岩土工程模拟打桩过程(RogerCQz simulated)

2D使用Connector Stop与3D打桩锤击效果的实验比对.zip

2D情况下模拟桩的锤击贯入过程.zip

计算说明书:

(a)计算任务:在2D情况下实现3维的打桩锤击及贯入效果,2D模型模拟了真实的打桩锤,并模拟出同3D一样的打桩锤击效果,即锤-桩-土之间的相互作用在2D情况下被考虑,2D打桩锤会先自由落体运动,然后打击桩顶部并在作用力与反作用力的作用下自动实现锤的反弹;此外该模拟计算效率相较于3D模拟高很多,采用隐式求解器的收敛性更好;该模型具有较高的科研和工程实践价值

(b)仿真采用的设备基本情况:CPU为“Intel(R) Xeon(R) CPU E3-1270 v3 @ 3.50GHz”;内存为“32.0GB”;64为驱动系统

(c)计算模型的处理技术:采用隐式求解器进行模拟;模型利用轴对称性建立2D模型;用Connector Stop模拟锤与桩的锤击效果;刚桩,锤采用线弹性本构模拟;土与桩壁的摩擦通过库伦摩檫力定义实现;考虑土的Geostatic step;所有单元都采用轴对称单元(土和锤为4节点固体单元,桩为2节点壳单元)。

(d)方法计算的机时耗费情况:该模拟在半小时内可模拟完成;相同精度下的3D模型需要1周左右的时间

(e)仿真计算结果分析:

(1)利用轴对称性质(Axisymmetric property),将3维打桩过程降维成2维的打桩过程,极大地提高了计算效率;

(2)创新性地使用了Abaqus中的“connector stop”功能,克服了2D模型中没有办法定义面面接触(“surface to surface contact”)的局限性,实现了在2D中模拟打桩锤下落,与桩接触,并将桩打入土中的过程;

(3)“connector stop”功能实现了在2维情况下锤的锤击行为与3维情况下的锤行为几乎一致,极大节约了计算的成本,且数模收敛性更好,结果与3D模拟的结果几乎一样;

(4)可在2D情况下模拟至少10下的连续锤击贯入,更多得锤击数虽然没有在模拟中展示,但完全实现得了,只要复制inp文件得step即可。

(f)结论:

该模型不仅可以用于科研研究桩的贯入过程和桩内土塞的形成机理,也具有极大的潜力用于商业应用,因为计算成本较低,半小时内可完成连续10下桩的锤击,更多锤击数并不影响模型收敛性。