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用户自定义模型的界面设置 (Interfaces) ---Sanisand本构模型

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1. 引言

标准模型下,界面(Interfaces)面板包含 Rinter 参数;对于用户定义的土模型,界面属性不能从材料集中获取,而必须明确定义,这意味着如果不输入interfaces的参数,程序不能运行下去。这个面板需要输入三种参数:刚度(stiffness)、强度(Strength)和地下水(Groundwater),刚度可以通过两种方式来指定:Direct和From Eoed,选择Direct指定界面刚度参数 kn 和 ks,选择From Eoed指定刚度模量Eoed(ref)。此外,还必须指定界面强度参数 cref,inter、φinter 和 ψinter。所有的用户定义的模型差不多具有相同的输入界面,如下图所示,除了流体模型(fluid64.dll)。

2. 流体模型

流体模型(Fluid model,fluid64.dll)是一个弹性模型,用于使用有限元对流体进行模拟。如果在计算过程中必须考虑到水的刚度或质量,那么使用有限元对流体进行模拟可能是必要的。例如在海上吸水锚(offshore suction anchor)中模拟封闭水,或者在动态载荷下模拟水的惯性。使用流体模型,流体在压缩状态下会表现得很坚硬,而剪切刚度却很低。用户必须指定流体的弹性体积模量K。在内部,泊松比的选择使剪切刚度G低到可以忽略不计,而另一方面,材料几乎是不可压缩的(𝜈 ≈ 0.5)。流体模型可将水体作为连续单元,模拟自由水对流体-结构相互作用的影响。

流体模型专门用来模拟自由水对挡水结构和码头墙或其他任何涉及流体-结构相互作用的情况的影响。与PLAXIS中的其他材料模型一样,流体被简单地模拟为一个固体连续体,能够支持无限水平的静水压力,而且能够表现出可忽略的剪切应力。唯一需要定义的具体参数是流体的体积模量,剪切模量是内部计算的,以避免由于不可压缩性约束引起的数值问题,即泊松比接近于0.5。当设计中需要认真考虑流体力学压力的增加时,特别是当基于附加质量概念的更简化和更直接的程序被证明不适合或不够准确时,这个模型就会派上用场。

流体模型只有1个参数:流体的体积模量K,水的体积模量为2.2GPa。

流体模型的主要应用领域:

(1) 使用流体模型模拟混凝土大坝后面储水的流体动力推力;

(2) 使用流体模型模拟土的注入压力;

在PLAXIS中,有两种方法可以模拟承受地震载荷的水体。一种方法是上面讨论的流体模型[(2020) PLAXIS CE V21.00 Fluid User Manual],另一种方法是在和水的边界上使用一个特殊的附加质量边界条件(Added mass boundary)来模拟水体的影响。PLAXIS中使用的附加质量边界条件是Zangar公式,它是对著名的Westergaard附加质量公式的改进[(2019) Westergaard added mass]。(K:\05_Plaxis Projects\Fluid model)

2. 应力依赖性
根据幂律公式计算界面刚度的应力依赖性:
其中:

UD-Power = 界面刚度的应力依赖率

UD-P(ref) = 参考应力水平,通常为 100 kPa

σ'n = 界面应力点的有效法向应力


3. Sanisand-MS本构模型

Sanisand-MS是Plaxis3D (V2023.2)的一个UDSM本构模型(sanisandms64.dll),是对已建立的砂的临界状态约束面塑性模型(bounding surface plasticity model)的扩展,在 SANISAND04(Dafalias and Manzari, 2004) 的框架中增加了两个新的分量:记忆面(Memory Surface)和半流化状态(Semifluidized State),因此称作Sanisand-MS。该模型能够捕捉到在高循环载荷作用下实验室试验中观察到的永久应变累积和刚度演变,特别适用于再现高循环加载条件下砂的排水力学响应


SANISAND-MS是一种应力比控制、临界状态兼容的边界表面塑性模型(bounding surface plasticity model),旨在改善高循环荷载条件下砂土排干力学响应的模拟。该模型可用于需要预测数千个排干循环载荷下应变累积的工程应用。Sanisand-MS包括诸如经过各向同性和运动学硬化的记忆表面等功能,以考虑织物对砂循环作用的影响及屈服表面的运动硬化。可通过一系列塑性分析阶段指定循环荷载在高级层中使用,也可以在终极层中使用,在动态计算阶段将循环荷载作为动态荷载乘数(dynamic load multiplier)应用。


Sanisand-MS模型最初是为海洋工程领域而设计的用于评估单调荷载下的单桩侧向承载力和大量循环侧向荷载下的累积变形,但也可应用于其他工程问题,如对高速交通荷载、机器地基和其他循环荷载引起的永久地基沉降进行评估。


Sanisand-MS共有21个输入参数,如下图所示。

Sanisand模型的部分相关文献如下:

[1] (2008) SANISAND: simple anisotropic sand plasticity model.

[2] (2015) Application of an advanced constitutive model in nonlinear dynamic analysis of tailings dam.
[3] (2016) SANISAND-Z: Zero elastic range sand plasticity model.
[4] (2019) Modelling the cyclic ratcheting of sands through memory-enhanced bounding surface plasticity.
[5] (2019) Memory-Enhanced Plasticity Modeling of Sand Behaviour under Undrained cyclic loading.
[6] (2021) Cyclic axial behaviour of piles in sand: 3D FE modelling using SANISAND-MS.
[7] (2020) Application of a SANISAND Model for Numerical Simulations of the LEAP 2017 Experiments. 
[8] (2022) From cyclic sand ratcheting to tilt accumulation of offshore monopiles: 3D FE modelling using SANISAND-MS. 
[9] (2023) Non-Linear Dynamic Analysis of Filtered Dry Stacked Tailings Using the SANISAND-Sf and PM4S and Constitutive Models.
[10] (2023) Analysis of a dry-stack tailings storage facility using the SANISAND constitutive model.
[11] (2023) PLAXIS SANISAND-MS UDSM. 

4. Sanisand-MS应用

下图所示的坝体由两种材料组成,Core使用了Sanisand模型,Fill使用了M-C模型,坝体坐落再Subsoil地基上,流体从左侧渗流到右侧,在快速降水的情况下,进行了全耦合的流体-变形分析。

 下图所示的是位移。

来源:计算岩土力学
UG海洋UM材料控制Alias试验PLAXIS
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首次发布时间:2023-12-31
最近编辑:10月前
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