梁结构元的滑落与分离(Slide and Separate)模拟

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1 引言

当在模型中加入任意一种结构元(Beam, Cable, Pile, Shell, Geogrid, Liner)后，系统通过节点对节点或节点对单元自动连接成为一个整体，这意味着结构元与周围的岩土介质一起发生移动。不过在工程实践中，支护型式与岩土体会发生可见的相对位移，这个笔记以梁结构元【梁结构元简要回顾(struct beam)；Python提取梁单元属性(it.structure.Beam)】为例简要讨论了如何通过改变链接型式来模拟这种相对移动，包括剪切方向的滑动和法向方向的分离。

2 改变链接方式

结构元链接(Link)表示结构元与与周围对象相互作用的方式，周围对象可以是另一个结构元的节点，也可以是一个实体单元。结构元支持节点与节点的链接以及节点和单元的链接。链接的坐标系始终是源节点(主节点)的局部坐标系, 所有的链接属性都是针对这个局部系统而指定的。链接实现了不同类型的元素和网格之间发生的相互作用。在大多数情况下，没有必要创建或修改链接，因为系统会自动创建并设置其属性。【结构元链接(structural element links)】为了改变链接方式，需要使用attach命令---structure link attach；struct.link.attach；it.structure.link.Link.attach()。

每个梁单元都有自己的局部坐标系。为了改变到局部坐标系，首先使用下面的命令：

model cycle 1

然后使用下面的命令改变链接方式，使得beam能够在剪切方向发生滑动以及在法向方向发生分离。

struct link attach x shear-yieldstruct link attach y shear-yieldstruct link attach z normal-yield

同时改变链接属性：

struct link property x stiffness 10e3 cohesion 1 friction 30struct link property y stiffness 10e3 cohesion 1 friction 30struct link property z stiffness 10e3 yield-tens 1

3 实例

这个例子模拟了一个巷道开挖，开挖后使用3个环状的梁结构元进行支护，在实践中，这近似地对应于钢拱结构的支护。默认状态下，当加入梁结构元后，梁与围岩呈刚性链接，梁的最大轴力为1.05MPa。如果考虑梁单元的滑动与分离，梁的最大轴力为0.89MPa。这显示出，当考虑了梁的滑动和分离后，梁内的轴力会减小，因此这种考虑更接近于真实情况。