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1、ISSN10098984长春工程学院学报(自然科学版)2010年第11卷第2期7/36CN221323/NJ.ChangchunInst.Tech.(Nat.Sci.Edi.),2010,Vol.11,No.22124ANSYS在挡土墙分析中的应用张博(中铁九局第三工程有限公司,长春130052)摘要:利用有限元分析软件ANSYS分析了在重其屈服面并不随着材料的逐渐屈服而改变,因而没力场作用下公路挡土墙和土体耦合作用下的力学响有强化准则。然而其屈服强度随着侧限压力(静水应,可为公路挡土墙设计和力学
2、分析提供参考。压力)的增加而相应增加,其塑性行为被假定为理想关键词:公路挡土墙;有限元分析;ANSYS;耦合弹塑性。中图分类号:U417.1文献标识码:ADP材料等效应力的表达式为:文章编号:10098984(2009)02002104Te=3m+1/2S[M]S=y(1)式中:{S}偏应力;mm=1/3(x+y+z);0引言[M]常数矩阵。计算机仿真是一项高新技术,已在许多领域得材料常数和屈服强度y的表达式如下:到了广泛应用。它的最大优点是造价低、应用灵活、2
3、sin=(2)适应性强,且能很好地表现结构的实际状态。传统3(3-sin)[1-2]的极限平衡法在计算挡土墙受力时,由于没有6ccosy=(3)考虑到土体内部的应力应变关系,并且没有考虑3(3-sin)挡土墙的受力变形,以及土体和墙体之间的耦合关式中:c,分别为材料的粘聚力和内摩擦角。系。因此,采用此方法分析挡土墙受力,具有一定的扩展的Drucker-Prager模型的屈服面在!平缺陷。由于土是一种弹塑性材料,完全按照弹性理面上为非圆形,如图1。屈服面在子午面上包括线论分析其力学性能是不合理的。有
4、限元理论能充分性模型、双曲线模型和指数模型。考虑结构体的变形及受力特性,并且能够考虑材料的非线性。ANSYS是常用的有限元分析软件,它能充分考虑材料的非线性,以及能够采用接触单元模拟不同材料之间的接触截面,它能够分析挡土墙[3]和土体在重力场作用下的力学响应。1基本理论1.1D-P(Drucker-prager)强度准则在ANSYS中,对于岩石、土壤等颗粒状材料使用DP材料选项。该材料选项使用Drucker-prager屈服准则,此准则对于Mohor-coulomb准则给予图1!平面上不同屈服准则对应的
5、屈服线图近似,以此来修正VonMises屈服准则,即在Von1.2非线性有限元Mises表达式中包含一个附加项。其流动准则既可[4]非线性代数方程组通常可以表示为以使用相关流动准则,也可以使用不相关流动准则,∀(a)=P(a)-Q=0(4)式中:a待求的未知量;收稿日期:2010-04-07作者简介:张博(1984-),男(汉),陕西凤翔,助理工程师P(a)a的非线性函数向量;主要研究路基边坡稳定性。Q独立于a的已知向量。22长春工程学院学报(自然科学版)2010,11(2)在以位移为未知
6、量的有限元分析中,a是结点表1材料参数选取位移向量,Q是结点荷载向量。非线性方程组是不力学参数E/MPa&∋/KN#m-3/∃能直接求解的,目前常用的求解方法有直接迭代法、结构名称Newton-Raphson方法(简称N-R方法)和增量挡土墙2.6%1040.1672.5%104-法等。下面介绍增量法。土体260.31.7%10430将式(4)改写为如下形式:∀(a)=P(a)-#Q0=0(5)通常挡土墙都比较长,可按平面应变问题考虑,式中:#表示荷载变化的参数。如此计算模型相对较小,
7、计算花费也较小,节省计算将上式对#求导,则可以得到时间。dPdada2.1有限元法求解+Q0=KT-Q0=0(6)dad#d#2.1.1单元的选择从上式可以进一步得到本文采用挡土墙和土体采用PLANE82单元,da=K-T1(a)Q0(7)墙体和土体之间的接触采用CONTA172和d#TARGE169单元。挡土墙视为弹性体,土体视为d∀dP其中,KT。DP材料,满足DP屈服准则。dada2.1.2网格划分式(7)是一典型的常微分方程组问题,可以利用网格划分如图3和图4,一共10464个单元,其欧拉方法求
8、解,具体过程如下:中PLANE82单元10156个,CONTA172和如果已知am,则可以利用式(8)解出am+1。a-1TARGE169单元分别为87和221个。m+1-am=∃am=KT(am)Q0∃#m=-1(KT)m∃Qm(8)其中,∃#m=#m+1-#m,∃Qm=Qm+1-Qm。该方法的主要步骤是:首先按式(8)计算得到am+1的预测值,并表示为a!m+1;然后按式(9)计算am+1的改进
