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SIGMA/W 专业的应力变形有限元分析软件

作者:Simwe    来源:中仿科技    发布时间:2011-07-05    收藏】 【打印】  复制连接  【 】 我来说两句:(0逛逛论坛

 


 

SIGMA/W  对岩土结构中的应力和变形进行有限元分析的专业软件

SIGMA/W软件是一款用于对岩土结构中的应力和变形进行有限元分析的专业软件。它具有全面的本构模型公式,使得这款软件不但可以对简单的岩土问题进行分析,也可以对高度复杂的岩土问题,如线性弹塑性、非线性弹塑性、非线性等进行分析,许多经典的土体模型可以使用户对各种土体或结构材料进行建模分析。

有很多岩土问题不仅要计算稳定性,还希望进行应力应变分析,SIGA/W软件可以对线弹性变形问题、高度复杂的非线性弹塑性有效应力问题进行分析。SIGMA/W软件可以模拟载荷在地基中产生的超孔隙水压力,可对施工前后边坡的稳定性进行分析,有助于确定加固措施。此外,与SEEP/W软件相结合,SIGMA/W 软件可以对受外载荷作用的岩土结构中孔隙水压力的产生和消散进行建模分析,并进行土体固结分析。

SIGMA/W软件中实质上是求解平衡方程,而SEEP/W软件中是求解连续方程,两种软件结合起来求解方程可以同时得出变形和孔隙水压力随时间的变化情况。在SIGMA/W软件中可选用加载频率或非线性土体模型来分析与估计静压力,将可用作QUAKE/W软件中的初始静压力进行动态分析。

上述的这些特点使得SIGMA/W软件可以解决用户在地质构造、土木工程、采矿工程等领域内遇到的几乎所有的应力或变形问题。

 

 

1.典型应用:

SIGMA/W 软件可以对几乎所有地基的应力和变形问题进行建模分析。这些应力、变形问题包括:

  • 底座、充液容器、土工结构中的沉降问题
  • 路堤和水坝内部或底部的变形问题
  • 隧道周围的变形和应力问题
  • 支撑柱或锚杆加固的基坑的侧移及其周围的表面沉降
  • 开敞式基坑和放坡开挖的地面回弹。
  • 孔隙水压变化引起的体积改变。
  • 土与结构的相互作用:包括非粘合自由锚杆、开挖支撑和桁架结构的相互作用。
  • 完全耦合固结分析

2. SIGMA/W软件的特点:

  • SIGMA/W软件可以分析排水和不排水过程的总应力和有效应力、二维平面应变、三维轴对称问题、膨胀和固结问题及构造应力等问题。
  • 土体固结模型包括线弹性模型、各向异性的线弹性模型、非线性弹性模型、弹塑性模型、应变软化模型、土体的帽盖模型和修正的帽盖模型等。
  • 边界条件类型包括X和Y方向的位移、体力、压力、阶跃常数、以及模型的自重载荷。
  • SIGMA/W软件采用小变形、小应变、渐近载荷模型来处理二维平面应变和轴对称问题。对每一加载步,每个节点上的渐近位移由渐近载荷作用计算得出,加到位移上的初始载荷步计算出模型的整体位移。
  • 对非线性材料的土体模型,SIGMA/W软件用Newton-Raphson方法来解迭代方程,土体参数在每一迭代步上都要更新,直至得到收敛解。
  • SIGMA/W软件可与SEEP/W软件相结合分析土体的完全固结问题。由SEEP/W软件计算载荷作用下的瞬时孔隙水压力,而由SIGMA/W软件计算孔隙水压力产生的变形。
  • 用于土体结构内部相互作用的梁结构和杆单元。
  • 回填或开挖时的分段载荷。

3.与其他应用软件的结合:

1)SIGMA/W软件计算出的应力可用于SLOPE/W软件或QUAKE/W软件中:

在SLOPE/W软件中用有限元方法计算出的应力值,与由变形分析中得到的应力值一样,用这些应力值就可以对一些严格的稳定性问题进行分析了。此外,在QUAKE/W软件的地震动力学分析中,用户可以将SIGMA/W软件计算出的应力作为初始应力分布值。

2)SIGMA/W软件计算出的孔隙水压力可用于SLOPE/W软件或QUAKE/W软件中:

在SIGMA/W软件中,在如回填等稳定载荷作用下产生的超孔隙水压力可以代入SEEP/W软件中研究地基中的超孔隙水压力的消散所需时间。用户可以用SLOPE/W软件来分析建造过程这些附加应力对稳定性的影响,以便用户决定分步加载的必要性。

4. 2007版新增功能

1) 自定义本构模型:在SIGMA/W中用户可以自定义本构模型,即可以在自己的模型中写入任意.NET语言例如:Fortran,C++,C# 或Visual Basic等。用户自己定义的函数能够通过软件自带的求解器计算,也可以通过外部求解器求解计算。用户可以同他人共享自己的函数或打包出售他们,只需在SIGMA/W中建立自己的变量列表,而不需要给其赋值。

2) 杆和梁:在新版本中对Bars and Beams的处理变得更灵活了,Bars and Beams可以在于几何结构中以线形式存在,而不需要同土单元结合在一起。

3) 先进的动态施工:在一个文件中多种分析意味着用户可以在一个文件中建立初始应力模型和动态荷载变形模型,详细的施工过程可以按次序进行模拟,比如开挖和填筑。

4)交互单元之间的摩擦效应:新版本中新增了接触单元和基于土体-结构相互作用材料模型。可以在接触面的每边指定不同材料属性,接触面可以穿越不同的土层。

5) 在同一模型中考虑排水和不排水:在同一个分析中,在选择材料种类时,软件提供总应力、有效应力和有效参数随孔隙水压力变化三种类型。用户可以根据需要和实际情况选择对应的材料类型。

6) 应力重分配和C-Phi换算:在新版本中新增了应力重分配分析功能。用户可以进行C-Phi换算,但更为重要的是可以折算C-Phi值,然后将应力导入SLOPE/W中计算出安全系数。当然,对于不收敛的问题,是不能得出安全系数的。

将QUAKE/W软件中的残余地震载荷产生的孔隙水压力导入到SIGMA/W软件中,可以查看震后变形。参考Upper SanFernando Dam算例。

7) 其他方面的改进:

  • 在新版本中新增了圆形的区域(region),用来模拟隧道等圆形断面的结构,可以自动生成网格,对其定义边界。增加接触面单元还可以用来模拟隧道衬砌。
  • 新增了冲淤分析,可以非常容易的建立尾矿坝动态分析模型。
  • 加强了有效应力随空隙水压力改变的分析,在开挖的时候可以改变水力边界条件。
  • 改进了自适应荷载步,使非线性弹塑性模型计算更容易收敛。
 
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