水工结构有限元分析系统AutoBANK操作说明书.pdf

水工结构有限元分析系统(AutoBANK v5.0):混必指閻河海大学工程力学研究所由于软件升级,目前发行版本中的菜单命令可能和本操作指南描述有所不同,但操作 指南中的所有菜单命令都可以在软件中找到,所有功能都能实现。目录第一部分一般说明1.I 简介1.2 安装AutoBANK1.3 融1.4 一般注意事项1.5 一般操作步骤1.6 新建/打开工程1.7 坐标系1.8 单位制和比例尺1.9 关于程序界面第二部分渗流场计算2 般歩理2.2 半自动单元网格划分四边形单元2.3 全自动单元网格划分三角形单元2.4 关于单元网格划分的补充说明2.5 边界条件之一:已知水头边界2.6 边界条件之二:水位随时间变化的边界2.7 边界条件之:可能渗出边界2.8 边界条件之四:已知流量边界2.9 边界条件之五:防渗墻2.10 准备求解:求新流场计算数据2.1I 求解渗流场2.12 看结果之一：浸润线2.13 看结果之:等势线2.14 结果之三：流速矢量图2.15 结果之四:流速等值线图2.16 结果之五:水力坡降等值线图2.17 结果之六:点和断面上数据2.18 结果之七:渗透第三部分变形、应、应变、稳定计算3.I 概述3.2 材料之:线弹性材料（各向同性/异性）3.3 材料之二:弹模随深度变化的弹性材料3.4 材料之三:弹塑性材料3.5 位移边界条件3.6 初始应状态3.?固结边界条件（仅限于增强版）3.8 施工开挖/填筑3.9 水压荷载3.10 分布荷载3.11 集中荷载3.12 定义工程3.13 求解3.14 后处理之一:各位移应随空间变化情况3.15 后处理之二:各位移应随时间变化情况3.16 后处理之三:主应矢量图3.17 后处理之四:位移矢量图3.18 后处理之五变形图3.19 后处理之六:塑性区3.20 后处理之七:断面上的应和内力3.21 后处理之:任意点的应和位移3.22 后处理之九:内力图3.23 后处理之九:稳定计算3.24 杆系结构的内力计算、较节点第一部分一般说明1.1简介AutoBANK由河海大学工程力学系（工程力学研究所）研制,闸等水工建筑物进行详细的分析计算。其特点:内部采用有限元技术,可对土坝、堤防、涵洞、水 针对我国水利行业的要求而设计,具有明显行业特点。全部图形化界面,操作简便,最大限度地提高工作效率。渗流,变形,应,稳定计算一体化,各计算阶段无缝结合。技术先进,计算方法处于目前我国水利设计行业的领先水平。核心模块经历过长期使用和考题,软件运行稳定,结果可靠。输出结果全面、图形美观。主要功能:稳定渗流场分析输出等势线,渗流量,浸润线,水力坡降,任意点的流场数据、任意断面的流场数据分布图 位移、应应变分析输出位移,变形,应,主应力随空间的变化,随时间的变化,任意点的力学参数,任 意断面的力学参数分布图和内力数值。.施工顺序模拟可以考虑分期加载/卸载,模拟开挖/填筑过程。结构力学计算杆件系统的内力与位移。Biot固结计算输出孔隙水压、附加孔隙水压随空间、时间的变化,输出附加孔隙压力的消散过程,有效.应数值随时间的增长,可用于确定合理筑堤速率,计算长期沉降（限于增强版）。稳定计算输出基于滑动面上抗剪强度与剪应比值的滑动安全系数,可以考虑任意指定滑面,滑面组,最危 险滑动面。全部图形化交互式前后处理网格自动剖分,所见即所得边界条件设定,等值线,等色图（云图）,山峰图等数值表示法。1.2 安装AutoBANK软件环境:Windows95/98/Me/2000/XP操作系统,AutoCAD R14/2000-2006o硬件要求:内存不小于128M 同时要求机器至少安装块网卡,在网上邻居中能看到 本机。安装说明:运行光盘AutoBANK子目录下的setup.exe即可安装本软件,由于Windows操 作系统版本的差别,安装过程中可能出现某些动态连接库（DLL）的已经存在而不能覆盖 的提示,按“取消”跳过即可。1.3 注册目前的AutoBank为网络版,运行需要服务器程序server支持,server程序使用硬件狗加 密,对软件的使用权限进行认证。对于网络版,请先安装服务器程序,得到服务器程序的IP地址和端口号,然后用用帮助 菜单下的注册命令弹出注册对话框,输入服务器程序的IP地址和端口号。在使用AutoBANK时,需要服务器程序处于运行状态。服务器程序也可以和AutoBANK安装在同一台计算机上。AutoBANK+AutoCADServer程序+加密狗认证1.4 一般注意事项当完成安装过程之后,您就可以和启动其它windows应用程序一样在程序管理器中运行 AutoBANK 了,AutoBANK有自己的菜单和对话框,位于顶部,它使用ACAD R14/2000的介面实现可 视化操作,其优点可以利用ACAD丰富而成熟的绘图命令,可获得高质量的输出图形,还可以 利用已经存在的图形资料。当启动AutoBANK时,会自动启动ACAD,如果在启动AutoBANK之前已 有ACAD在运行，则不会有新的ACAD进程启动。由于AutoBANK的可视化是通过 与ACAD的相互通信实现的,在使用AutoBANK的同时,ACAD的 所有功能均有效,因此,您可以交替使用ACAD和AutoBANK命令,但每次使用AutoBANK命令时 要求其它命令己经执行完毕,即ACAD处于等待状态。否则命令将不能执行,出现“部件忙,不 能响应的系统信息,此时您只需要继续将ACAD未完成的操作完成即可恢复正常的状态。1.5 一般操作步骤个典型的分析一般遵循以下操作步骤,根据具体问题的不同情况,有可能跳过其中的若 干步,详见每步操作说明。1.6新建/打开工程1新建工程所谓新建工程,事实上就是新建一幅ACAD图。使用工程菜单中的新建命令,程序 建立一个与工程名同名的子目录,工程中的有关数据文件,图形文件(.DWG)都存在 此目录中。也可以使用ACAD的有关命令新建一幅图形.2打开工程 用于继续完成前一次的分析,使用工程菜单中的打开命令,程序 打开已有的.DWG文件,当程序出现“select shape file”菜单时是ACAD提示输入文档 中的形文件名。也可以使用ACAD的有关命令打开一幅已有的图形.1.7坐标系本系统的渗流场计算仅限于平面问题,位移/应计算可以是平面应变、平面应或三维轴对称问题。采用坐标系为:X轴向右,y轴向上（与ACAD的坐 标系一致）,当是轴对称问题时,取y轴为对称轴。1.8 单位制和比例尺计算中可能有多种几何物理量,单位应该配套使用,AutoBANK推荐使用以下两种 国际单位制:长度力时间压强 力）容重渗透系數流速端量米千牛秒千帕千牛/立方米米/秒米阳立方米/秒1SKPa期$m/s邢毫米牛秒牛/平方毫米牛/立方毫米毫米/秒毫米慟立方毫米/秒2加F川SN/貳N/加jsjss/sjsjs/s欣/sAutoBank根据图形上的线条获取有关计算需要的几何信息.所以规定使用 1:1的比例绘亂即图上一个长度单位对应实际结构的个长度单位.例如:某梁的 长度为10米,在图上绘的长度也应该为10个长度单位.（上表的第1种单位制）1.9 关于程序界面 AutoBANK正常启动之后,将抓住ACAD的窗口作为其图形窗,windows任务栏上ACAD 任务随之消失.退出的顺序是:先退出AutoBANK,后退出ACAD,退出AutoBANK请不要用右 上角的“X”按钮,而应该使用“工程”菜单下的“退出”命令,退出时AutoBANK松开ACAD窗口,.windows任务栏上ACAD任务随之重现.AutoBANK有自己的菜单和工具条.位于顶部,ACAD窗口的上方.AutoBANK工具条按钮 是菜单命令的快捷方式,目前仅一部分菜单命令有对应的工具条按钮.,多数AutoBANK命令需要对话窗口,例如单元网格划分和材料参数输入等.用对话窗口一 命令的命令按钮和文本框进行操作.部分对话窗口上的“？”按钮 提供了本窗口的帮助信息,操作时可以查看.第二部分渗流场计算2.1 一般步骤!定义各种可能出现的材料的渗流特性,如果是稳定渗流,只需要渗透系数.如果是非稳定渗流,需要渗透系数和给水度.（可以使用程序中的经验公式根据孔隙比计算给水度.）2划分单元,可以用半自动网格划分或者全自动网格划分两种方法.在生成网格时同时选择单元 的材料名。3定义边界条件,有固定水位边界,可能出逸边界,水位变化边界,防渗帷幕等。4保存图形文件,生成数据文件。5求解渗流场6看各种渗流场的结果。2.1定义渗透系数作用:定义渗流计算材料参数渗透系数和给水度。菜单命令:材料操作步骤:1、编辑材料属性程序界面将出现材料窗口,由材料表和若干操作按钮组成。随软件升级,材料类型会不断增加,对于渗流 计算可以选用除梁杆材料、接触面材料以外的任何类型材料。仅需要填写与渗流有关的参数,对稳定渗流需要水 平/垂直方向的渗透系数,对非稳定渗流还需要给水度。对于给水度,可以根据孔隙比使川程序中的经验公式计算 2按“确定”退出,程序自动保存材料的有关信息到ACAD图形中。说明:1、当输入的材料名称为个新名称时,在材料表中将增加一种材料,当名称在材料表中已经存在时,将覆 此种材料的数据。2、给水度用于非稳定渗流计算。3、同工程中,材料的种数不能超过25种。4、如果单元的渗透系数为零,程序自动作为（不透水）结构进行处理,在流场计算时将不考虑这部分单元如果进步进行应变形计算,可以选择把扬压力作为结构的荷载（详见应变形计算部分）。2.2半自动单元网格划分四边形单元说明:本操作用半自动方式生成四边形单元,对复杂的剖分区域需要用若干个四边形子域拼 接形成,划分单元对子域依次进行。_ 菜单命令:网格划分）半自动划分网格（四边形单元）操作步骤:第一步:选择单元材料类型和名称（之前用材料菜单中的命令定义）。第二步:设置单元数量,例如3*3,第三步:用直边分区、曲边分区四个角点单元加密四种方式中的任何种生成单元,.分别说明如下:,3-A直边分区:用鼠标左键选择个或者组事先绘制的四边形子域,按右键完成。子域可一 以用AutoBank的绘直边分区命令或者ACAD的四边形命令绘制。3-B曲边分区：一般用于边界为曲线的区域,用鼠标左键选择个或者一组事先绘制的曲边 四边形子域,按右键完成。子域可以用AutoBank的绘曲边分区命令绘制。3-C四个角点：用鼠标左键顺序点取4个点,程序自动以这些点为子域的角点进行单元划.分。:3-D单元加密：用于对已经形成的单元进行加密,先设置的密度,如2*2,然后按单元加密:后在图中选择需要加密的若干单元后按右键完成。技巧:可以利用单元加密命令更换单元的材料属性,在加密前选择新的材料名,按1*1加密即 可。.23全自动单元网格划分三角形单元概念:所谓分区是指相同材料形成的连通区域,可以用一条外边界线 或者一条外边界线与多条.内边界线（如果有孔口或者内部不同材料）确定一个分区,内外边界线应该都是闭合的。:菜单命令:网格划分全自动划分网格（三角形单元）操作:第一步:用AutoCAD的多义线绘制材料分区的外边界和内边界（如果有的话）,形成一个或者数个 闭合多边形。,第二步:按添加剖分标记按钮,在以上闭合多边形的每个角点处添加剖分标记,剖分标记是 个圆,其半径定义了该角点处的单元边长。注意使剖分标记圆心和角点重合。在添加前可以先 设定其半径,也可以添加后在图中调整其半径大小。第三步:选择当前分区的材料类型和材料名称。（剖分之前应该用“材料菜单中的命令定义 程中各种材料）第四步:按选择分区并剖分按钮,先选择分区的外边界线,后选择内边界（如果有的话）,按鼠.标右键完成选择,程序自动进行剖分并把材料赋给单元。:第五步:按删除剖分标记按钮,程序将剖分标记删除。说明:!每次按选择分区并剖分按钮,只能对个分区进行剖分。多个分区可以逐个进行。:2为使相邻分区单元的边界节点重合,在完成一边分区剖分后,不要改变公共边界线上的剖分标记大小。.3剖分标记半径应该小于等于其所在多边形角点两侧的较短边长。技巧:选择分区时,为了方便点取线条,可以考虑关闭单元层和边长控制层,用对话框的对应开关控制。2.4关于单元网格划分的补充说明1提高计算精度的措施1）单元形状应该尽可能规则,内角不要相差太多,内角大于180度的单元是非法的。2）在求解区域的凹角处应该布置较多的单元,可以较准确地反映该处应、应变,水力坡降等 阶量的奇异性质。3）在求解区域的凹角处可据实际情况进行局部修圆处理。2复杂形状边界的网格划分1）虽然任何复杂的形状都可以剖分成四边形单元,但拼接较费时,推荐使用全自动网格划分（三角形单元）。2）单元的节点是可以移动的,您可以选择单元（四边形单元点击其对角线）后拖动节点至适当 的位置。单对可删洞EJ rL 3 号孑4）单元内角越接近 精度越高，接近180 度时精度很低,等于 或大于180度将导致 计算错误.5）四边形单元和三 角形单元可以同时混，合使用。但要注意边 界上节点重合。（如 图）:2.5边界条件之一:已知水头边界作用:给出受已知水头（水位）作用的单元边界。菜单命令:渗流边界固定水位边界操作:1、输入水面的高程（水面Y坐标）可以输入数字,也可以用输入框右边的“按钮在图中点取这个坐标。如您用后种方法,您必须点取两个点,第一点为与水面上的.某一点,再点取另一点,程序将在两点之间绘出水面符号与水面高程。2、绘出与此水位直接接触的单元边界线。按绘边界线按钮后开始绘边界线,注意用ESC 键结束绘边界线的操作。.说明:1、有限元的边界条件实际上是赋予单元节点的,边界线为一条折线（多用线）,凡是与 此线重合的单元节点,程序认为受此类边界条件作用,否则认为不受作用。因此,边界线 应该沿求解区域的单元边界绘出,防止区域边界转折的地方出现“漏点”.2、水位高程不一定等于某单元节点的高程,可以有两种处理方法:是边界线绘至离水 面最近的个节点;二是将最近的节点挪动到与水面同高,边界线以该点为端点。.3、如果您想控制水面符号与文字的大小,请使用工具菜单的设置文字特征高度命令后,再启动边界条件命令。,2.6边界条件之二:水位随时间变化的边界:说明:本操作设定渗流场分析的边界条件:水位随时间变化的边界,用于非恒定渗流场分析。操作步骤:第一步:设定水位-时间关系。用“+增加一个水位时刻点,最多可以设定10个水位时刻点,一 用“删除。第一个水位时刻点应该从0时刻开始。第二步：按“绘边界线,沿单元的边界绘边界条件符号,是一条较粗的多义线,用ESC键结 束,不支持鼠标右键。一技巧:一 1边界条件符号的粗细和颜色可以在选项栏中设定。2用“”在图中点取水位时,应该点两点,第一点取水位高程,第二点为水面符号位置。2.7边界条件之三:可能渗出边界说明:1、该类边界条件认为节点水头等于高程。2、只用于下游坡。作用:给出下游坡可能出逸的范围,不包含水下边界。菜单命令:渗流边界出渗边界操作:1、按“绘边界线按钮之后开始绘出边界线,用ESC键结束。2、参见边界条件之2.8 边界条件之四:已知流量边界作用：绘出已知的节点流量。正值表示流进求解区域,负值代表流出求解区域,在计 算某些井点排水时可能遇到此种边界。菜单命令:渗流边界已知节点流量操作:在流量数值对话框中填写已知流量数值按“绘流量符号按钮,在单元节点处绘流量符号,注意,只有绘在节点处的流量是有效的2.9 边界条件之五:防渗墙作用:模拟完全不透水的防渗帷幕,如插塑等。菜单命令:渗流边界防渗墙操作:按“绘防渗帷幕”按钮,沿单元边界绘出防渗帷幕。用ESC键结束绘图。说明:1、只有沿单元边界的防渗帷幕起作用。2、位于防渗帷幕左右两侧的单元节点无流量交换,但是防渗帷幕的端点仍然认为是 透水的。3、求解区域不应被防渗帷幕完全隔开,或者说防渗帷幕不应贯穿整个求解区域,因 为这样意味着求解区域被分割成两个独立求解区域。2.10准备求解:更新流场计算数据作用:形成流量计算的数据文件。菜单命令:渗流求解1 更新数据操作:按“更新数据”按钮。一般情况下应该选用“优化”开关,以便使程序对节点编号顺 序进行优化,以获得较高的求解效率。按单元号按钮将使您看到单元编号,按节点号 将使您可以看到节点编号。.2.11求解渗流场 作用:形成渗流场有限元方程,并解之,获各种流场物理量数据;,菜单命令:渗流求解2求解渗流场二 操作:设置最大迭代次数与迭代误差,一般情况下可以使用最大迭代0,误差二0.01。求解完成,之后,您可以看到渗流量,记录渗流量后按退出按钮。:说明:一 1、在求解时,没有给定边界条件的区域边界（默认边界）认为是不透水的（对成渗流控制方程 的自然边界条件）。,2、先选择问题类型,本版本可以考虑稳定渗流和非稳定渗流,用“非稳定渗流”开关控制。3、如果渗流区域内有非饱和区,打开“非饱和区”有利于提高计算精度。.4、如果计算非稳定渗流,必须预先定义“水位变化边界条件”,同时在材料属性中给出“给水度”数值,见渗流边界条件说明部分。5、程序中“精度控制”各项对计算影响不大。6、非稳定渗流计算时,求解从0小时开始,求解到何时结束在程序界面中设定（求解到时刻）。求解到时刻可以超出水位变化时段,也可以不超出。.7本软件非稳定渗流计算采用先进计算方法,求解步数可以设定,较多的步数可以详细了解浸润 线变化过程,对最终结果影响甚微。程序可以绘出水面线变化过程,用“绘浸润线变化过程开关 控制。开关边的小色块可以选择绘图色彩。-8参见“水位变化边界条件”部分的说明。.9求解结束后可以看到渗流量和浸润线变化过程（对非稳定渗流）,其他结果用AutoBANK的“看 Z渗流结果菜单中的若干后处理程序来显示。2.12看结果之一:浸润线作用:绘等压强线,压强为零的等压强线即为浸润线。菜单命令:渗流结果）浸润线操作:1、按“绘图”按钮,程序将绘岀等压强线（或浸润线）。2、给等压强线标数值（参考2.12结果之六：断面与点的数值）。说明:1、压强的数值等于水头减去位置的高程,等压线与等势线不一定正交。可有两种方式绘等压强线,即等值线或等色图。2、可以选择绘图精度,精度越高,绘图越精细。但速度越慢。可以选择绘图的颜色调配方案。见程序界面。3、可以选择绘图例。此时您需要根据程序要求点取图例的位置和高度。2.13看结果之二:等势线作用:绘出等势线,据等势线的密度可以大致判断水力坡降的大小。菜单命令:渗流结果等势线。操作:1、按丝会图”按钮,程序将绘出等势线。2、给等势线标数值（参考 看结果之六:断面与点的数值）。说明:!等势线即为等水头线,应该于流线即流速方向相正交。2参见看结果之一说明。2.14结果之三:流速矢量图 作用:按定比例绘出流线的切线,其长度表征流速的大小,其方向与该点的流速方向相同。菜单命令:渗流结果流速（矢量）操作:按“绘流速图”按钮,程序将绘出流速矢量图。说明:.1、可以选择矢量图的密度为-4,即每个单元所绘的矢量符号的个数。.2、程序自动取定的绘图比例,如果您对这一比例不满意,您可以指定一个比例尺,其数值为图 中单位长度对应的流速。.3、您可以指定矢量符号的颜色随流速大小变化,也可以指定一种颜色,如果颜色随流速大小变.化,您应该选择绘图例,以注明颜色与流速大小的关系。.4、您可以选择是否打印最大流速到图中,如果打印,您需要根据程序要求,点取打印的位置坐标.2.15结果之四:流速等值线图 作用:据流速等值线图可以判明流速大小的分布特征。菜单命令:渗流结果流速（等值线）操作:1、按“绘图按钮,程序将绘出流速等值线图。2、给等值线标数值（参考 看结果之六:断面与点的数值）。说明:.1、如果有两种以上的材料,则在不同材料的分界线上,流速的数值不一定是连续的,即流速等值线可能有断点。2、流速等值线是根据流速的绝对值来绘制的,无法考虑流速的方向性,其数值是根据单元高斯 点数值外推到节点,然后再进行绕点平均而得。.3、您可以选择流速为X方向的流速分量或y方向的流速分量或两者的合成（总流速）。,4、您可以选择等值线的根数与颜色方案。5、您可以选择等值线图或等色图,如果选择后者,则应该指定一个适当的绘图精度以便在绘图效果与性能之间进行取舍。.2.16结果之五:水力坡降等值线图 作用:水力坡降为水头函数沿坐标方向的变化梯度,它与土体的渗透破坏关系密切,水力坡降等 值线图可以判明最易发生渗透破坏的区域。菜单命令:渗流结果水力坡降操作:1、按“绘图”按钮,程序将绘出水力坡降等值线图 2、给等值线标数值（参考 结果之六:断面与点的数值）。说明:.1、对于均质的堤防或土坝断面,水力坡降等值线在流场中应该是连续的。但当有多种材料介质时.,水力坡降等值线在材料的分界线处将出现不连续。一 2、您可以选择X方向的水力坡降或y方向的水力坡降或总水力坡降。.3、当选择绘“可能破坏区域时”,需要给出容许水力坡降,此时程序对每个单元的高斯积分点处的 实际水力坡降与给出的容许值进行比较,若大于容许值则打上破坏标记。当选中程序的“仅检查边 界单元”选项时,程序将忽略内部单元。4、您可以选择等值线的根数与颜色方案。.5、您可以在等值线图、等色图或立体图（山峰图）中选择种,如果选择立体图,程序取定一个 高度比例,您也可以自定一个高度比例。当选择绘图例时,程序将ACAD切换到图纸空间（Paper（space）内,并要求点取图例的位置与高度,图例绘成后,需要指定命名模型空间,方法是用ACAD的,View菜单下的Model Space（Floating）命令,用鼠标点取两点确定命名模型空间的图幅,您将同 时见到在模型空间内的图形与图纸空间（Paper space）内的图例,选择适当的视角可以得到具有 三维效果的视图。此时图例位于图纸空间内,其它图形位于模型空间,当视角变化时,图例的视 角不变,如果要打印图形,则应该切换到图纸空间内进行。.2.17结果之六:点和断面上数据 作用:可以标出求解区域内任意点的流场数据,任意断面上的流场数据的分布情况。对于点的.数据,常用于给等值线标数值。命令:渗流结果断面和点的流场数据。操作:1、点的数据:在“参数名称”列表框中选择流场数据名称,如水头或流速等,然后设定数据的格 式、大小、方向,按“点的数据按钮,点取流场中某点,则该点的数据自动被绘出。,2、断面上数据的分布:选择流场数据名称,按“断面上的数据按钮,用鼠标点取两点确定断面,则断面上的数据分布图被自动绘出。.说明:.1、在利用点的数据标注等值线时,应该打开捕捉功能,以保证点取的点在等值线上。2、标注的数字可以成组出现,以方便于选择操作,此功能受“IN GROUP”开关控制。.3、断面数据分布图可以写出变化范围,受“写变化范围开关控制。0 4、可以设定数据分布图取样点的多少以及绘图比例,参见程序界面。2.18结果之七:渗透作用:!渗透为渗流作用于土体的作用,其性质属于体力。通过绘制的渗透矢量图可以直观地 观察到土体所受的渗透荷载。2如果使用了防渗帷幕,则渗流对土体的作用分布发生了较大的改变,这将影响土体的变形 与应分布,防渗帷幕两侧都可能受的水压作用,与土体所受渗流作用不同的是,防渗帷幕 上的水压为面力,通过绘制防渗帷幕上的水压图,可以了解防渗帷幕的存在对土体受力的影 响。3您还可以看到区域边界上的水压分布,这个不作用于土体,对于不透水边界,这个水压 是作用于边界上的,例如闸室的底板受到的浮托;对于透水边界（如已知水头边界）,边 界上的水压与边界所受的静水压平衡（例如上下游水位引起的水压）。菜单命令:看结果渗透操作:先选择作用名称,然后按丝会图”按钮。说明:!渗透以等效节点绘出,即把单元受到的渗流力按单元形状分配到单元的每个节点,并把 相邻单元节点受到的进行矢量相加后得到。图形为矢量图,其箭头处为节点位置,大小按比 例,方向与渗透方向一致。2您可以指定矢量图的比例。3当选择绘面力时,您可以指定符号的密度、颜色以及图形的宽度比例,参见程序介面。第三部分 变形、应、应变、稳定计算3.1概 述 渗流场计算和位移场计算是两种不同类型的计算,虽然两种类型的控制方程不同,边界条件也不同,但是网格剖分是同样的,所以可以利用套网格进行两种不同类型的计算,当完成剖分之 一后,您可以计算渗流场或位移场其中的种,也可以两种类型都计算。当您需要了解渗流对变形或、应之影响时,应该先进行渗流场分析,得到流场诸数据,这可以作为位移场计算的某些已知条件,例如根据自由面（浸润线）位置确定哪些部份用自然容重,哪些地方用浮容重;渗透可以作为 土体的种荷载等。位移场计算包括普通的平面应问题或轴对称问题,当模拟土这类多孔介质时,计算使用有效应法,得到的应结果均为有效应,排水方式可以有3种不同的选择（详见定 义工程）。位移场计算的步骤与渗流场计算类似,一般顺序为:材料属性一网格划分一初始条件一边界 条件一荷载一施工顺序一定义工程一求解一看结果。AutoBank允许分步加载以模拟施工过程。加载 是广义的,包括荷载、边界约束、开挖、填筑。由于受荷土体受力状态与加载之前的应有关,所,以某些情况下（例如非线性材料模型的开挖或筑堤）需要给出计算对象的初始状态一包括初始边界 条件,初始荷载（自重等）,初始应力点,程序由初始应力点内插计算每个单元积分点的初始应 作为应路线的起点。某些情况则不需要了解初始应（例如上部结构的计算）,这时分步加载可 以从第一批开始。所以不需要初始应力点,边界条件也从第一批加载定义。重点:如果材料的渗透系数为零,程序自动作为结构进行计算,将不考虑其中与渗透有关的 参数（孔隙水压力等）。3.2材料之:线弹性材料（各向同性/异性）作用:定义弹性单元之材料属性I Q菜单命令:材料线弹性材料 工，操作步骤:，材料窗口由材料表和若干操作按钮组成。目前软件有9种材料类型,对于水闸、涵洞等内力计算 般按弹性地基考虑,对于大坝变形计算用非线性材料较普遍,如邓肯模型。当按动“线弹性材料”按专 0时,将弹出材料参数编辑框,可按表中项目输入相应的参数值,然后按确定,新的材料参数则出现 材料表中。按“确定”退出,程序自动保存材料的有关信息到ACAD图形中。材料表可以导出为文件保存,也可以从文件导入材料表。:说明:当用有效应法分析土坝或堤防时,所有应均为有效应,因此材料参数也应该是有效应参 一数,也就是说弹性模量E等参数反映的是土体的应变与有效应之间的关系,c、（）描述的是土体的直 效强度指标。r.2对于弹性材料,若不进行稳定计算,c和。不必给出。13采用各向异性的材料属性能够较为客观地反映土层沉积成因。此时弹性应变与应的关系为:x一离一而Eh国 X加式中下标表示水平方向,朝表示竖直方向表明一个y方向应力的增量马将产生一 个y方向的应变增量Ao/Ev和侧向应变增量hEv,这里泊松比油反映了由竖向应 产生竖向应变进而引起的侧向应变。同样可以对应地给出泊松比、定的意义。需要 注意的是:程序只要求给出心而未要求给出这是因为对弹性材料并不是独立 的,而满足下列关系:Eh%v=言匕h艮、,心丫到一可丄xy3.3材料之二:弹模随深度变化的弹性材料菜单命令:材料随深度变化的弹性材料操作步骤:参见材料之。说明:1参见上节材料之”之说明1、302本种材料认为弹性模量随土层深度呈线性变化,认为泊松比为常数。要求给出土层中某深度yO处的弹 模E0以及单位深度弹性模量的增量m,如右图所示。3.5位移边界条件,作用:给出计算区域边界上的位移边界条件,这是计算不可缺少的。米单命令:位移/風力边界 X方向固定、y方向固定、xy方向固定操作步骤:1、在位移/应边界菜单中选择适当的边界条件,例如X方向固定,将出现边界条件对话框。.2、给出位移约束增量的数侑,一般情况为,如果要计算已知位移引起的应场,则应输入非。位移.数值。3、给出加载的批次序号。本软件可以分批加载,以模拟各种施工过程,得到施工各阶段的位移、应 、稳定计算数据。此处要求给出该边界条件从第几批开始起作用。4、按选择固定节点按钮后,在图中用鼠标左键将边界条件加载到单元节点。完成后按键盘Esc跳说明:!只有作用在单元角节点上的边界约束有效,当个单元边的两个端点被固定时,该单元边被固2英经或位3同批加载对同一节点不允许有两个 位移增量（即使这两个增量的数值相等）,所以操作时应该避免在同一批加载 中点击同一节点两次。X方向固定符号&y方向固定符号3.6初始应状态作用:给出土层或岩体中的初始应状态（地应）,计算中这将作为应路径的起点。初始应 应该与施工前的自重平衡,有些情况（如弹性材料）可以认为初始应为0,而把自重作为第一批.荷载计入,在累计位移时不计入自重荷载引起的位移增量（详见定义工程和成果整理）。.菜单命令:位移/应边界 初始应状态操作步骤:01当有地下水时,给出地下水位。您可以把水位填写到水面高程文本框中,也可以按其右边的按钮 后用鼠标在图中点取。假如不考虑地下水,则可假定地下水位处于很深处,例如程序中的缺省值 为101。2、给出已知应点的应状态,包括三个有效正应和一个剪应。把数值填写到对应的文本框接应力点位置按钮,在图中标出己知应力点的位置。4、重复2-3,直至给出所有初应力点。说明:.1、程序将根据给出的初应力点计算每个单元的积分点处的初始应,是由位于其上、下方的初应;力点按y方向直线内插得到的。2、程序认为初始应状态与高程有关,与横 向坐标无关。所以初应点的位置应该竖向 分布。3、应该保证每个单元（不包括填方单元）能.够内插得到其积分点处的初始应。故要求 所有单元（不包括填方单元）在高度方向要,位于最高的初应力点与最低的初应点之间.4、初应力点要求从上到下（或从下到上）依 次给出。货堤分析时地基单元的初始应力点,3.7固结边界条件（仅限于增强版）作用:给出计算对象的边界上附加孔隙水压（亦称超静孔隙水压）的约束条件。只有固结计 篁才需要此类边界条件。菜单命令:位移/应边界 固结边界条件一操作步骤:1、选择边界类型。共有5种类型,程序将对每种类型给出提示。.2、根据需要给出水位,例如水位变化边界的起始水位和终止水位,可以在图中点取或直接填写,3选择加载批次此类边界在第几批加载时考虑。-4、按加载到边界按钮,在图中标出边界条件作用标记。.5、重复4,直至给出所有固结边界条件。.说明:1、此类边界条件均针对附加孔隙压,而不是总孔隙压,附加孔隙压是由于加荷或水位变 化引起的孔隙压增量,附加孔隙压+静水压总孔隙压,静水压般在初始应力条件中 给出.2、止类边界条件亦也可以在区域内部的单元节点上,例如透水单元与弱透水单元的分界线上。3、在没有给定固结边界条件的边界上,程序认为是不透水边界。3.8施工开挖/填筑作用:给出哪些单元是待开挖的单元,哪些是待填筑的单元。如果工程中没有开挖或填筑,则 不需要此项操作。菜单命令:莅载五挖、填筑操作步骤:!在 施工/加载 菜单中选择开挖或填筑命令。2在“加载序号”文本框中设定加载序号。3按选择单元命令按钮,在图中选择开挖或填筑单元,按右键完成。说明:!开挖也看成是一种形式的加载。2开挖和填筑可以在同一批加载。即如果在i批进行了开挖,也可以在，批进行填筑。3加载应该按施工顺序进行,加载总批数不大于20o填筑单元模拟施工顺序的单元网格示例“.3”表示第3批开挖,“+3”表示第3批填筑3.9水压荷载作用:加载水压菜单命令:荷载水压操作步骤:!在 施工/加载 菜单中选择水压命令。2在“加载序号”文本框中设定加载序号。3在“水面y坐标”文本框中给出水位,也可以按其右边的按钮了在图中点取,此时需要点取 两点,第一点在水面上,再点第二点程序将在此绘出水面符号。4按加载到边界命令按钮，沿边界逆铲方向绘受水压力作用的边界线,边界线为折线,按 Esc键完成,程序将绘出水压力的分布图。说明!在提供单元材料参数时必须提供水的容重,程序才能计算水压。2水压是面荷载,不可以与集中荷载同批加载,否则集中荷载被忽略。3水压可以重叠,也可与分布荷载（见下节）重叠,即使是同批加载时。4水压是正（压）应边界条件,无法加载边界剪。3.10分布荷载作用:加载分布荷载,可同时计入正应（压或拉）与剪应作用.菜单命令:荷载分布荷载,操作步骤:1在施工/加载菜单中选择分布荷载命令。2在“加载序号”文本框中设定加载序号。3在“分布荷载”栏中给出作用起点和终点的应 数值,正应以压为正,剪应以使单元逆时针 转动为正4按加载到边界命令按钮，沿边界逆对令方向绘 受分布荷载作用的边界线,边界线为直线,程序 将绘出分布荷载图。1、分布荷载是单位面积（设厚度二1）上的荷载。2、不可以与集中荷载同批加载,否则集中荷载被忽略。3、分布荷载可以重叠,也可与水压（见上一节）重叠,即使是同批加载时。4、程序认为起点到终点之间是直线变化的。3.11集中荷载作用:加载集中荷载。菜单命令:荷载集中荷载操作步骤:!在 施工/加载 菜单中选择集中荷载命令。2在“加载序号”文本框中设定加载序号。3在“X,Y方向集中力”栏中给出集中力荷载数值，与坐标轴同向为正。4按加载到节点命令按钮，在图中选取作用点,程序将绘出集中荷载,按必C键停止。说明1、集中荷载不可以与分布荷载或水压同批加载,否则集中荷载被忽略.2、集中荷载可以重叠,程序将累加节点上的所有同批集中荷载。3、只有节点上的集中荷载有效。3.12定义工程作用:设定工程的各个加载参数,并形成计算所用的数据文件。菜单命令:求解定义工程并更新数据操作步骤:.1在求解菜单中选择定义工程并更新数据命令,将弹出定文义工程对话框。0 2设定加载参数 A增量数本软件用分批加载模拟各项荷载的前后加载顺序,为了较准确反映材料的非线性特征,在每批加 载中把荷载分成若平个增量进行加载,此处设定增量的数量。对于线弹性材料因为其应-应变关系是线性 一 的,则增量的数量对结果没有影响,故只需个增量。B加载模式目前有三种加载模式可用:等步均匀模式、等步集中模式和接触加载模式,前者认为在批加 载之中各个增量的时间相等,荷载平均分配到每个增量上。等步集中模式认为各个增量的时间相等,但荷载全 部在第一个增量上加载。接触加载模式用于有接触面单元存在情况,程序先施加一个微小荷载,试探接触面的 拉压情况,根据拉压情况取不同的方法进行计算。c历 时设定加载所经历的时间。此项对固结问题有意义,因为附加孔隙压之消散是依赖于时间的。非固 一 结问题则可不予考虑。D新生单元位移修正本选择项控制位移计算结果,有三种可能的选择:.0不修正 则本次荷载产生的位移增量将按常规的有限元计算方法累加到总位移中。1表面位移置零 这，选择项是针对填筑单元的,在进行大坝应应变计算时,需要计算施工期坝体沉降量,.按水利工程习惯,某点的沉降量是指该点被填筑以后、由于上部继续填筑和加载而引起的位移,填筑表面的位 移始终为零。由于有限元计算时,单元的尺寸不可能为无限小,这样由于自身重量的作用,将在单元的上表面 产生自重位移,这个位移和“填筑表面的位移始终为零”矛盾,为此需要进行“表面位移置零”修正。当进行坝 一 体施工期沉降计算时,推荐采用此修正项,并要求每次加载填筑层单元。.2不计位移 按习惯,位移一般是相对于大地而言的,因此,在上部荷载施加之前,地基是没有位移的。但为 了计算地基内的应,地基般作为第一次加载进行计算。如果选择了“不计位移”项,则程序仅计算应而 不计位移。,注意:下次计算可能有多次加载,可以分别对每批加载进行不同的位移修正设置。当设定了增量数,历时,加载模式后按添加按钮,则该批的各个加载参数出现在列表中,其中加载率为各增 量的荷载占本批荷载的比例。利用删除、上移、下移按钮可以对表中被选择的加载项进行对应操作。3形成数据文件点击 更新数据 按钮,程序将形成包含所有设定的数据库文件。求解过程将按此文件进行。说明:!这里每批加载应该与前面设置边界条件和荷载时的加载批数对应。2限制加载批数不大于100o3非线性问题程序中川增量去求解,因此增量数越多精度越高,但求解时间将随之增加。4当单元较多时,更新数据可能需要较长时间。选择“自动求解”和“自动整理结果”程序将在本界面完成以后自动 进入求解等后续过程。3.13求解作用:根据已设定的数据文件执行求解,此过程人为干预较少。菜单命令:求解求解变形与应操作步骤:!在求解菜单中选择求解变形与应命令,弹出DOS窗口开始求解。2当出现“整理成果”对