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接触面单元

接触面单元

在选择接触面类型时,用户既可以选择弹性模型,也可以选择塑性模型。弹性模型假设沿分界面发生的是弹性变形,塑性模型基于经典的张力拉断型Mohr-Coulomb模型。

塑性模型非常适合模拟张力拉断。在某些应用中,例如在基坑支护结构的模拟中,塑性模型可以有效的预测材料或结构的应力应变行为。

接触面基本的模型参数是粘聚力c,摩擦系数μ和剪胀角ψ。参数cμ也可以通过折减毗邻接触面的材料的强度参数ctan(φ)来间接指定。如果接触面在两层土体(岩体)之间,那么将采用较小的cφ值用于折减。

接触面参数由下式定义:

如果没有关于折减参数的相关可用信息,那么用户可以采用下面的经验值。对于砂土中的刚结构,折减参数可以取2/3,而对于粘土中的钢结构,取1/3。当使用混凝土结构时,这些参数通常较高一些。总的来说,折减参数应当小于1。剪胀角的作用同在标准的岩土材料模型中一样,当设置ψ = 0时,则在受压或受拉时都是弹性变形,塑性变形只有在剪切时才发生。

接触面类型的材料模型参数还有法向切向的弹性刚度knks。它们可以看作是沿给定分界面的弹簧刚度。为这些参数选择一个合适的值并不容易,通常由具体的问题决定。为选取合适的值,用户可以将这些刚度和毗邻接触面的岩土材料参数联系起来。其相互关系如下:

其中:

t

-

假设的(假想的)接触面(分界面)厚度

G

-

弹性剪切模量

E

-

杨氏弹性模量

如果分界面两侧的材料差别很大(E1, E2, G1, G2),则采用较小的kskn值。

虽然在完全塑性的情况下,并不一定需要设置参数kskn的值,但是这些参数的值对于成功解决一个非线性问题是很重要的。若这些值非常大(超过100000 kN/m3),迭代过程可能是摆动的(不收敛)。但是,若kskn的值很小(小于10000 kN/m3)则会导致分析得到的应力应变不符合实际情况。

软件的默认设置是10000 kN/m3

弹性刚度示意图

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