ABAQUS软件在管土相互作用中的应用

道， 其变形 模量 成百倍地 高于地 基 土的变 形模量 。 当有 载荷作 用 时 ， 管道 与土 体交界 面上有 可能产 生剪切 滑
移， 有必要设 置相 互作用 的接触 面 。本 文 介绍如何 利用 ＡＢ ＡＱＵＳ４ ＿ 软件 构建 主从接 触面来 解决 问题 。 ］
１ Ａ ＡＱＵ 软 件 Ｂ Ｓ
Ａ Ａ Ｕ Ｂ 件 在 管土 相 互 作用 中的应 用 Ｑ Ｓ软
任 艳 荣
（ 京 建筑 ．程 学院 ， 京 １０４ ） 北 Ｙ － 北 ０ ０ ４
摘 要： 用 Ａ Ａ 利 Ｂ ＱＵＳ软 件 中 的主 控一 属 接 触 算 法 ， 管 道 和 海 床 形 成 一 个 接 触 对 ， 建 从 使 且
Ａ ＡＱＵＳ有两 个主 要 的分析 模 块 ： ＡＱＵＳ Ｓａ ｄ ｒ Ｂ ＡＢ ／ ｔｎ ａｄ提 供 了通 用 的分 析 能力 ， 如应 力 和 变 形 、 热交
换 、 量传递 等 ； ＡＱＵＳ Ｅ ｐｉ ｔ 质 ＡＢ ／ ｘ ｌ ｉ 应用 对 时 间进 行 显示 积 分 的 动态 模 拟 ， 供 了应 力／ 形 分 析 的 能力 。 ｃ 提 变 并且 ＡＢ ＱＵＳ软件 又有许 多扩展 模块 ， Ａ 例如 ， ＡＱＵＳ ＡＱＵＡ 模块扩 展 了 ＡＢ ＵＳ ｓａ ｄ ｒ ＡＢ ／ ＡＱ ／ ｔｎ ａｄ的功能 ，
成 的土 体 楔 形 。计 算 结 果 和有 关试 验 结 果 相 符 合 ， 明采 用该 软 件 进 行 管土 相 互 作 用 分析 是 可 说
行的。
关 键 词 ： 土相 互作 用 ； 定性 ； Ｂ ＱＵＳ软 件 管 稳 Ａ Ａ
中 图分 类 号 ： ７ ６ Ｐ ５ 文献 标 识 码 ： Ａ
提出 了管土相互 作用模 型 ， 图 ｌ 示 。 如 所 管 土相互作 用属 于土 与结 构 的耦合作 用 问题 ， 同时也属 于接 触问题 。
接触 问题 广泛存 在于机 械工 程 、 土木 工 程等 领 域 ， 如齿 轮 啮合 、 体 接缝 坝 等 ： 。这类 问题 的特点 是具有单 边约束 和 未知接触 区域 。接触 区域 的确 定依赖 于 加载 方 式 、 载水 平 、 触 面性 质 等 因素 ， 于边 界 待 定 问题 。 荷 接 属
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任 艳 荣 等 ＡＢ ＱＵＳ软 件 在 管 土 相 互作 用 中 的应 用 Ａ
２ ０ 年 ８月 ０７
文 章 编 号 ：０ １ ４ ０ （ ０ ７ ０ —０ ４ —０ １ ０ — ５ ０ ２０ ）４ ０ ８ ４
海 底管道作 为输送 油 、 的海 上连续 构筑物 ， 气 其地 位十 分重要 ， 同时海底 管道设 置在 恶劣 的海 洋环 境 中， 将 承受各 类环境 载荷 ， 中波 浪引起 的水 动力载 荷及在 位稳 定性最 为重 要 ， 位稳 定性是海 底管 线设计 中的 其 在 关 键技 术之一 。管道 的稳定 性和 管道 的水 下重 量 、 环境载 荷 和管 土相 互作 用 有着 重 要 的关 系 。为保 证 管道 的稳定 ， 底土 壤必须 提供 足够 的阻力 以平衡 波 浪荷 载 。２ 海 Ｏ世纪 ８ Ｏ年 代 以来 ， 国外 的许 多科 研 机构 采 用机械 式反复加 载 的方 式对 裸置 管 道 的管 土 相互 作用 进 行深 入 研 究 ， 并
在 土工分 析 中 ， 接触 问题 多 是采 用 接触 面单 元 分 析 。接 触 面 单元 是 有 限
图 １ 冲 刷参 数示 意 图
元 计算 中用 以模 拟接触 面变形 的一种 特殊单 元 ， 用接 触 面单 元需 要预 先确定 哪些点 的位移 相 等 ， 采 但这 不能 精 确模拟 接触面 在变形 过程 中的实 际情况 ， 有一 定 的缺 陷 。因此 ， 在管 土相 互作 用 中 ， 于地 基基 础 上 的管 位
收 稿 日期 ： ０ ７０ —０ ２ ０ ３２
作 者 简介 ： 艳荣 （９ ３ ）女 ， 士 ， 师 ， 事 国 体 力 学 和 海洋 工程 研 究 。 任 １７一 ， 博 讲 从
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第 ２ ２卷 第 ４ 期
中 国
海
洋
平
台
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它的一 系列功 能可 以附加在 ＡＢ ＡＱＵｓ ｓａ ｄ ｒ ／ ｔｎ ａｄ上应 用 。其 目的是模拟 海 上结构 ， 例如 海洋石 油平 台 、 水 深
下 的升 降器和 管道 系统 。其 中某 些功 能包括 模拟 波浪 、 载荷 及浮 力 的影 响 。 风
另外 ， ＡＱ ＡＢ ＵＳ软件 为用 户提供 接 口 ， 允许 用户通 过 自定 义 的子 程序 定 制 ＡＢ ＡＱＵＳ 以实现 特 定 的功 ， 能 。例 如 ， 材料 的本 构 模 型 就 是 通 过 ｕ ｔ子 程 序 引 进 的 。在 本 文 中土 体 的非 线 性 弹性 模 型 （ ｕ ｃｎ— ｍａ Ｄ ｎａ
立 了管 土 系统 有 限 单 元模 型 。 海床 土 体 分 别 采 用 非 线 性 弹 性 模 型 、 多孔 弹性 模 型 、 ａ ｅｇ Ｒ ｍｂｒ ～ Ｏｓｏ ｄ塑 性模 型 。通 过 分 析 计 算 ， 到 了 管道 沉 降 量 与 管 重 间的 关 系 ， ｇｏ 得 以及 由 于 管道 沉 陷 而 形 面向生产 与研究 且应用 范 围广泛 的通用 有 限元计 算 程序 。其 主要 优 点是 具 有大 型 的单 元 库 和广泛 的求解 非线性 问题 的能力及 高效率 和高 级辅 助 系统 等 。例如 ， 对静 力 情 形 、 动力 问题 、 全耦 合应 完 力 问题 、Ｌ 孑 隙流 体流动和 多孑 介质变形 问题 ， Ｌ 重点 都放 在 自动增 量 方案 上 。程 序 能模 拟 近 海结 构 （ 括波 浪 包 荷载 ） 高 弹性 体 、 、 混凝 土结构等 。