關於彈塑性DP模型引數設定的一點體會

2021-08-26 09:23:25 字數 1457 閱讀 1592

ansys中能用於岩土材料的模型只有dp模型。dp模型是理想彈塑性模型,理想彈塑性即應力(複雜應力情況下應該是等效應力吧)達到屈服極限以後,應力不再增大,但是應變會一直增長。

ansys中設定dp模型需要輸入3個引數,粘聚力c,內摩擦角fai,膨脹角faif,其中的膨脹角faif 是用來控制體積膨脹的大小的。在岩土工程中,一般密實的砂土和超強固結土在發生剪下的時候會出現體積膨脹,因為顆粒重新排列了;而一般的砂土或者正常固結的土體,只會發生剪縮。所以在使用dp模型的時候,對於一般的土,膨脹角faif 設定為0度是比較符合實際的。

對於另外的兩個引數粘聚力c,內摩擦角fai,dp模型中指定了如下的關係

(為簡化,內摩擦角fai記為x,即sin(fai)=sinx)

屈服方程:西格瑪(應力符號)=6ccosx/[3^0.5*(3-sinx)] ,其中的3^0.5表示3的平方根運算,*號為乘號

假定cosx不等於零,將屈服方程的分子分母同時除以cosx,得到下面的式子

西格瑪(應力符號)=12^0.5c/(3/cosx- tanx)

假定西格瑪達到最大值,對其進行求導運算,由於西格瑪數值曲線的斜率為零,可以得知,在x取為19.47度的時候,可以有最大的屈服極限(屈服應力)。

根據屈服方程再進一步計算有下面的關係(假定c=20kpa,內摩擦角fai(x)不斷變化,膨脹角faif)

角度 / 屈服應力

0 /23.094

10 / 24.14

19.47 / 24.495 最大值

20 /24.494

30 /24

40 /22.515

50 /19.935

60 /16.233

70 / 11.501

80 /5.970

90 / 0

由上面的數值可以看出,在粘聚力一定的情況下,在0度~30度的範圍以內,屈服應力其實變化不大。在這種情況下,粘聚力的影響相對來說要大很多。

所以對於採用dp模型來進行彈塑性計算的朋友來說,當內摩擦角在這一定的範圍以內時,如果屈服極限很小,要調整引數來增大屈服極限(或者是延遲塑性出現),調整內摩擦角作用不大,即使從10度調整到30度,其變化很小,所以基本沒什麼作用。但是如果調整粘聚力c值的話,效果就很可觀了。

由於本人進行彈塑性計算的時候,經常發現塑性出現過早,塑性區過大,或者是屈服極限比較低(都容易出現變形過大,計算不收斂的問題),所以發此貼。但這只是計算的一點技巧而已,真正的計算中還是要採用實際的引數,符合實際才行。

再總結一下,由於在一般比較常見的土體中,不考慮膨脹角faif ,內摩擦角符合上述的變化值不大的範圍(即所起作用不大),所以採用dp模型進行計算的時候,粘聚力c是最重要的乙個輸入引數了,直接影響模型。可以說,dp模型接近於乙個引數所決定的模型。(備註:本人僅僅是從模型的屈服公式中得到上述的結論,究竟模型的實際情況如何,雖說做了一點計算,但是不敢莽下結論;至於真實的岩土材料特性能否用dp模型來表達,就更不好說了)

僅以此帖,拋磚引玉,希望高手多多表達意見。

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