降温法+追踪法模拟岩土开挖与支护中的shell面壳单元与实体solid element合理连接

rocksoul

最近在计算中遇到壳单元与实体单元的连接问题，先简对问题进行说明，进而提出问题，希望大家给予解决的办法，同时也希望对岩土的朋友有所帮助。
洞室开挖与支护的时候，周围岩土体用实体单元（solid elements）模拟，支护的混凝土衬砌用面壳单元（shell elements）模拟，那么就出现如下问题：
（1）支护的面壳单元与被支护的岩土体共节点时，共用的节点即属于面壳单元又属于实体单元，那么对于面壳单元来说，共用的节点就有三个转动自由度，如果转动过大，对应共用节点的这部分实体单元来说，很可能造成不收敛情况，那么共用节点的情况该如何处理共用节点的转动自由度，网友说采用equation，我看了下，好像不太合理。
（2）支护的面壳单元与被支护的实体单元不共用节点，那么实体单元与面壳单元该如何连接最为合理呢。如果采用tie会造成应力的集中，不太符合实际，coupling等 没有试过。如果采用接触对定义接触，个人感觉很难被工程接受，原因是接触参数取值的合理性和可信性，接触状态的合理性等。

提出以上开挖支护中遇到的一个问题，希望大家发表自己的心得。

**首先感谢Simwe论坛，也Robert_Su的热心关注与指导。
**通过几天的摸索尝试，应力集中问题已经基本搞定：采用surface to surface 绑定约束，面壳网格与其支护的实体网格密度完全相同，非共节点绑定约束的响应和共节点模型的响应几乎没有差别。
**现将采用降温法+追踪法模拟洞室开挖和支护的共节点与非共节点小模型的inp上传，希望对岩土开挖与支护的朋友有用。简单介绍下开挖实现的过程：前提---无论是共节点还是非共节点模型，面壳shell单元都要建立两组相同节点不同单元号的衬砌shell单元组，其中一组给定很小的材料参数，用来追踪降温过中衬砌-围岩交界面处的几何位置（参考帮助或本论坛相关帖子）。（1）地应力平衡，这应该没有什么说的，并杀死将来用来支护的shell单元，保留用来追踪几何位置的shell单元。（2）利用温度或产变量对开挖岩体进行降温，以达到应力释放的目的。（3）杀死开挖的岩体和追踪的shell单元组，并激活支护的shell单元组，计算平衡后，开挖过程完毕。
**如果开挖洞室比较长时，如200m，模型会出现收敛问题，其原因是shell面壳单元rotation自由度过大，调节收敛参数也不好用，尤其是tie绑定非共节点情况，不知道大家是否遇到，有什么好的解决方法。

[ 本帖最后由 rocksoul 于 2008-12-19 08:29 编辑 ]

rocksoul

做岩土的这么多，没有人指点下吗

rocksoul

难道你们都不支护，还是我问的太水了，大家不屑一顾？

2005hsw

大多数都采用tie吧，

rocksoul

tie造成的应力集中会给模拟的应力结果造成偏大的误差，本来不会发生塑性变形的地方，由于tie却有了塑性变形。

Robert_Su

有試過shell to solid coupling嗎?

rocksoul

shell to solid coupling昨天刚看完帮助，我是这样理解的：shell to solid coupling是用来把面壳的一个边和实体单元面进行约束的，好像不能处理面壳的面和实体面的约束吧。
我遇到的问题好比是一个厚壁圆筒采用实体单元，厚壁圆筒内壁紧贴一层很薄的面壳单元，面壳单元与实体单元之间距离为0，如果非共节点，如何约束能使得位移连续且应力也连续。如果是共节点，那么如何消除shell的rotation自由度。
感谢楼上两位的支持。

Robert_Su

我遇到的问题好比是一个厚壁圆筒采用实体单元，厚壁圆筒内壁紧贴一层很薄的面壳单元，面壳单元与实体单元之间距离为0，如果非共节点，如何约束能使得位移连续且应力也连续。如果是共节点，那么如何消除shell的rotation自由度。

shell和solid所屬的part應該是不同的material吧,對不同的material而言,使用任何約束應該都只能使位移連續,但是應力不可能連續.這個問題看來應該還是用tie.樓主可否把在5#所言之圖片貼上來讓大家看看.

rocksoul

Robert_Su
搞定应力集中问题。
采用surface to surface 绑定，且shell与实体网格密度相同，非共节点与共节点响应几乎没有什么差别了。
以下依次是共节点shell衬砌、非共节点shell衬砌、共节点solid岩体和非共节点solid岩体smises应力。

[ 本帖最后由 rocksoul 于 2008-12-19 14:30 编辑 ]

hefupu

我觉得你这个计算出来的结果有一个地方有点不合理：你加衬砌的那一步会出现地层沉降的反弹，不知你发现没有？
我从你的计算结果里面弄了一个图出来，这个是地表中点处的竖向位移随step的变化过程，可以看出，第三步（加衬砌的那步）出现了沉降的反弹，这应该是不对的，因为你的衬砌是在开挖之后才加上去的（即土体发生了一定的变形之后才加的）

不知对此你是怎么理解的？欢迎一起讨论，我的qq：252796686

rocksoul

感谢9#兄弟的讨论。
我做开挖，只关心abaqus支护的效果怎么样，还没有关心地表的反应。
如果无论是软的土体还是坚硬的岩体，在支护后地表都出现隆起，那么个人感觉是abaqus软件本身求解器的问题了。如果你除了关心支护外还关心地表及地表建筑物的反应，那么建议你换个软件试试吧。

stockton

1# rocksoul
1、请问附件中shape.inp模型中，壳单元衬砌和实体单元围岩没有设置任何连接吗？即是共节点模型？

2、“面壳shell单元都要建立两组相同节点不同单元号的衬砌shell单元组”是对同一shell部件建立两个不同的集合set吗？怎么操作做到同节点不同单元号？

rocksoul

12# stockton 1.shape.inp壳单元和实体单元没有设置任何连接，因为壳单元和实体单元是共节点的。tie.inp的壳单元和实体单元是不共节点的，两者之间采用tie绑定约束。你仔细看下就知道了。
2. 是对同一个部件建立两个不同的set，你可以在生产的inp里面copy一份shell单元对应的单元组，修改其单元组的名称和单元对应的单元号即可啊。

stockton

13# rocksoul
谢谢楼主解答
我用下列这个方法“建立两组相同节点不同单元号的衬砌shell单元组”
*ELCOPY, OLD SET=A, NEW SET=B, ELEMENT SHIFT=1000,
SHIFT NODES=0
但是后面的工作还是很麻烦的，因为不能在cae中设置，要在inp文件中对这个集合设置材料属性、分配截面属性，楼主inp文件中的*NSET, NSET=N_SHELL-T,ELSET=SHELL-T，我不知道怎么在我的inp文件中加了

运行后，出现错误计算不了：THERE IS ZERO MOMENT EVERYWHERE IN THE MODEL BASED ON THE DEFAULT  CRITERION. PLEASE CHECK THE VALUE OF THE AVERAGE MOMENT DURING THE  CURRENT ITERATION TO VERIFY THAT THE MOMENT IS SMALL ENOUGH TO BE  TREATED AS ZERO. IF NOT, PLEASE USE THE SOLUTION CONTROLS TO RESET  THE CRITERION FOR ZERO MOMENT.

附上inp文件，请楼主有空帮忙看一下，谢谢

qq6226755

问题同楼上

rocksoul

14# stockton

(1)*NSET, NSET=N_SHELL-T,ELSET=SHELL-T语句的意思就是如果你inp已经定义好一个单元组集合SHELL-T，那么你可以在单元组下面任何一个位置添加上述语句创建对应的节点组集合N_SHELL-T
(2)*tempure 对节点组才有效。
(3)检查inp，你shell和实体土的连接有问题。

stockton

1、*nset, nset=n_shell-t, elset=shell-t
   楼主设置节点集合n_shell-t用来做什么，没有看到inp文件中有用到?
2、*temperature
   n_shell, 0   为什么在激活衬砌之前把衬砌的材料属性设置成原始围岩？
3、使用追踪法来定位几何位置，要在inp文件中创建相同节点不同单元号的单元组，创建材料属性，截面属性等等，如果还有shell和实体土的连接设置。假如是一个100米的洞室开挖，就是开挖步长2米，也有50步。每一步都要开挖土体和激活2米的衬砌，这么大的修改inp文件工作量是不是太大了，不现实？
4、楼主的inp文件很简洁，是不是在cae中创建part后其余的都是在inp文件中手写？

rocksoul

17# stockton
1. n_shell-t没有用也不妨碍计算，也行对你们读懂inp造成一些误解。
2. 我考虑shell-t和shell是共节点的，为此在激活shell的同时将其对应的节点材料属性设置成原始材料。其实也没有必要这样，因为激活shell后，自动调用shell默认对应的材料属性即产变量为0对应的衬砌材料属性。
3. 你说的这个问题的确是一个不好解决的问题。比较ABAQUS不是专门的岩土开挖软件，比如FLAC3D，如果按一定长度开挖步距进行开挖，那么只有这样一步一步的定义了，好像没有其他办法。至少，目前我没有发现。还真希望inp有自动循环的功能语句。和LFAC3Dfish语言相似的功能。
4. 我一般的模型都是用ansys建立划分，然后手动导出节点和单元信息，自己编写inp。
对17楼的讨论表示感谢。共同进步！

rocksoul

17# stockton
1. n_shell-t没有用也不妨碍计算，也行对你们读懂inp造成一些误解。
2. 我考虑shell-t和shell是共节点的，为此在激活shell的同时将其对应的节点材料属性设置成原始材料。其实也没有必要这样，因为激活shell后，自动调用shell默认对应的材料属性即产变量为0对应的衬砌材料属性。
3. 你说的这个问题的确是一个不好解决的问题。比较ABAQUS不是专门的岩土开挖软件，比如FLAC3D，如果按一定长度开挖步距进行开挖，那么只有这样一步一步的定义了，好像没有其他办法。至少，目前我没有发现。还真希望inp有自动循环的功能语句。和LFAC3Dfish语言相似的功能。
4. 我一般的模型都是用ansys建立划分，然后手动导出节点和单元信息，自己编写inp。
对17楼的讨论表示感谢。共同进步！

rocksoul

17# stockton
1. n_shell-t没有用也不妨碍计算，也行对你们读懂inp造成一些误解。
2. 我考虑shell-t和shell是共节点的，为此在激活shell的同时将其对应的节点材料属性设置成原始材料。其实也没有必要这样，因为激活shell后，自动调用shell默认对应的材料属性即产变量为0对应的衬砌材料属性。
3. 你说的这个问题的确是一个不好解决的问题。比较ABAQUS不是专门的岩土开挖软件，比如FLAC3D，如果按一定长度开挖步距进行开挖，那么只有这样一步一步的定义了，好像没有其他办法。至少，目前我没有发现。还真希望inp有自动循环的功能语句。和LFAC3Dfish语言相似的功能。
4. 我一般的模型都是用ansys建立划分，然后手动导出节点和单元信息，自己编写inp。
对17楼的讨论表示感谢。共同进步！