Набор данных по материалам

Для моделирования поведения грунта для данной геометрической модели должны быть приняты соответствующая модель грунта и его параметры. В Plaxis характеристики грунта собраны в наборах данных по материалам, которые хранятся в соответствующей базе данных. Набор данных из базы может быть присвоен одному или более кластерам. Для таких конструкций, как стены, плиты, анкеры, георешетки и т.д., система похожая, но различные типы конструкций имеют различные параметры, а значит и разные типы наборов данных.

В Plaxis различаются наборы данных по материалам для Soil & Interfaces (Грунт и контактные поверхности), Plates (Плиты), Anchors (Анкеры) и Geogrids (Георешетки).

Наборы данных по материалам создаются, в основном, после ввода граничных условий. До создания сетки должны быть установлены наборы данных по всем материалам, а все кластеры и конструкции должны иметь соответствующий им набор данных.

Таблица 3.1 Характеристики песчаного слоя

Параметры	Обозначение	Значение	Ед. изм.
Модель грунта	Model	Мор -Кулон	-
Тип поведения грунта	Type	Дренированный	-
Удельный вес грунта		17.0	кН/м3
Удельный вес насыщенного грунта		20.0	кН/м3
Проницаемость грунта в горизонтальном направлении		1.0	м/сут
Проницаемость грунта в вертикальном направлении		1.0	м/сут
Модуль Юнга (константа)	Eref	13000	кН/м2
Коэффициент Пуассона		0.3	-
Сцепление (константа)	cref	1.0	кН/м2
Угол трения		31.0	
Угол дилатансии		0.0	

Набор данных по материалам может быть введен с помощью кнопки Material Sets (Наборы по материалам), расположенной на панели инструментов или опцией из меню Materials (Материалы).

Для создания набора данных для песчаного слоя выполните следующее:

• Выберите на панели инструментов кнопку Material Sets.

• Щелкните по кнопке <New>, расположенной в нижней части окна Material Sets. Появится новое диалоговое окно с тремя вкладками: General (Общие данные), Parameters (Параметры) и Interfaces (Контактные поверхности) (см. рис. 3.6 и 3.7).

• В поле Identification окна Material Set вкладки General напишите "Sand" ("Песок").

• Выберите в комбинированном окне Material model (Модель материала) Mohr-Coulomb (Мор-Кулон) и Drained (Дренированный) в окне Material type (Тип материала) (параметры по умолчанию).

• Введите в поля Weight (Вес) и Permeability (Проницаемость) значения, соответствующие характеристикам материала, перечисленным в табл. 3.1.

• Для продолжения ввода модельных параметров щелкните по кнопке <Next> или по вкладке Parameters (Параметры). Параметры, появившиеся во вкладке Parameters зависят от выбранной модели материала (в нашем случае это модель Мора-Кулона).

Подробное описание различных моделей грунта и их параметры приведены в руководстве по моделям материалов.

Рис. 3.6 Вкладка General окна набора данных по грунту и контактным поверхностям

Рис. 3.7 Вкладка Parameters (Параметры) окна набора данных по грунту и контактным поверхностям

• Введите параметры модели из табл. 3.1 в соответствующие поля редактирования вкладки Parameters (Параметры).

• Т.к. в геометрическую модель не входят контактные поверхности (интерфейсы), то третью вкладку можно пропустить. Для подтверждения ввода набора данных по данному материалу щелкните по кнопке <OK>. Теперь в окне Material Sets (Параметры материалов) появится набор данных, созданный в виде древовидной схемы.

• Перетащите набор данных "Sand" из окна Material Sets (Параметры материалов) (выделите выбранный грунт, удерживая левую кнопку мышки в нажатом состоянии) в кластер грунта на чертежном поле и опустите его здесь (отпустив левую кнопку мышки). Обратите внимание на то, что курсор меняет свою форму, в зависимости от того есть или нет возможность опускания набора данных. Правильность задания набора данных для кластера обусловлена изменением его цвета.

• Для закрытия базы данных щелкните в окне Material Sets по кнопке <OK>.

Совет:

Plaxis различает проектную и глобальную базы данных для наборов данных по материалам. Наборы данных одного проекта могут быть заменены на наборы данных другого проекта с помощью глобальной базы данных. Во время установки программы для всех уроков Учебного пособия хранятся в глобальной базе данных. Для копирования существующего набора данных щелкните в окне Material Sets по кнопке <Global>. Перетащите необходимый набор данных (в нашем случае "Lesson 1 sand") из древовидной схемы глобальной базы данных в проектную базу данных и установите его здесь. Теперь для данного проекта есть глобальный набор данных. Подобным образом наборы данных, созданные в проектной базе данных, могут быть перенесены и установлены в глобальной базе.

Совет: >

Для изменения существующих наборов, откройте окно Мaterial Sets и выберите из древовидной схемы набор данных, требующий изменений и щелкните по кнопке <Edit>. В качестве варианта, окно Мaterial Sets может быть открыто двойным щелчком по кластеру и затем щелчком по кнопке <Change>, находящейся под полем Material Sets окна Properties. Теперь из древовидной схемы проектного набора данных выберите набор данных для соответствующего кластера и щелкните по кнопке <Apply> (Применить). Программа постоянно проверяет параметры материалов и в случае обнаружения несоответствия в данных дает предупредительное сообщение.

Построение сетки

После завершения построения геометрической модели, может быть создана конечно-элементная модель (сетка). Plaxis позволяет выполнять процедуру по созданию сетки полностью автоматически. С помощью этой процедуры геометрическая модель делится на элементы основного типа и совместимые конструктивные элементы, если такие имеются. При построении сетки учитывается положение точек и линий геометрической модели. Тем самым, учитывается расположение слоев, нагрузок и конструкций. В основе метода построения лежит устойчивый принцип триангуляции, с помощью которого находятся оптимальные размеры треугольников, которые участвуют в построении неструктурированной сетки. Неструктурированные сетки не образуются из правильно расположенных элементов. Однако численные результаты для таких сеток обычно лучше численных результатов для структурированных сеток, имеющих правильное расположение элементов. Кроме построения самой сетки, выполняется перемещение вводных данных (характеристик, граничных условий, наборов данных по материалам и т.д.) из геометрической модели (точки, линии и кластеры) на сетку конечных элементов (элементы, узлы и точки напряжений и т.д.).

Рис. 3.8 Осесимметричная сетка конечных элементов вокруг фундамента

Для создания сетки выполните следующее:

• Щелкните на панели инструментов по кнопке Generate mesh (Построить сетку) или выберите из меню Mesh (Сетка) команду Generate (Создать). После построения сетки откроется новое окно (Выходное окно), в котором появится построенная сетка (См. рис. 3.8).

• Для возврата в режим ввода геометрии щелкните по кнопке <Update>.

Совет: >

Для сетки в поле Global coarseness (Глобальная крупность) по умолчанию устанавливается Coarse (Крупный), что является приемлемым для первого приближения в большинства случаев. Параметры Global coarseness могут быть изменены в меню Mesh. Для глобального или локального измельчения сетки есть дополнительные команды. На этапе ввода данных еще возможно откорректировать какие-то части геометрии или добавить геометрические объекты. Если на этом этапе будут внесены какие-либо изменения, то необходимо повторно построить сетку конечных элементов.

При необходимости сетка может быть оптимизирована за счет глобального или локального измельчения. Измельчение сетки рассматривается в одном из уроков. Здесь предлагается принять данную сетку конечных элементов.

Начальные условия

После создания сетки построение конечно-элементной модели завершено. Однако до начала расчетов должны быть определены начальные условия. Вообще к начальным условиям относятся начальные условия по грунтовым водам, начальная геометрическая конфигурация и начальное состояние эффективных напряжений. В данном проекте фундамента песчаный слой является сухим, таким образом нет необходимости ввода условий грунтовых вод, однако необходимо определение эффективных начальных напряжений с помощью K₀-procedure (процедура K₀).

Начальные условия вводятся в различных режимах программы ввода. Для правильного формирования начальных условий выполните следующее:

Щелкните на панели инструментов по кнопке Initial conditions (Начальные условия) или из меню Initial выберите команду Initial conditions.

• Сперва появится небольшое окно, показывающее по умолчанию значение удельного веса воды, равное 10 (кН/м³). Для подтверждения этого значения щелкните по кнопке <OK>, после чего появится режим условий грунтовых вод. Обратите внимание на изменение панели инструментов и фона геометрии по сравнению с режимом ввода геометрических параметров.

Опция начальные условия состоит из двух различных режимов: режима давления воды и режима геометрической конфигурации. Переход от одного режима к другому осуществляется с помощью переключателя (switch) на панели инструментов.

Т .к. данный проект не включает в себя давление воды, то перейдите к режиму геометрической конфигурации, щелкнув по правой стороне 'switch' (Initial stresses and geometry configuration – Начальные напряжения и геометрическая конфигурация).

Щ елкните на панели инструментов по кнопке с красными крестиками Generate initial stresses (Построение начальных напряжений) или выберите в меню Generate (Создать) команду Initial stresses (Начальные напряжения). Появится диалоговое окно K_o-procedure.

• Для веса грунта примите общий коэффициент , равный 1.0. Это означает, что при построении начальных напряжений учитывается полный вес грунта. Выберите значение K₀, предложенное Plaxis по умолчанию, и щелкните по кнопке <OK>.

Рис. 3.9 Поле начальных напряжений вокруг фундамента

Совет: >

Процедура K0-procedure может применяться только для горизонтально-слоистой геометрии с горизонтальной поверхностью земли и горизонтальным уровнем грунтовых вод, при его наличии. Для получения дополнительной информации по процедуре K0-procedure см. Справочное руководство. Значение, которое задается по умолчанию, K0, получено на основе формулы Jaky: . При изменении вводной величины, значение по умолчанию может быть восстановлено путем ввода отрицательного значения для K0.

• После построения начальных напряжений открывается Output window (Выходное окно), в котором эффективные напряжения представлены в виде главных напряжений (См. рис. 3.9). Длина линий соответствует значениям главных напряжений, а их направление – главным направлениям. Для возврата в режим геометрической конфигурации программы ввода Input program щелкните по кнопке <Update>.

После построения начальных напряжений может быть выполнен расчет. После щелчка по кнопке <Calculate>, пользователя попросят сохранить данные на жестком диске. Щелкните по кнопке <Yes>. Теперь появится запрос на название файла. Введите необходимое название файла и щелкните по кнопке <Save>.