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适用于UH模型的单元破坏修正方法

罗汀 舒文俊 姚仰平

罗汀, 舒文俊, 姚仰平等 . 适用于UH模型的单元破坏修正方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(4): 667-675. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0321
引用本文: 罗汀, 舒文俊, 姚仰平等 . 适用于UH模型的单元破坏修正方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(4): 667-675. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0321
LUO Ting, SHU Wenjun, YAO Yangpinget al. Element failure correction method for UH model[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(4): 667-675. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0321(in Chinese)
Citation: LUO Ting, SHU Wenjun, YAO Yangpinget al. Element failure correction method for UH model[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(4): 667-675. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0321(in Chinese)

适用于UH模型的单元破坏修正方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0321
基金项目: 

国家“973”计划 2014CB047001

国家自然科学基金 51579005

国家自然科学基金 11272031

详细信息
    作者简介:

    罗汀, 女, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:土的基本特性与本构模型

    通讯作者:

    罗汀, 女, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:土的基本特性与本构模型。E-mail:tluo@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: TU431

Element failure correction method for UH model

Funds: 

National Basic Research Program of China 2014CB047001

National Natural Science Foundation of China 51579005

National Natural Science Foundation of China 11272031

More Information
  • 摘要:

    在采用UH模型的用户材料子程序(UMAT)进行有限元计算过程中时常会出现局部单元破坏的情况,主要包括拉裂和剪坏,这种破坏应力状态的存在不仅会使得计算结果不合理,也会降低有限元计算的稳定性。针对采用UH模型UMAT进行有限元计算时遇到的局部单元破坏问题,根据一定的假设条件,并结合不同坐标系下的应力变换关系,推导得到适用于UH模型的三维问题单元破坏修正公式;采用FORTRAN语言编写出相应的子程序,将其嵌入UH模型UMAT中,以消除采用UH模型进行有限元计算时出现的不合理的破坏应力状态,提高UH模型UMAT有限元计算的稳定性,并通过有限元模拟基坑开挖的例子验证本文所提的单元破坏修正方法的有效性和合理性。

     

  • 图 1  UH模型的当前屈服面与参考屈服面

    Figure 1.  Current yield surface and referential yield surface of UH model

    图 2  变换应力空间

    Figure 2.  Transformed stress space

    图 3  UH模型UMAT计算流程图

    Figure 3.  Computation flowchart of UH model's UMAT

    图 4  平面问题的单元拉裂修正

    Figure 4.  Element tension failure correction of plane problem

    图 5  平面问题的单元剪坏修正

    Figure 5.  Element shear failure correction of plane problem

    图 6  计算模型的几何尺寸

    Figure 6.  Geometric dimension of computation model

    图 7  计算模型网格划分

    Figure 7.  Computation model meshing

    图 8  有无破坏修正的土体等值云图

    Figure 8.  contour of soils with and without failure correction

    图 9  有无破坏修正的土体的等值云图

    Figure 9.  contour of soils with and without failure correction

    图 10  有无破坏修正的土体的等值云图

    Figure 10.  contour of soils with and without failure correction

    图 11  有无破坏修正的土体的等值云图

    Figure 11.  contour of soils with and without failure correction

    图 12  有无破坏修正的土体的竖向位移等值云图

    Figure 12.  Vertical displacement contour of soils with and without failure correction

    表  1  新旧坐标轴之间的方向余弦

    Table  1.   Direction cosine between new and old coordinate

    坐标轴 x y z
    x′ l1 m1 n1
    y′ l2 m2 n2
    z′ l3 m3 n3
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    表  2  UH模型参数取值

    Table  2.   Parameter value of UH model

    参数 M ν κ λ e0 N c/kPa
    数值 0.984 0.3 0.016 0.09 0.6 1.15 10
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    表  3  破坏修正前后计算结果对比

    Table  3.   Comparison of calculation results before and after failure correction

    变量 1 244号单元第1积分点 18号单元第4积分点
    修正前 修正后 修正前 修正后
    32.53 32.53 42.11 42.11
    7.39 23.97 5.07 23.93
    -14.16 21.44 -7.47 21.44
    σx/kPa -11.16 3.51 -15.61 2.86
    σy/kPa -35.600 0.007 -28.910 0
    σz/kPa 8.19 10.10 19.92 20.30
    τxz/kPa -8.03 -2.74 -5.24 -2.57
    4.714 0.387 3.373 0.670
    1.908 1.908 1.801 1.801
    -0.223 29.290 -0.444 10.830
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-04-20
  • 录用日期:  2016-07-22
  • 网络出版日期:  2017-04-20

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