия, нагрузки.
Из созданной геометрической модели программа в автоматическом режиме генерирует неструктурированную конечно-элементную сетку с возможностью глобального и локального изменения ее плотности. Использование в модели элементов высокого порядка полезно для равномерного распределения напряжений в грунте и точного предсказания недопустимых нагрузок. Пользователю предоставлен выбор между 6-узловыми и 15-узловыми элементами, что можно с успехом использовать в осесимметричном анализе.
Рис. 3. Препроцессор PLAXIS
Модели грунтов
Самая простая из используемых в PLAXIS моделей грунтов — модель Кулона-Мора. Эта нелинейная модель базируется на параметрах грунтов, которые в большинстве случаев известны. Модель Кулона-Мора может применяться, например, для вычислений реальных конечных нагрузок кольцевых фундаментов, коротких свай, а также для расчета запаса прочности.
Модель рыхлых грунтов используется для точного анализа логарифмической работы на сжатие нормально консолидированного рыхлого грунта. Модель мягких ползучих грунтов — это усовершенствованная версия модели мягких грунтов, включающая моделирование второй стадии ползучести. Твердая модель применяется для более твердых грунтов — таких, как сверхконсолидированные глины и пески. Здесь используется упруго-пластичный тип гиперболической модели.
Для генерации устойчивого состояния порового давления существует два альтернативных подхода:
- анализ потока подземных вод, где комплексное распределение порового давления может генерироваться на основе двумерного анализа течения грунтовых вод;
- уровень грунтовых вод. В простых случаях мультилинейное поровое давление может быть сгенерировано непосредственно на основе уровня грунтовых вод. Для каждого слоя почвы можно выделить различные уровни грунтовых вод. Более того, поровое давление в слое может быть интерполировано от порового давления в смежных слоях грунта.
При моделировании проницаемых песков и почти непроницаемых глин PLAXIS различает дренированные и недренированные грунты. Избыточное поровое давление определяется при расчете пластичности, когда недренированный слой грунта подвергается нагрузке. Нагрузки на недренированные грунты часто являются решающими для устойчивости геотехнических сооружений. В случаях недостаточной устойчивости для уменьшения избыточного порового давления требуется ввод вспомогательных периодов консолидации.
Рис. 4. Конечно-элементная сетка модели земляной плотины
Расчетные возможности
PLAXIS предлагает различные виды расчетов: расчет пластичности, анализ консолидации и анализ усовершенствованной конечно-элементной сетки. Расчетные фазы для каждого проекта могут определяться непосредственно перед выполнением вычислений.
Расчет пластичности. Коэффициенты нагрузки используются для активизации установленных нагрузок (сосредоточенных или распределенных), установленных перемещений, веса и усадки грунта (для моделирования щитовой проходки тоннелей). Предусмотрена возможность моделировать процесс строительства.
Поэтапное возведение. Активизируя и деактивизируя группы элементов, пользователь может моделировать процесс строительства и экскавации. Эта процедура позволяет дать реалистическую оценку напряжений и перемещений, вызванных, например, строительством земляных дамб или котлованов для фундаментов глубокого заложения. Опция этапного конструирования используется также для активизации изменений в распределении порового давления.
Консолидация. Снижение избыточного порового давления во времени может быть вычислено при анализе консолидации. Анализ консолидации требует ввода коэффициента проницаемости для различных слоев грунта. Процедура автоматического пошагового изменения времени делает анализ ясным и простым в использовании.
Усовершенствованный анализ Лагранжа. С помощью этой опции можно постоянно корректировать сетку конечных элементов во время расчета. Если пользователь сталкивается с ситуацией, при которой обычный анализ малых деформаций может привести к существенным изменениям геометрии, рекомендуется выполнить более точный расчет с помощью усовершенствованного анализа Лагранжа.
Коэффициент устойчивости. Коэффициент запаса обычно определяется как отношение разрушающей нагрузки к действующей нагрузке. Это определение годится для фундаментов, но не для насыпных сооружений и шпунтовых стен. Для указанных конструкций более подходит используемое в механике грунтов понятие «коэффициент устойчивости», который определяется в PLAXIS как отношение действительной поперечной силы к минимальной требуемой для равновесия.
При выполнении расчетов PLAXIS может быть запущен в режиме автоматического выбора шага величины и шага времени. Это позволяет избежать выбора подходящего приращения нагрузки для расчетов пластичности, что гарантирует эффективность и точность процесса вычислений.
Контроль длины дуги. Это свойство позволяет точно рассчитать разрушающие нагрузки и выявить механизм разрушения. В обычных расчетах контролируемых нагрузок процедура итерации прекращается, когда возрастающая нагрузка превысит пиковую. При использовании метода контроля длины дуги приложенная нагрузка понижается до такого уровня, чтобы зафиксировать пиковую нагрузку и любые остаточные нагрузки.
Выходные данные
Постпроцессор PLAXIS имеет развитые возможности графического представления результатов расчета. В выходные таблицы заносятся точные значения перемещений, напряжений, структурных воздействий. Все данные могут быть выведены на принтер или плоттер в табличном либо полноцветном формате.
Осуществляется графический вывод деформированной сетки, общие или дискретные перемещения. Производится графический вывод действующего напряжения, порового давления и избыточного порового давления.
PLAXIS позволяет создавать графики всех типов напряжений и перемещений в любом сечении. Существует специальный инструмент для черчения кривых «нагрузка-перемещение», траектории напряжения и диаграмм «напряжение-деформация». Визуализация траектории напряжения дает возможность проникнуть в поведение локального грунта и облегчает анализ рассчитанных в PLAXIS результатов.
Рис. 5. Расчет устойчивости откоса (на рисунке хорошо видна кривая обрушения)
Заключение.
При кажущейся простоте, интуитивно понятном графическом представлении, достаточно небольшом количестве выполняемых программой операций PLAXIS — это многофункциональный комплекс, полностью решающий задачи, связанные с геотехнической инженерией.
Программа очень многогранна; детальное ее изучение открывает новые и новые возможности, которые в значительной степени упрощают и оптимизируют процесс проектирования.
- 17 января 2002 г.
Источник: www.caduser.ru
Программа плаксис что это
PLAXIS 2D
PLAXIS 2D представляет собой мощный и удобный конечно-элементный программный комплекс, предназначенный для двумерных расчетов деформаций и устойчивости строительных объектов. Программа используется в области гражданского и промышленного строительства для расчётов котлованов, насыпей, фундаментов, туннелей, месторождений и накопителей.
Подробное описание Официальный сайт Демоверсия
PLAXIS 3D
PLAXIS 3D предназначена для комплексных расчётов напряжённо-деформированного состояния и устойчивости геотехнических объектов различного назначения методом конечных элементов в условиях пространственной задачи. С помощью PLAXIS 3D сложная геометрия грунта и конструкций может быть задана в двух различных режимах. Эти режимы специально предназначены для моделирования грунтового основания и моделирования конструкций. Созданные пространственные модели автоматически пересекаются и разбиваются на конечные элементы.
Подробное описание Официальный сайт Демоверсия
Источник: steel-concrete.ru
CADmaster
PLAXIS — инструмент инженера-геотехника. Примеры расчетов
Скачать статью в формате PDF — 927.1 Кбайт
Главная » CADmaster №3(13) 2002 » Изыскания, генплан и транспорт PLAXIS — инструмент инженера-геотехника. Примеры расчетов
Примеры расчетов
В статье «PLAXIS — геотехнические расчеты» (CADmaster, #1`2002) отражены основные функциональные возможности программы, но не затрагивались вопросы практического применения. Учитывая, что специалистов в области геотехнической инженерии интересует прежде всего практика, рассмотрим примеры расчетов для реальных конструкций.
Предваряя вопрос о том, как согласуются расчеты в PLAXIS и в СНиП, мы провели сравнительное тестирование. Первый из предлагаемых ниже примеров — это один из тестов, позволивший убедиться, что российские и зарубежные правила, которые используются для расчетов геотехнических конструкций, не противоречат друг другу.
Второй и третий примеры отражают более широкий спектр характерных для PLAXIS задач.
Пример 1
Сравнение результатов расчета сваи по приложению к СНиП 2.02.03−85 с расчетом, полученным с помощью программы PLAXIS.
Задача. Требуется определить расчетные значения наибольшего изгибающего момента и продольной силы.
Исходные данные. Свая железобетонная круглая полая с наружным диаметром d = 0,4 и внутренним dв= 0,4. Голова сваи расположена на высоте lo=2 от поверхности грунта. Свая погружена в мелкий песок на глубину l = 7. Начальный модуль упругости бетона Eб = 2,9*10 6 тс/м 2 . К голове сваи приложены внешние нагрузки в виде вертикальной силы N, горизонтальной силы H и момента M, нормативные значения которых соответственно равны 30 тс, 4 тс и 2 тс·м.
Характеристики грунта: φ = 32°, c = 0,2 т/м 2 , E = 3000 т/м 2 .
Рис. 1. а) Схема сваи; б) Эпюра изгибающих моментов
Таблица 1
| Z, м | Mz, тс·м |
| 0,87 | 12,9 |
| 1,75 | 13,5 |
| 2,62 | 11,7 |
| 3,50 | 8,4 |
| 5,25 | 2,1 |
| 7,00 |
Значения изгибающих моментов Mz, рассчитанные по СНиП, сведены в таблицу 1.
Программа PLAXIS поддерживает различные модели, воспроизводящие поведение грунта и других материалов. В данном примере используется упругопластическая модель Мора-Кулона.
Рис. 2. Эпюра изгибающих моментов (PLAXIS)
Значения усилий в узлах сваи сведены в таблицу 2.
Таблица 2
| Beam | Element | Node | X | Y | N | Q | M |
| [m] | [m] | [kN/m] | [kN/m] | [kNm/m] | |||
| 1 | 23 | 1066 | 10 | 0,9 | -283,9 | -2,3 | -126,0 |
| 23 | 983 | 10 | 1,7 | -271,3 | 25,6 | -115,0 | |
| 23 | 876 | 10 | 2,6 | -262,9 | 33,5 | -87,7 | |
| 23 | 864 | 10 | 3,5 | -260,1 | 28,8 | -57,4 | |
| 23 | 695 | 10 | 5,1 | -267,4 | 16,2 | -21,4 | |
| 23 | 624 | 10 | 7 | -231,0 | 4,6 | -1,8 |
Рис. 3. Полные перемещени
Взаимодействие сваи с грунтом учитывается с помощью интерфейса (контактной зоны). Прочностные свойства интерфейсов связаны с прочностными свойствами грунта через коэффициент понижения прочности Rинтер (в нашем случае Rинтер = 0,65).
Если перевести результаты расчетов в одну систему единиц измерений, можно видеть, что численные результаты (табл. 2) прекрасно согласуются с аналитическим решением (табл. 1). Небольшие расхождения могут быть связаны с описанным выше интерфейсом, так как в примере СНиП использовался другой метод учета взаимодействия грунта и сваи.
Пример 2
Задача. Расчет напряженно-деформированного состояния плотины с экраном, фильтрационный расчет, консолидация, расчет коэффициента надежности. Расчет ведется на мгновенное возведение плотины от отметки основания плотины до отметки гребня.
Исходные данные. Высота плотины 17 м, ширина плотины по гребню 27 м, по основанию плотины — 142 м, экран плотины представлен супесью, в теле плотины предусмотрена дренажная галерея, напор с верхнего бьефа 12 м. На рис. 4 представлена геометрическая модель плотины с изображением грунтов.
Рис. 4. Геометрическая модель плотины
Рис. 5. Набор данных по материалам
Генерация давления путем расчета потока грунтовых вод основана на расчете методом конечных элементов с использованием проницаемости кластеров грунта, построенной сетки и граничных условий, заданных в режиме гидравлических условий. Сгенерированные давления воды могут использоваться в качестве входных данных для расчета деформаций.
Рис. 6. Распределение активного порового давления в теле плотины
Программа PLAXIS позволяет просмотреть распределение скоростей, активного давления воды, тотальных и эффективных напряжений в произвольном разрезе.
Рис. 7a. Распределение активного порового давления
>Рис. 7. Распределение тотального напряжения (разрез по центру плотины)
Автоматически рассчитывается суммарный расход воды.
Расчет консолидации основания плотины ведется до достижения минимального порового давления. Вычисления прекращаются, когда максимальное абсолютное избыточное поровое давление оказывается ниже заданной величины |P — stop|.
Рис. 8. Избыточные поровые давления при |P — stop| = 6 кН/м 2
В PLAXIS существует и другая опция для расчета на консолидацию: Консолидация до достижения предельного времени, позволяющая закончить вычисления в момент достижения заданного времени.
Рис. 9. Полные напряжения в теле плотины
В решаемой задаче представляет интерес и расчет коэффициента надежности. Для таких расчетов в программе предусмотрена опция Снижение φ, с. При использовании алгоритма Phi-c reduction (Снижениеφ, с) параметры прочности грунта tanφ и с последовательно уменьшаются до тех пор, пока не произойдет разрушение. Этот способ напоминает метод расчета коэффициентов надежности, принятый при расчетах по круглоцилиндрическим поверхностям.
Полученный коэффициент надежности ∑Msf = 1,63 на низовом откосе согласуется с коэффициентом, рассчитанным аналитическим методом.
Пример 3
В некоторых случаях для оценки напряженно-деформированного состояния бывает недостаточно решить плоскую задачу. Рассмотрим пример упругопластического расчета плиты для трамвайных путей в объемной модели программы PLAXIS 3D Tunnel. Схема загружения показана на рис. 10.
Рис. 10. Схема загружени
Присвоение свойств материалов производится так же, как в программе PLAXIS (см. рис. 11 и 12).
Рис. 11. Свойства плиты
Рис. 12. Набор данных по материалам
При генерации 3D-сетки вводятся дополнительные планы на заданных расстояниях в z-направлении — для последующей активации элементов и нагрузок в процессе расчета. На рис. 13 представлена деформированная 3D-сетка.
Рис. 13. Деформированная сетка
По сравнению с плоской моделью время расчета в программе PLAXIS 3D Tunnel увеличивается за счет использования по умолчанию 15-узловых элементов.
На рис. 14 показаны полные (тотальные) напряжения в плане С. Хорошо видна концентрация напряжений под краем плиты — это соответствует случаю, когда жесткость плиты в несколько раз превосходит жесткость грунта.
Рис. 14. Полные напряжени
Поскольку имеется равномерное загружение плиты высокой жесткости, картина полных перемещений выглядит правдоподобно. Как видно на рис. 15, получена примерно одинаковая осадка плиты.
Рис. 15. Полные деформации
Программа PLAXIS 3D Tunnel предоставляет дополнительные возможности для более сложного проектирования тоннелей с учетом особенностей проходки, а также решает большинство задач, рассматриваемых в программе PLAXIS, в объемной модели. В PLAXIS 3D Tunnel существует только расчет пластического состояния — расчет упругопластических деформаций без учета эффекта больших деформаций.
Несмотря на справочную лаконичность сказанного, надеемся, что эта статья предоставит специaлистам необходимую информацию о некоторых задачах, решаемых при помощи инженерного геотехнического инструментария программы PLAXIS.
Источник: www.cadmaster.ru
Как работает программа Plaxis, или Немного о траекториях нагружения
Основной принцип, по которому работают большинство геотехнических программных комплексов (Plaxis, Midas, RS, Z-soil, Гео5 МКЭ, FemModels и др.) заключается в использовании моделей грунта.
Исходные данные
В ходе эволюции математического описания поведения грунтов произошел качественный переход от простых моделей (линейно-упругая и Мор-Кулон) к так называемым усовершенствованным (англ. Constitutivity model). Эти модели представляют собой различные усовершенствования исходной модели CamClay – шатровой с нелинейным поведением при сжатии и увеличением жесткости в условиях компрессионного сжатия – SoftSoil, SoftSoilCreep, HardeningSoil, HardeningSoilSmall, GeneralHardeningSoil (и аналогичные модели с другими названиями в других программах). В основном эти виды моделей используют гиперболическую зависимость при сдвиге и степенную при сжатии.
В геотехнической литературе советского периода авторы периодически обращались к перспективным на то время возможностям численного моделирования, особенно к методу конечных элементов (МКЭ). Использование этого метода на практике требовало серьезных знаний и доступа к сложным ЭВМ. Об этом, например, говорит в «ГеоИнфо» А.Ф.
Ким в статье « Ключевые вопросы в отрасли должны решать геотехники ». Основным намерением ученых всегда оставалось стремление к совершенствованию математических моделей, описывающих поведение грунта, что прослеживается в работах Ю.К. Зарецкого, С.С. Вялова, А.Б. Фадеева, А.Г. Шашкина и др.
Однако исторически сложившиеся обстоятельства привели к более активному развитию теорий, принятых за рубежом. Особенно этому способствовало более активное развитие компьютерных технологий и появление различных программ (например, Plaxis в 70-х годах прошлого века). Основоположниками этого направления считаются К. Роскоу, А. Скемптон, К. Терцаги и др.
Формирование и развитие усовершенствованных моделей грунта происходило на протяжении длительного периода времени, а основой для этих моделей стала Механика критических состояний грунта (CSSM) о которой в отечественной литературе очень мало упоминаний (А.Б. Фадеев, В.Г. Федоровский, Н.Я. Денисов, перевод на русский язык статьи П. Мэйна).
Наверное, можно выделить в механике грунтов отдельное направление, которое включает в себя и нелинейную механику, механику критических состояний и концепцию нормализованных параметров, а назвать это направление, на мой взгляд, можно «геомеханика». Понятие инженерная геомеханика определяет наличие нескольких зависимостей между поведением грунта при различных механических воздействиях, которые объединены в модель грунта, а исходными данными служат не отельные значения абстрактных показателей, а паспорта испытаний грунта в нескольких разных приборах.
Зарождением этого направления можно считать появление в 50-х годах прошлого века математической модели грунта CamClay (модель кембриджской глины) и модели для песков, которые позволили описывать поведение грунтов на более высоком уровне, по сравнению с линейно-упругими и упруго-пластическими моделями типа Linear Elastic и Morh-Columb.
В тоже время усовершенствованные модели грунтов, включенные в коммерческие версии различных геотехнических программ, представляют собой универсальное описание достаточно большого количества вариантов поведения грунтов, но, безусловно, не позволяют точно описывать реальное поведение всего многообразия грунтовых условий. Тем не менее, использование моделей грунта и численного моделирования обеспечивает решение как простых, так и сложных геотехнических задач с более полным анализом (в сравнении с ручным счетом).
Таким образом, с одной стороны, усовершенствованные модели значительно более полно и корректно описывают поведение грунтов по сравнению с ручным счетом, но с другой стороны, являются далеко несовершенными по сравнению с реальным поведением грунтов и для решения разных задач требуют соответствующего выбора той или иной модели. Например, для расчета грунтовых насыпей подходящим вариантом является SoftSoil или SoftSoilCreep; модель для котлованов – HardeningSoil, HardeningSoilSmall, GeneralHardeningSoil; для динамических расчетов есть специальные модели: PM4Sand, UBC3D-PLM, UBCSend и т.д.
Модель грунта так или иначе описывает два основных поведения грунта:
- объемное (изотропное или гидростатическое) сжатие;
- чистый сдвиг (девиаторное нагружение).
Качество описания зависит от вложенных в модель зависимостей и от вводимых исходных данных. Например, модель SoftSoil основана только на компрессионных испытаниях.
Следовательно, поведение при сжатии будет хорошо соответствовать поведению образца, а поведение при сдвиге является математической интерпретацией, поскольку в эту модель не вводятся ни трехосные испытания, ни испытания на простой сдвиг. Т.е. к поведению этой модели при преобладании сдвиговых деформаций следует относиться внимательно. Модель HardeningSoil основана на компрессионных и трехосных испытаниях. Соответственно, она более правдоподобно будет описывать и объемные, и сдвиговые деформации, но, конечно, и она не лишена недостатков.
Траектории
Таким образом, введенное в модель поведение лабораторного образца при сжатии и сдвиге, например, в виде независимых модулей одометрического E oed и трехосного Е 50 обрабатывается в ходе моделирования путем построения траекторий нагружения. Стоит отметить, что есть отдельные модели, основанные на полевых испытаниях. Например, модель UBC3D-PLM основана на статическом зондировании SPT и предназначена для учета разжижения грунта при динамическом воздействии.
Рассмотрим основные виды траекторий дренированного сжатия для анизотропно нагруженного образца ( К 0 – консолидация). На рисунке 1 видно, что после первой стадии трехосных испытаний (анизотропное нагружение с вертикальным давлением, превышающим боковое) вторая стадия может происходить тремя путями:
1) снижение бокового давления, при постоянном вертикальном – траектория отклоняется влево;
2) увеличение вертикального давления при одновременном снижении бокового так, чтобы соотношение между ними было постоянным (постоянные касательные напряжения) – вертикальное положение линии (увеличение вертикальной нагрузки равно удвоенному снижению горизонтальной);
3) увеличение только вертикального давления при неизменном боковом – отклонение траектории вправо.
Рис. 1. Основные траектории дренированного нагружения в трехосном приборе
А теперь проиллюстрируем сказанное испытаниями в виртуальной лаборатории SoilTest. Траектории напряжений удобнее смотреть на графике p-q координат.
Источник: geoinfo.ru
PLAXIS 2D
Программа PLAXIS 2D — это двумерная конечно-элементная программа, предназначенная для расчета деформаций, устойчивости и фильтрации грунтовых вод в геотехнических задачах.
Эта высокоэффективная версия программы позволяет решать самые разные геотехнические задачи. Возможно использование больших двухмерных конечно-элементных сеток. Профессиональная версия поставляется в виде расширенного программного пакета, учитывающего статические упругопластические деформации, усовершенствованные модели грунта, расчеты устойчивости и консолидации, расчеты по изменяемой сетке и расчеты установившейся фильтрации в грунтах.
Более подробная информация представлена на http://plaxis.ru/.
Возможности PLAXIS 2D
- Возможности ввода
- Поведение грунтов
- Возможности расчетов
- Возможности вывода
В О З М О Ж Н О С Т И В В О Д А
Графический ввод геометрической модели
Ввод слоев грунта, конструкций, стадий возведения, нагрузок и граничных условий основан на простой процедуре черчения CAD, которая учитывает детальное моделирование геометрических сечений. Для этой геометрической модели создается двухмерная конечно-элементная сетка.
Автоматическое создание конечно-элементной сетки
Программа позволяет автоматически создавать нерегулярные конечно-элементные сетки с возможностью глобального и локального измельчения. Сетка может содержать тысячи элементов.
Элементы высокого порядка
Для моделирования деформаций и напряжений в грунте предусмотрены 6-ти узловые треугольные элементы второго порядка и 15-ти узловые треугольные элементы четвертого порядка
Плиты
Специальные плитные элементы используются для моделирования подпорных стен, обделок туннелей и других гибких конструкций. Поведение данных элементов определяется учетом изгибной жесткости, продольной жесткости и предельного изгибающего момента. По достижении предельного момента в упругопластических плитах может развиваться пластический шарнир. Плиты могут использоваться совместно с контактными элементами (интерфейсами)
Шарниры и поворотные пружины
Шарнир представляет собой соединительный элемент, учитывающий поворот в стыковочном узле. Шарниры используются для создания соединений, в которых концы плит могут свободно поворачиваться. Поворотные пружины используются для соединений, которые занимают промежуточное положение между шарнирами и закреплениями.
Интерфейсы
Для моделирования взаимодействия грунта и сооружения необходимы специальные контактные элементы (интерфейсы). Эти элементы могут быть использованы, например, для создания тонкой зоны интенсивного сдвига грунта в местах контакта с обделкой туннеля. Значения угла трения и адгезии грунта интерфейса могут отличаться от значений угла трения и сцепления окружающего грунта.
Анкеры
Для моделирования анкеров, стоек, распорок используются упругопластические пружинные элементы. Поведение этих элементов определяется учетом их продольной жесткости и максимального усилия. Существует специальная опция для задания предварительно напряженных грунтовых анкеров и распорок в котлованах.
Геосетки
Геосетки (геотекстиль) используются для укрепления насыпей или подпорных сооружений. Эти материалы моделируются в Plaxis с помощью специальных элементов, работающих на растяжение. При моделировании взаимодействия геосеток с окружающим грунтом рекомендуется объединять эти элементы с интерфейсами.
Туннели
Программа Plaxis предлагает удобную опцию для создания туннелей круглого сечения и сечения, состоящего из набора дуг и прямых. Для моделирования обделки туннеля и ее взаимодействия с окружающим грунтом могут быть использованы плитные элементы и интерфейсы. Для моделирования криволинейных границ внутри сетки используются изопараметрические элементы. Предусмотрены различные методы расчета деформаций, отражающие специфику технологии строительства туннеля.
Граничные условия
Закрепления задаются нулевыми перемещениями в направлениях «x» и «y» как для геометрических линий, так и для геометрических точек. Существует удобная опция задания стандартных граничных условий в перемещениях, которые используются в большинстве случаев.
Нагрузки
Возможно использование двух независимых систем нагружения сосредоточенными и распределенными нагрузками. Сосредоточенные нагрузки могут прикладываться в любой геометрической точке, а распределенные нагрузки — к любой геометрической линии, кроме границы геометрической модели. Значения нагрузок могут быть изменены в режиме поэтапного возведения и/или с помощью коэффициентов.
П О В Е Д Е Н И Е Г Р У Н Т О В
База материалов
Свойства материалов, как грунтов, так и элементов конструкций, вводятся в базу данных проекта. Данные по материалам из базы данных проекта могут быть скопированы в общую базу данных для возможности использования в других проектах.
Модель Кулона-Мора
Эта простая нелинейная модель основана на параметрах грунта, которые хорошо известны в инженерной практике. Однако, эта модель включает далеко не все нелинейные особенности поведения грунта. Модель Кулона-Мора может быть использована для вычисления предельных нагрузок на фундаменты, расчета коэффициента безопасности геотехнического объекта методом снижения параметров прочности грунта и т.д
Усовершенствованные модели грунтов
Дополнительно к модели Кулона-Мора Plaxis предлагает ряд усовершенствованных моделей грунта. В качестве основной модели второго уровня предлагается упругопластическая модель гиперболического типа, называемая моделью упрочняющегося грунта. Для моделирования поведения нормально уплотненных слабых грунтов во времени и при логарифмической компрессии имеется модель слабого грунта с учетом ползучести. Кроме этих моделей грунтов предлагается специальная модель анизотропного трещиноватого скального массива.
Модели грунта определенные пользователем
В Plaxis (версия 9) предусмотрена специальная возможность создания дополнительных моделей грунтов непосредственно самими пользователями программы. Эта опция, прежде всего, интересна научным сотрудникам университетов и исследовательских институтов, но также может быть полезна и для инженеров-практиков. В ближайшее время модели грунтов, созданные пользователями, станут доступными через Интернет.
Установившееся поровое давление
Распределение давления в поровой воде может быть создано заданием уровней воды или прямым вводом давления. В качестве альтернативы может быть выполнен расчет фильтрации грунтовых вод в задачах установившейся фильтрации или инфильтрации.
Расчет фильтрации
Распределение давления в поровой воде может быть сгенерировано на основе двухмерных фильтрационных расчетов. Дренажи и колодцы моделируются с помощью специальных элементов. Напор грунтовых вод задается положением уровня воды
Избыточное поровое давление
Программа Plaxis различает дренированный и недренированный тип поведения грунтов для моделирования соответственно водопроницаемых песков и почти непроницаемых глин. Избыточное поровое давление вычисляется при деформационном расчете слоев недренированного грунта под нагрузкой. Ситуации нагружения недренированного грунта часто имеют решающее значение при оценке устойчивости геотехнических сооружений.
В О З М О Ж Н О С Т И Р А С Ч Е Т О В
Программа Plaxis позволяет выполнять деформационные расчеты, расчеты консолидации и расчеты устойчивости. Тип расчета задается для каждой расчетной фазы до вычислений. Опционально доступны динамические расчеты.
Автоматическое пошаговое нагружение
Программа Plaxis работает в режиме автоматического выбора размера шага нагрузки или шага времени. Это избавляет пользователя от необходимости самому выбирать подходящие приращения нагрузки и времени и гарантирует эффективный и устойчивый процесс вычислений.
Контроль длины дуги
Эта функция дает возможность выполнения точных расчетов разрушающих нагрузок и прогноза механизмов разрушения. В обычных расчетах с контролируемой нагрузкой итерационная процедура прерывается в тот момент, когда нагрузка превосходит максимальную величину. При контроле длины дуги величина прикладываемой нагрузки снижается до фиксации максимальной нагрузки.
Поэтапное строительство
Программа Plaxis позволяет моделировать процессы поэтапного строительства и экскавации грунта путем активирования и деактивирования кластеров элементов, приложения нагрузок, изменения уровней воды и т.д.
Консолидация грунта
Снижение избыточного порового давления с течением времени может быть определено расчетом консолидации грунта. Расчет консолидации грунта требует задания коэффициентов фильтрации для разных грунтовых слоев. Процедура автоматического выбора приращения времени делает данный расчет устойчивым и удобным в применении. Для расчета консолидации доступна опция поэтапного строительства.
Корректирующий расчет Лагранжа
При использовании данной опции сетка конечных элементов постоянно корректируется в процессе расчета. В некоторых схемах обычный расчет малых деформаций может дать значительное изменение геометрии сетки. В этих случаях рекомендуется выполнить более точный корректирующий расчет Лагранжа, который в программе Plaxis называется Updated Mesh analysis (Расчет по изменяемой сетке). Данная опция доступна для всех типов расчетов.
Коэффициенты надежности
Отношением разрушающей нагрузки к действующей нагрузке обычно определятся коэффициент надежности для фундаментов. Для сооружений типа шпунтовых стенок, насыпей, дамб следует определять коэффициент надежности отношением реального сопротивления грунта сдвигу к минимальному сопротивлению сдвигу, обеспечивающему предельное равновесие. В программе Plaxis реализована процедура вычисления коэффициента надежности методом снижения параметров прочности грунта φ,с.
Менеджер расчетов
С помощью менеджера расчетов можно выбрать несколько проектов для последующих расчетов, что позволит эффективно использовать компьютер в ночное время.
В О З М О Ж Н О С Т И В Ы В О Д А
Скорости и ускорения
Для динамического расчета программа вывода результатов позволяет просмотреть скорости и ускорения в полной геометрии для любого фиксированного момента времени, а программа построения кривых — изменение скоростей и ускорений во времени в заданной точке.
Значения перемещений, напряжений, деформаций и усилий в конструкциях могут быть получены из таблиц. Рисунки и таблицы могут быть отправлены на выходные устройства или в буфер обмена Windows® для экспорта в другие программные средства.
Деформации
Графический вывод деформированного состояния расчетной области доступен в виде деформированной сетки, полных перемещений, приращений перемещений, полных деформаций и приращений деформаций. Все перемещения и деформации могут быть визуально представлены с помощью векторов, линий и затененных областей равных значений.
Напряжения
Графический вывод напряженного состояния расчетной области доступен в виде эффективных напряжений, полных напряжений, декартовых компонент напряжений, полных поровых давлений и избыточных поровых давлений. Напряжения могут быть визуально представлены с помощью затененных областей равных значений.
Усилия в конструкциях и перемещения
Осевые силы, перерезывающие силы и изгибающие моменты в элементах конструкций доступны в графической и табличной форме. Перемещения элементов конструкций могут быть представлены визуально. Усилия и перемещения могут быть выведены для фазы расчета или как результат предыдущих фаз.
Сечения
Эта опция позволяет создавать эпюры распределения всех типов напряжений и перемещений в любом сечении геометрической модели.
Генератор отчета
Генератор отчета позволяет создавать отчеты по вводимым данным и выходным результатам, которые, в дальнейшем, можно редактировать в среде MSWord.
Анимация
Анимация может быть создана для всех графических результатов расчета, в том числе деформаций и усилий в элементах конструкций.
Кривые зависимости перемещений от нагрузки и траектории напряжений
Доступна опция построения кривых зависимости перемещений от нагрузки, траекторий напряжений и деформаций, диаграмм напряжение-деформация, кривых зависимости осадки от времени.
Занятия проводятся по официальным учебным пособиям Autodesk, Altium и по авторским пособиям по Plaxis, разработанным преподавателями нашего учебного центра.
Источник: www.nipinfor.ru