Решение научно-технических задач при помощи ПК Plaxis презентация

Решение научно-технических задач при помощи ПК Plaxis

Plaxis ver.8 – это комплекс конечных элементов, предназначенный для двумерного анализа деформаций и устойчивости геотехнических сооружений. Решаемая задача может быть смоделирована с помощью модели плоской деформации или осесимметричной модели.

Пользователь может выбрать сетку из треугольных элементов с 6 или 15 узлами для моделирования слоев грунта и других объемных объектов. По умолчанию используются 15-узловые треугольники. Это элементы, которые обеспечивают высокую степень надежности расчетов напряжений в сложных случаях, например при расчете разрушения несжимаемых грунтов.

Однако, использование 15-узловых треугольников ведет к высоким затратам памяти и замедляет работу системы. Поэтому для более простых расчетов рекомендуется выбирать более простые элементы. Однако, использование 15-узловых треугольников ведет к высоким затратам памяти и замедляет работу системы. Поэтому для более простых расчетов рекомендуется выбирать более простые элементы.

Кроме элементов грунта в программе существуют схожие элементы для моделирования: Кроме элементов грунта в программе существуют схожие элементы для моделирования: стен, плит, оболочек, георешеточные элементы (георешетки, и геотекстили), анкеры с защемленным концом и межузловые анкеры.

Оценка влияния заглубленного сооружения на существующую застройку

Пример моделирования сухого котлована с заанкерованной стенкой

Построение геометрии моделируемого объекта Начиная новый проект необходимо задать размеры чертежного поля, таким образом, чтобы в него можно было поместить создаваемую геометрическую модель. Затем прорисовывается полный геометрический контур, указываются слои материалов, конструктивные объекты, нагрузки и граничные условия.

Интерфейсы (контактные поверхности) Создание интерфейса аналогично созданию геометрической линии. Интерфейс рисуется пунктирной линией для указания места взаимодействия конструкции с грунтом. Интерфейсы могут располагаться с обеих сторон от линии, для их различия они обозначаются знаками (+) и (-). Эти знаки служат для идентификационных целей и не имеют математического значения.

Пример использования интерфейса – моделирование взаимодействия между шпунтовой стенкой и грунтом, при котором поверхность контакта занимает промежуточное положение между гладкой и шероховатой. Пример использования интерфейса – моделирование взаимодействия между шпунтовой стенкой и грунтом, при котором поверхность контакта занимает промежуточное положение между гладкой и шероховатой.

Интерфейсы вокруг угловых точек (углы жестких конструкций) Интерфейсы вокруг угловых точек (углы жестких конструкций)

При рассмотрении взаимодействия между грунтом и сооружением могут возникать точки, требующие отдельного рассмотрения – углы жестких конструкций и резкие изменения граничных условий. При рассмотрении взаимодействия между грунтом и сооружением могут возникать точки, требующие отдельного рассмотрения – углы жестких конструкций и резкие изменения граничных условий. Проблемы колебания напряжений можно избежать путем введения дополнительных интерфейсных элементов внутри слоя грунта. Эти элементы улучшают трансформируемость сетки конечных элементов и избежать проявления напряжений, не имеющих физической природы.

Нагрузки и граничные условия Программный комплекс Plaxis 2D содержит опции для введения в геометрическую модель: распределенных нагрузок (в виде полосы); сосредоточенных нагрузок; заданных перемещений, закреплений (в том числе стандартных).

Стандартные закрепления При выборе опции Standard fixities (стандартные закрепления) из подменю Loads (нагрузки) программа Plaxis автоматически применит к существующей геометрической модели комплекс общих граничных условий:

- Вертикальные геометрические линии, у которых координата X равна наибольшему или наименьшему значению в модели получают горизонтальное закрепление; - Вертикальные геометрические линии, у которых координата X равна наибольшему или наименьшему значению в модели получают горизонтальное закрепление; - Горизонтальные геометрические линии, у которых координата Y равна наименьшему значению в модели, получают полное закрепление.

Свойства материалов Программный комплекс Plaxis 2D содержит наборы данных по материалам: для грунтов и интерфейсов, для плит, для георешеток и анкеров. Наборы данных из этой базы могут быть присвоены кластерам грунта и соответствующим структурным объектам геометрической модели.

Моделирование поведения грунта Характеристики нагруженного грунта отличаются нелинейностью. Известная модель Мора-Кулона может рассматриваться как приближение первого порядка по отношению к реальному поведению грунта. Эта упругопластическая модель требует знания пяти основных входных параметров (модуля Юнга, коэффициента Пуассона, удельного сцепления, угла внутреннего трения, угла дилатансии).

Модель скального грунта (Jointed Rock) - анизотропная упругопластическая модель, где пластический сдвиг происходит в ограниченном числе направлений. Эта модель используется для моделирования слоистых горных пород. Модель скального грунта (Jointed Rock) - анизотропная упругопластическая модель, где пластический сдвиг происходит в ограниченном числе направлений. Эта модель используется для моделирования слоистых горных пород. Модель упрочняющегося грунта (Hardening Soil) – упругопластическая модель, описывающая пластичность грунтов при их упрочнении. Универсальная модель.

Модель слабого грунта (Soft Soil, Cam Clay) – описывает вязкопластичное поведение грунта, используется для слабых грунтов. Модель слабого грунта (Soft Soil, Cam Clay) – описывает вязкопластичное поведение грунта, используется для слабых грунтов. Модель ползучести слабого грунта (Soft Soil creep) – модель, описывающая вязкопласточное поведение грунта, используется для слабых грунтов. User-defined (пользовательская модель грунта) - можно задать свою модель грунта, описав ее при помощи кода.

Тип поведения материала Важной особенностью грунта является присутствие в нем поровой воды. Реакция грунта существенно зависит от порового давления. Для учета взаимодействия между скелетом грунта и поровой водой в Plaxis 2D можно выбрать один и трех вариантов поведения:

Дренированное поведение грунта (Drained) – задается для сухих грунтов и песков (водопроницаемых грунтов), используется для моделирования стабилизированного поведения (без учета консолидации). Дренированное поведение грунта (Drained) – задается для сухих грунтов и песков (водопроницаемых грунтов), используется для моделирования стабилизированного поведения (без учета консолидации). Недренированное поведение грунта (Undrained) – задается для учета избыточного порового давления для грунтов со слабой водопроницаемостью или в случае высокой скорости нагружения. Непористый материал (Non-porous) – используется для моделирования бетона, скалы, водонепроницаемых конструкций (шпунтовая стенка).

Конечно-элементная сетка Когда геометрическая модель полностью определена и свойства материалов установлены для всех кластеров и структурных объектов, геометрическая модель должна быть разбита на конечные элементы для проведения расчета методом конечных элементов. Программа Plaxis позволяет строить сетку конечных элементов в полностью автоматическом режиме. Для построения сетки выберите опцию Generate (Построить) в подменю Mesh (сетка).

Основные типы элементов Пользователь может выбрать 15-ти или 6-ти узловой элемент в качестве основного элемента для моделирования слоев грунта и других объемных кластеров. Основные типы элементов вводятся на вкладке Project (Проект) в окне General settings (Основные установки) в подменю File (Файл) - Grid (Сетка) – Elements (Элементы).

Локальная крупность сетки На участках, где можно ожидать высокую концентрацию напряжений или деформаций, желательно иметь более мелкую (точную) сетку конечных элементов. Такая ситуация часто возникает, когда геометрическая модель содержит края, углы или структурные объекты. Для эффективного проведения расчета методом конечных элементов необходимо произвести предварительный анализ, используя крупную сетку.

С помощью предварительного анализа можно проверить, является ли геометрическая модель достаточно большой и имеются ли в ней участки концентрации напряжений и значительные градиенты деформаций. С помощью предварительного анализа можно проверить, является ли геометрическая модель достаточно большой и имеются ли в ней участки концентрации напряжений и значительные градиенты деформаций. Полученная информация используется для доводки или изменения конечноэлементной сетки.

Для эффективного создания детальной сетки конечных элементов следует сначала выбрать подходящий параметр глобальной крупности (Global coarseness) в подменю сетка (Mesh). Для эффективного создания детальной сетки конечных элементов следует сначала выбрать подходящий параметр глобальной крупности (Global coarseness) в подменю сетка (Mesh). Кроме того, при необходимости локального измельчения следует начать с измельчения кластеров, затем линий и после этого точек.

Уровень грунтовых вод По умолчанию удельный вес воды равен 9,8 кН/м3. Поровое давление и внешнее давление воды могут быть сгенерированы на основе уровня грунтовых вод. Уровень грунтовых вод представляет собой линию, во всех точках которой давление воды равно 0.

При задании уровня грунтовых вод получается линейная зависимость между давлением воды и глубиной, которая зависит от заданного удельного веса воды. При задании уровня грунтовых вод получается линейная зависимость между давлением воды и глубиной, которая зависит от заданного удельного веса воды. Уровень грунтовых вод задается как геометрическая линия, двумя и более точками. Точки и линии накладываются на геометрическую модель, но не взаимодействуют с ней. Пересечение уровня грунтовых вод с существующими геометрическими линиями не приводит к появлению дополнительных геометрических точек.

Выше уровня грунтовых вод поровые давления равны 0, а ниже него имеет место гидростатическое распределение порового давления. Выше уровня грунтовых вод поровые давления равны 0, а ниже него имеет место гидростатическое распределение порового давления. Генерация давления воды производится при выборе опции Generate water pressures.

Генерация начальных напряжений (процедура K0) Начальные напряжения в толще грунта зависят от истории нагружения и удельного веса грунта. Начальное вертикальное напряжение связано с коэффициентом бокового давления грунта. В программе Plaxis начальные напряжения генерируются с помощью K0 или режима гравитационного нагружения (Gravity loading)

Использование значительно отличающихся от единицы значений K0 может привести к начальному напряженному состоянию, нарушающему критерий Кулона. Использование значительно отличающихся от единицы значений K0 может привести к начальному напряженному состоянию, нарушающему критерий Кулона. Это можно проверить построив график пластических точек (Plastic points). Если на этом графике много красных точек (точек Кулона) следует подобрать более близкое к 1,0 значение K0.

Расчеты После создания конечно-элементной модели можно переходить непосредственно к расчетам методом конечных элементов. Для этого необходимо определить какие виды расчетов должны быть проведены и какие типы нагрузок задействованы. Все это делается в программе Calculations.

В инженерной практике процесс строительства может быть разбит на ряд стадий. В инженерной практике процесс строительства может быть разбит на ряд стадий. Процесс расчета в программе PLAXIS также делится на определенные стадии или фазы. Примерами фаз расчета являются активация определенной системы нагрузок, моделирование стадии строительства, задание времени консолидации грунта, расчет коэффициента надежности и т.п.

Каждая из фаз расчета обычно делится на ряд шагов. Каждая из фаз расчета обычно делится на ряд шагов. Это требуется для того, чтобы при нелинейном поведении грунтов приращение нагрузки осуществлялось постепенно. В большинстве случаев достаточно указать ситуацию, которая должна быть достигнута в конце той или иной фазы расчета и приращение нагрузки будет выполнено правильно.

В начале расчета пользователь должен выбрать проект, для которого будут производиться расчеты. В начале расчета пользователь должен выбрать проект, для которого будут производиться расчеты. Выбор проекта не нужен, если вы нажмете кнопку «Calculate» в режиме задания начальных условий ввода данных (Input program). В этом случае программа автоматически выберет текущий проект. После этого появляется главное окно программы «Calculate».

Программа Plaxis позволяет выполнять несколько видов расчетов методом конечных элементов: Программа Plaxis позволяет выполнять несколько видов расчетов методом конечных элементов: 1) Расчет потока грунтовых вод; 2) Расчет деформаций в режимах: - Plastic (расчет пластического состояния); Consolidation (расчет консолидации грунта); Phi-c reduction(расчет безопасности); Dynamic (динамический расчет).

Расчет пластического состояния (Plastic) Расчет пластического состояния выбирается, если нужно выполнить расчет упругопластических деформаций без учета эффекта больших деформаций. Этот метод используется при решении многих геотехнических задач. В целом этот расчет производится без учета фактора времени, кроме случая использования модели ползучести слабого грунта (Soft Soil Creep).

С другой стороны, осадка грунта в конце процесса консолидации может быть определена путем расчета для случая полностью дренированного грунта. С другой стороны, осадка грунта в конце процесса консолидации может быть определена путем расчета для случая полностью дренированного грунта. Это дает достаточно точный прогноз окончательной ситуации, несмотря на то, что точная история нагружения не воспроизводится, а сам процесс консолидации подробно не рассматривается.

Расчет консолидации (Consolidation) Эта опция выбирается, когда необходимо проанализировать процесс развития и рассеяния избыточного порового давления в водонасыщенных глинистых грунтах как функцию от времени. Программа позволяет проводить расчет упругопластической консолидации грунта. Расчет консолидации без дополнительного нагружения производится после расчета пластических деформаций в недренированных условиях.

Также возможно прикладывать нагрузки во время расчета консолидации, расчет поэтапного строительства с одновременной консолидацией. Также возможно прикладывать нагрузки во время расчета консолидации, расчет поэтапного строительства с одновременной консолидацией.

Снижение фи и с (Phi-c reduction) Расчет устойчивости в Plaxis осуществляется путем понижения прочностных характеристик грунта. Этот метод расчета следует выбирать, когда нужно рассчитать общий коэффициент надежности для моделируемой ситуации. Расчет надежности может быть проведен после каждой расчетной фазы и для каждого этапа строительства.

При этом расчет надежности не может быть использован как начальное условие для других расчетных фаз, т.к. данный расчет заканчивается разрушением. При этом расчет надежности не может быть использован как начальное условие для других расчетных фаз, т.к. данный расчет заканчивается разрушением. Поэтому рекомендуется выполнять все расчеты надежности в конце списка расчетных фаз и использовать Start from phase для установки фазы, для которой будет рассчитываться коэффициент надежности.

Расчет по изменяемой сетке (Updated mesh) Все три типа расчетов могут быть выполнены по изменяемой сетке, учитывающей эффект больших деформаций. Расчет по изменяемой сетке представляет собой разновидность расчета пластического состояния. Этот тип расчета должен выбираться, если ожидаемые деформации могут существенно повлиять на геометрию модели.

Для большинства задач эффект больших деформаций является незначительным, так что обычный расчет пластического состояния дает достаточно точные результаты. Для большинства задач эффект больших деформаций является незначительным, так что обычный расчет пластического состояния дает достаточно точные результаты. Однако существуют определенные обстоятельства, при которых деформации должны быть приняты во внимание. Типичными примерами являются расчет армированных земляных сооружений, расчет разрушающей нагрузки для фундаментов больших морских сооружений и проекты, в которых большие деформации развиваются в слабых грунтах.