ABAQUS在岩土工程中的应用PDF电子书下载

第1章　ABAQUS的功能与特点 1

1.1 认识ABAQUS 1

1.1.1　ABAQUS软件产品 1

1.1.2 ABAQUS产品的主要功能 2

1.1.3 ABAQUS在岩土工程中的适用性 4

1.2 ABAQUS基础 4

1.2.1 ABAQUS的文件格式 4

1.2.2 ABAQUS的一些基本约定 6

1.2.3 ABAQUS的运行命令 7

1.2.4 ABAQUS/CAE基础 9

1.2.5 ABAQUS的任务inp输入文件构成 13

1.3　本章小结 15

第2章　ABAQUS快速入门 16

2.1 ABAQUS/CAE的功能模块 16

2.1.1 Part（部件）模块 16

2.1.2 Property（性质）模块 18

2.1.3 Assembly（装配）模块 20

2.1.4 Step（分析步）模块 21

2.1.5 Interaction（相互作用）模块 23

2.1.6 Load（载荷）模块 24

2.1.7 Mesh（网格）模块 25

2.1.8　Job（任务）模块 29

2.1.9 Visualization（可视化或后处理）模块 30

2.1.10 Sketch（草图）模块 31

2.2 ABAQUS/CAE应用实例 32

2.2.1 问题的描述 32

2.2.2　创建部件 33

2.2.3　设置创建材料和截面特性 34

2.2.4　装配部件 36

2.2.5　定义分析步 37

2.2.6　定义载荷和边界条件 37

2.2.7　划分网格 39

2.2.8　提交任务 39

2.2.9　后处理 39

2.2.10　退出ABAQUS/CAE 41

2.3　本章小结 41

第3章　岩土工程中常用的单元 42

3.1　单元的特征 42

3.1.1　单元族 42

3.1.2 自由度 43

3.1.3　节点数目 43

3.1.4　数学公式 44

3.1.5　积分 44

3.2　岩土工程常用的单元 44

3.2.1　实体（连续体）单元 44

3.2.2　梁单元 49

3.2.3　杆单元 52

3.2.4　孔压单元 53

3.2.5　无限元 53

3.2.6　管土相互作用单元 57

本章小结 60

第4章　岩土工程中常用的本构模型 61

4.1　应力状态的描述 61

4.1.1　应力张量 61

4.1.2　应力张量的分解 61

4.1.3　应力张量不变量和偏应力不变量 62

4.1.4　应力空间 62

4.2　弹性模型 62

4.2.1　线弹性模型 62

4.2.2　多孔介质弹性模型 65

4.3　塑性模型 67

4.3.1 Mohr-Coulomb（摩尔库仑）模型 67

4.3.2　扩展的Drucker-Prager模型 70

4.3.3　修正Drucker-Prager帽盖模型 77

4.3.4　临界状态塑性模型（Critical state plasticity model） 81

4.4　算例分析 83

4.4.1　采用不考虑剪胀的Mohr-Coulomb模型 83

4.4.2　考虑剪胀的分析 87

4.4.3　考虑初始应力的分析 87

4.5　本章小结 88

第5章　接触面理论及应用 89

5.1 接触对 89

5.1.1　基本特性 89

5.1.2　接触对定义中的关键问题 89

5.1.3　接触对的定义方法 92

5.2　接触面相互作用力学模型 94

5.2.1　接触面的法向模型 94

5.2.2　接触面的摩擦模型 95

5.2.3　接触面的计算输出结果 96

5.2.4　接触面力学模型定义方法 97

5.3　接触面模拟中可能遇到的问题 100

5.3.1　接触面的初始相对位置 100

5.3.2 正确定义表面 101

5.3.3　避免迭代次数过多 102

5.3.4　避免过约束（Overconstraints） 103

5.4　算例分析 103

5.4.1　问题的描述 103

5.4.2　创建部件 103

5.4.3　设置材料和截面属性 104

5.4.4　装配部件 105

5.4.5　定义分析步 105

5.4.6　定义接触 105

5.4.7　定义载荷、边界条件 106

5.4.8　划分网格 106

5.4.9　提交任务 107

5.4.10　结果处理 107

5.5　本章小结 110

第6章　用户子程序 111

6.1　用户子程序总体介绍 111

6.1.1　用户子程序的基本知识 111

6.1.2　用户子程序编写注意事项 111

6.2　用户自定义材料子程序UMAT 112

6.2.1 UMAT子程序格式和变量说明 113

6.2.2　如何在分析中使用自定义材料 114

6.2.3 Mises弹塑性模型的UMAT子程序编写实例 116

6.3　用户自定义接触面摩擦模型子程序FRIC 126

6.3.1 FRIC子程序格式和变量说明 126

6.3.2　如何在分析中使用自定义接触面摩擦模型 127

6.3.3　非线性弹性摩擦模型 128

6.4　用户自定义单元子程序UEL 135

6.4.1 UEL子程序格式和变量说明 135

6.4.2　如何在分析中使用自定义单元 137

6.4.3　平面三节点线弹性梁单元UEL子程序编写实例 139

6.5　其他几个常用的用户子程序 143

6.5.1 自定义边界条件子程序DISP 144

6.5.2 自定义载荷子程序DLOAD 144

6.5.3 自定义初始孔隙比分布的子程序VOIDRI 144

6.6　本章小结 145

第7章　用户自定义材料二次开发 146

7.1　邓肯模型的二次开发 146

7.1.1　邓肯模型介绍 146

7.1.2　邓肯模型的UMAT子程序编写 147

7.1.3　三种不同的应力积分算法 147

7.1.4　算例验证 152

7.2　边界面模型的二次开发 158

7.2.1　边界面模型介绍 159

7.2.2　边界面模型的应力积分算法 161

7.2.3　编程要点 164

7.2.4　算例验证 165

7.3　本章小结 167

第8章　土体固结沉降分析 168

8.1 ABAQUS/Standard中的固结计算功能 168

8.2 ABAQUS/Standard中与固结计算相关的基本概念 168

8.2.1　孔隙介质中的流体流动 168

8.2.2　有效应力原理 169

8.2.3 固结计算中的孔压 169

8.3　使用流体渗透／应力耦合分析步进行固结计算 169

8.3.1 分析类型 169

8.3.2 增量步时间步长的选择 171

8.3.3　单元选择 173

8.3.4　材料模型 173

8.3.5　载荷和边界条件 174

8.3.6　设置初始条件 174

8.3.7　固结计算中的输出变量 176

8.3.8　固结计算中的单位 177

8.4　算例 177

8.4.1　太沙基（Terzaghi）一维固结 177

8.4.2　剑桥粘土地基固结分析 183

8.4.3　堆载预压模拟 198

8.5　本章小结 204

第9章　非饱和渗流与流固耦合分析 205

9.1　非饱和渗流问题中的边界条件 205

9.1.1　土坝渗流的典型边界条件 205

9.1.2 ABAQUS/Standard提供的特殊渗流边界条件功能 206

9.2　非饱和渗流问题中的材料模型 209

9.2.1　饱和度对渗透性能的影响 209

9.2.2　饱和度与基质吸力之间的关系 209

9.3　算例 211

9.3.1　二维均质土坝的稳定渗流分析 211

9.3.2　三维混合坝的稳定渗流分析 217

9.3.3 边坡降雨入渗分析 222

9.4　本章小结 233

第10章 自定义排水板单元的二次开发 234

10.1　排水板地基固结的常规处理方法 234

10.2 自定义排水板单元的开发 235

10.2.1　排水板单元的构造 235

10.2.2　排水板单元的理论推导 236

10.2.3　排水板UEL子程序的编写 239

10.3 自定义排水板单元的算例验证 241

10.3.1　采用实体单元划分排水板的算例 241

10.3.2　采用自定义实体单元划分排水板的算例 246

10.3.3 Hansbo理论解答 248

10.4　本章小结 249

第11章　基桩低应变检测的数值模拟 250

11.1 动力求解方法的简单介绍 250

11.1.1　模态分析方法 250

11.1.2　直接积分法 251

11.1.3　动力分析中的阻尼 251

11.2 ABAQUS/Standard中的隐式积分算法 252

11.2.1 隐式积分方法的特点 252

11.2.2　隐式积分算法中的时间步长控制 252

11.2.3　使用隐式积分算法求解动力问题 253

11.3 ABAQUS/Explicit中的显式积分算法 255

11.3.1　显式方法适用的问题类型 255

11.3.2　显式算法的条件稳定性 256

11.3.3　隐式积分算法中的时间步长控制 257

11.3.4　使用显式积分算法求解动力问题 258

11.4　隐式与显式求解方法的比较 259

11.4.1　一般比较 259

11.4.2　节点自由度增加对计算资源耗费的影响 260

11.5　算例分析 260

11.5.1　低应变动力检测方法原理简介 260

11.5.2　一维杆件内应力波的传递分析 261

11.5.3 PCC桩低应变检测中的三维效应 267

11.6　本章小结 280

第12章　桩基承载力分析 281

12.1　桩基承载力理论 281

12.1.1 α方法 281

12.1.2　β方法 281

12.2　桩的加载速度 282

12.3　算例分析 283

12.3.1　不排水条件下的竖直受载桩 283

12.3.2　排水条件下的竖直受载桩 290

12.3.3　管桩竖向载荷作用下的工作性状 292

12.3.4　桩在水平载荷作用下的工作性状 294

12.4　本章小结 297

第13章　岩土开挖问题求解 298

13.1 ABAQUS中的单元生死功能 298

13.1.1　单元的移除 298

13.1.2　单元的激活 298

13.1.3　接触对的移除和激活 299

13.1.4　单元生死操作中的注意事项 299

13.2　算例分析 300

13.2.1　隧道开挖分析 300

13.2.2　内撑式基坑开挖模拟 308

13.3　本章小结 314

第14章　岩土贯入问题求解 315

14.1　岩土贯入问题的有限元处理思路 315

14.2 ABAQUS中的ALE方法 316

14.2.1　在ABAQUS/Explicit中激活ALE功能 317

14.2.2 ALE方法的网格划分方法及控制参数 318

14.2.3 ALE方法的解答传输方法 322

14.2.4 ALE分析中的结果分析 323

14.3　岩土贯入问题算例 323

14.3.1　静压桩挤土效应数值模拟 323

14.3.2　粘土地基中的CPT圆锥静力贯入试验模拟 334

14.4　本章小结 342

第15章　土石坝的静力与动力分析 343

15.1　基于ABAQUS的土石坝静力分析 343

15.1.1　邓肯模型的开发 343

15.1.2　填方分层施工模拟及新填土层的位移修正 344

15.1.3　浸水湿化变形的处理 344

15.2　基于ABAQUS的土石坝动力分析 345

15.2.1　等效线性模型的开发 345

15.2.2　坝体材料的液化判别 347

15.2.3　永久变形分析 347

15.3　算例分析 348

15.3.1 理想均质土石坝的施工及蓄水过程模拟 348

15.3.2　一维场地地震反应模拟 363

15.3.3　三维心墙土石坝静、动力分析 373

15.4　本章小结 392

第16章　边坡稳定性分析 393

16.1　强度折减法的基本原理 393

16.2　强度折减法在ABAQUS中的实现 394

16.3　算例分析 394

16.3.1　二维均质土坡稳定性分析 394

16.3.2　抗滑桩加固土坡稳定性分析 404

16.4　本章小结 411

参考资料 412