岩土工程模拟打桩过程（RogerCQz simulated）

6月11日

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。