岩土力学模块
岩土力学模块
岩土力学模块扩展了地球物理应用的分析
基于土方开挖模型绘制的水平应力、形变和塑性区域。该模型中使用了 Drucker-Prager 塑性模型。
仿真您的岩土工程应用
岩土力学模块是结构力学模块的附加模块，可以用于分析岩土工程应用，例如隧道、开挖、边坡稳定性和支护结构。它采用了多种非线性岩土力学材料模型，包含了一些特定行业的物理接口，用于研究形变、塑性、蠕变、土壤与岩石开裂，以及它们与桩、支撑和其他制造结构的相互作用。
多样广泛的岩土力学材料模型
岩土力学模块附带了标准的非线性材料模型，通过 von Mises 应力和 Tresca 准则来描述金属塑性。但是，岩土力学模块的本质是土壤、混凝土和岩石等材料的非线性材料模型，这些模型内置在固体力学物理接口中。
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路基用来支撑路堤。图中显示了基柱中的应力和周围环境的位移（背景边界表面图）。
在发生拉伸破坏时，力从混凝土梁转移到其钢筋上。图中显示了混凝土中的 Von Mises 应力和钢筋中的轴向应力。
设置了张力截止准则的大应变塑性形变模型。
| 土壤 | 岩石和混凝土 |
|---|---|
| Cam-Clay | William-Warnke |
| Drucker-Prager | Bresler-Pister |
| Mohr-Coulomb | Ottosen |
| Matsuoka-Nakai | Hoek-Brown |
| Lade-Duncan |
除了预定义的内置塑性模型之外，您还可以创建自定义的屈服函数。可以通过编辑岩土力学模块中的物理接口直接创建，也可以通过 COMSOL Multiphysics 中提供的多功能方程定义物理接口创建。不需要用户编写子程序，因为您只需在这些接口中的相应编辑区域内输入本构方程即可。这些方程可以包括场变量、应力与应变不变量和派生变量的数学表达式。如果您的材料模型依赖于另一个变量（例如温度场或水压），您可以直接将它纳入到这些材料定义中。通过这种方式，可以对岩土力学模块提供的材料模型进行修正，并扩展到更一般的材料。
岩土力学模块可以方便地与 COMSOL 模块套件中其他模块的分析及其描述变量组合。特别是包括地下水流动模块中描述多孔介质流动、多孔弹性和溶质传递的物理接口。
岩土力学模块
产品特征
- Bresler-Pister 和 Ottosen 混凝土模型
- Drucker-Prager 和 Mohr-Coulomb 土壤模型
- Hoek-Brown 岩石模型
- Matsuoka-Nakai 和 Lade-Duncan 土壤模型
- Cam-Clay 土壤修正模型
- 用户定义的土壤、岩石和混凝土材料
- Willam-Warnke 混凝土模型
- 基于 von Mises 和 Tresca 准则的金属塑性模型
应用领域
- 土壤蠕变
- 混凝土和脆性材料的破坏
- 延性材料和饱和土壤
- 路堤
- 开挖
- 路基
- 核废料设施
- 支护结构和加固
- 道路
- 板
- 边坡稳定性
- 隧道
深度开挖
这个开挖模型的灵感来自于德国岩土工程协会的一个工作组指定的基准练习。模型中通过参数化扫描以十个步长对 20 m 开挖进行建模。土壤与挡土墙之间的相互作用通过接触对来建模，当挖掘到这一深处时，支杆被激活。
粘土层上的柔性和光滑条形地基
浅层粘土是岩土力学的常用验证模型之一。 在此模型中，对粘土层的顶面施加垂直载荷，研究静态响应和极限载荷。 将粘土模拟为理想弹塑性材料，并使用平面应变条件下的 Mohr-Coulomb 准则屈服条件，使用关联和非关联流动法则研究响应。
管道开挖
该模型计算了隧道开挖过程中土壤的受力和变形。隧道周围塑性区域的地表沉降和宽度，是预测开挖过程中加固材料用量的重要参数。 模型中使用两个研究步骤：第一个步骤计算隧道开挖前土壤的应力状态；第二个步骤计算去除隧道内土壤后的弹塑性，并使用第一步计算得出的原地应力。在第一步中，土壤视为弹性，在第二步中，添加了基于 Drucker-Prager 准则的土壤塑性特征。该模型在二维平面应变中求解。
含钢筋条的混凝土梁
混凝土结构几乎都包含钢筯形状的增强材料，在 COMSOL 中，可以通过向用于混凝土的“固体”接口添加“桁架”接口，来模拟多种钢筯，由于位移从实体内映射到钢筋上的某个位置，因此混凝土的实体网格和钢筋网格可以彼此独立。
块验证
本模型介绍了如何对受预应力的土壤样本进行单轴压缩试验。由于是单轴压缩且预应力值很简单，因此可以用解析方法确定垂直屈服应力。模型使用土壤塑性，并基于 Mohr-Coulomb 准则对土壤样本进行建模。
参数化混凝土梁
混凝土梁由于其强度高、耐用性好而广泛用于现代建筑中。对混凝土梁进行模拟仿真，可以确保结构既美观又牢固。使用仿真 App，不同专业层次的工程师都可以轻松分析和测试不同的设计。\n\n此 App 主要分析任意梁和钢筋设计的结构属性。可以修改各种参数，如梁的几何参数、钢和混凝土的材料属性、加强筋的分布以及梁末端的边界条件。\n\n结果显示混凝土及梁上的轴向应力，挠曲以及出现塑性的区域。
三轴测试
三轴测试是实验室土壤测试中最常用的测试方法之一。测试中通常将土壤样品放置在橡胶膜内，受压缩以保持径向压力。 在本模型中，对样品施加垂直位移和侧压，研究不同测压下的静态响应和极限载荷。根据土壤塑性特征和 Drucker-Prager 准则对材料进行建模。鉴于模型本身的轴对称性，我们可以简化分析。
修正剑桥粘土材料模型的各向同性压缩
各向同性压缩是土壤测试中常用的方法。修正剑桥粘土模型描述空隙比与压力对数之间的关系。在本例中，土壤样品放置在直径 10 厘米、高 10 厘米的圆筒内，由于模型的对称性，在二维轴对称模式中求解模型。边界载荷产生各向同性压缩条件。
下一步:
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