基于有限元软件ABAQUS码头土体变形影响因素分析,本论文主要论述了有限元论文范文相关的参考文献,对您的论文写作有参考作用。
有限元论文参考文献：
摘 要：将某重力式码头承受的荷载等组合成不同的工况,利用有限元ABAQUS分析码头土体在各工况下的变形情况,确定影响其变形的主要因素是堆场荷载.再通过对堆场荷载大小、宽度和到挡土墙的距离分析,表明堆载大小对结构变形影响较大,而堆载作用范围和位置,在一定范围内影响较大,超出该范围则影响不明显.
关键词：ABAQUS； 码头土体； 变形； 影响因素
引言
采用有限元计算方法,能充分考虑材料的非线性,且能够采用接触单元模拟不同材料之间的接触面[1-2].有限元软件ABAQUS是最先进的大型通用有限元软件之一,它可以用来解决从相对简单的线性分析到非线性模拟等各种问题[3].
本文利用有限元软件ABAQUS,分析影响码头土体变形的因素.在码头的实际运营过程中,可对影响较大的因素采取对应的减小或避免措施,从而减小土体变形,保障码头的安全.
1.理论基础
在ABAQUS可建立弹塑性模型中,Mohr-Coulomb模型计算土体较为可靠.Mohr-Coulomb屈服面在子午面和 面上的形状,如图1所示.
图1 Mohr-Coulomb模型中的屈服面
ABAQUS以经典Mohr-Coulomb屈服准则的扩展作为本构模型,此模型的流动势函数在子午面上的形状为双曲线,在面上没有尖角,因此流动势函数完全光滑,保证了塑性流动方向的唯一性[6].
图2 构造尺寸图
2.码头土体变形影响因素分析
本文以某重力式码头为研究对象.结合工程实际资料,以及有限元计算边界尺寸不显著影响计算结果的要求,最终确定模型尺寸如图2所示,主要材料参数如表1所示.
2.1 有限元法求解
建模时,土体 、挡土墙 和桩单元均采用CPE4R四节点四边形平面应变减缩积分单元.模型建立后,划分的单元及节点数如表2所示.
依据码头设计时实行的《重力式码头设计和施工规范》（JTJ290-98）和《港口工程荷载规范》（JTJ215-98）,同时结合工程的实际情况,确定堆场荷载为50kN/m2；码头现场道路的宽度和厚度都足够大,车辆荷载采用均布荷载[4],汽车荷载等效为20kN/m2；起重机械荷载为250kN/m2.
模型左右两个侧面限制其X方向位移,Y方向位移自由.上表面X、Y方向位移均自由；模型底部,约束X和Y两个方向的位移.
采用有限元罚函数法模拟桩和土、墙和土的接触；接触面采用主控—从属（Master-Slave）接触算法.墙和土之间的摩擦系数取为0.5,桩和土之间的摩擦系数取为0.4.
通过对起重机械荷载、码头荷载和堆场荷载进行组合,得到四种工况：
2.2 不同工况下的计算结果及分析
对各工况下的模型,通过ABAQUS进行有限元计算分析,得出土体变形曲线如图3所示.
图3 各个工况下土体的水平位移图
图4 影响因素示意图
工况1和工况2的土体变形位移曲线相对平稳,工况3和工况4的土体变形位移曲线波动较大.比较工况3和工况4的变形曲线可知,由于所研究的点位于吊车荷载作用范围内,因此变形曲线变化很大.堆载的作用位置离研究点较远,但对土体的变形还是造成了较大的影响,在约-8.5m的位置,土体最大变形由23.44mm增至34.02mm.尽管吊车荷载对土体变形有影响,出于码头的功能性考虑,吊车及其轨道的作用位置和荷载大小调整的可能性不大.堆场荷载的作用大小和位置,不仅对土体变形有很大影响,且实际工程中调整的可能性较大.因此,将着重研究堆场荷载的大小和作用位置对土体变形的影响.
2.3 堆场荷载对重力式码头结构变形的影响
主要的分析因素有堆载的大小（P）、堆载的宽度（B）和堆载和挡土墙的距离（L）,影响因素示意图如图4所示.为方便得出挡土墙和土体的变形位移变化情况,选取和堆载位置最接近的直线上的节点为研究对象.
2.3.1 堆载的大小（P）的影响
堆场荷载取为全部堆满荷载,L等于0m,B等于42m.计算时荷载取值分别为P等于50kPa,P等于100kPa,P等于150kPa,将计算结果绘制成曲线图,如图5所示.
图5 堆载大小影响下的水平位移曲线
图6 堆载宽度影响下的水平位移曲线
从图中可以看出,荷载的大小对挡土墙和土体的变形影响非常明显,随着荷载的增大,土体的水平位移随之增加.
2.3.2 堆载宽度（B）的影响
模型中材料和土体性质不变,取P等于100kPa,L等于0m,B分别取B等于12m、B等于22m、B等于32m和B等于42m.计算结果如图6所示.
由图6可知,堆载的宽度由12m增至22m时,位移变化较大,最大位移变化值达到26.03mm；堆载宽度从22m增32m,再增至42m,位移变化很小.曲线出现此种规律,可用土力学中,填土表面的局部荷载的相关知识解释.土力学中,填土表面的荷载对挡土墙的影响区域如图7中的阴影部分所示[5].
图7 填土表面的局部荷载作用
为计算点的深度,荷载宽度B可表示为：
（2）
随着堆载宽度B的增加,堆载产生的土压力对挡土墙和土体作用的深度也会随之增加；当堆载宽度B达到一定值后,堆载的作用深度就开始向更深的土层影响.实际模型中,挡土墙的高度为6.6m,由式（2）计算可得B等于5.48m,根据挡土墙梯形底面的尺寸,确定堆载宽度为7.78m.当堆载宽度在7.78m以内,随着堆载宽度的增加,土体所承受的主动土压力和变形增加；当堆载宽度大于7.78m后,继续增加堆载宽度,挡土墙所承受的土压力和变形不再改变.同理,模型中,从挡土墙表面至淤泥质粘土土和粉质粘土的交界处,为20.4m,带入（2）式,并计入挡土墙下底和上底的差值2.3m,确定对第一层土体变形影响的界限B值为19.3m.
结论：关于本文可作为有限元方面的大学硕士与本科毕业论文扩展有限元法论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
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