基于ANSYS的静压桩贯入模拟
基于ANSYS的插齿机液体静压轴承模态分析
振型， 为振动 系统动 态设 计 及 故 障诊 断 提供 依 据 ， 同
下， 分析结 构 的固有频率 与振 型问题 就转化 为求解特
征值 与特征 向量 问题 。因此 ， 基本 振 动方 程式 （ ） １ 中
的 ［ ｛ （） 和 ｛ ｔ ｝ ｃ］ Ｕ ｝ Ｆ（） 均为 ０ 得 到 ： ， ［ ］ ／ ｝ ］ ｕ ｔ ｝ ０ ｛， ） ＋［ ｛（） ＝ ／ （ （） ２ 由于任何弹性体 的 自由振 动可 以分解为一 系列简 谐振动 的叠加 ， （ ） 设式 ２ 有如下形式 的简谐振 动解 ： ｛ （） Ｍ ｔ ｝＝ ｛ ￡ ｝ｉｇ ‰（） ｓ ｏ ｎｔ 将 式 （ ） 人式 （ ） ： ３代 ２得 （ Ｋ］一 Ｍ］ ｛。 ＝ ［ ｏ ｇ ［ ）Ⅱ｝ ０
五阶 固有频率及振型特征 ， 使整体结构在设计 中 尽量避免产 生共振和噪声 ， 高速插齿机样机 的试 制提供 参 为
考和依据。
关键 词： 液体静压轴承 ；模态分析 ；固有频率 ；共振
中图分类号 ：Ｈ１３３ Ｔ ３ ．
文献标 识码 ： Ａ
文章编号 ：０ ６— ４４ ２ １ ） １ Ｏ ９ ０ １０ ４ １ （ ００ Ｏ 一 ０ ４— ２
统支撑部件 ， 具有 刚度高 、 阻尼大 、 寿命 长 、 精度 高 、 制
基于ANSYS的空气静压轴承有限元分析
基于ANS YS 的空气静压轴承有限元分析李华川,苏 茜(广西机电职业技术学院,南宁 530007)摘要:采用ANSY S 对空气静压轴承的气膜压力分布进行研究,同时推算出轴承的承载能力和静刚度,为空气轴承式板形仪的结构设计和性能分析提供一定的理论依据。
关键词:空气静压轴承;AN S Y S ;气膜压力中图分类号:TH 133.33 文献标志码:B 文章编号:1000-3762(2010)09-0009-03F i nite E l e m ent Analysis on A erostatic Beari ngs Based on ANS YSLI H ua-chuan ,S U Q ian(Guangx iT echno l og ica l Co llege ofM achi nery and E lectr i c ity ,N ann i ng 530007,Ch i na)Abstrac t :The gas fil m pressure d i str i bu tion o f aerostatic bear i ng is analyzed by AN S Y S ,and the loadi ng capac it y and sta tic stiffness are ca l culated ,w hich prov i des a certa i n theo ries basis for the structure desi gn and character i stics analysis o f aero sta ti c bea ri ng flatness detecto r .K ey word s :aerostatic bearing ;AN SYS ;g as fil m press ure板形仪是应用于冷轧生产线上板形控制系统的一个关键部件。
空气轴承式板形仪主要由若干个空气静压轴承辊环组成。
ansys桩基础算例
1问题描述桩基础是桥梁工程中广泛应用的重要基础形式之一。
如果场地浅层土的承载力低，无法满足桥梁结构对地基变形和承载力的要求时，需要考虑采用柱基础。
此次课程设计模拟了混泥土桩基（摩擦型）在竖向均布荷载作用下的反应。
具体设计资料如下：1.1柱基础假定场地的软弱土层较厚，桩端达不到坚硬土层或岩层上，桩顶的荷载主要靠桩身与土体之间的摩擦力来支承，桩尖处土层反力很小，可以忽略不计。
桩身采用C20混泥土，混泥E=3.2×1010N/m2，混泥土密度2500 KG/m3，混泥土泊松比0.167。
土抗压弹性模量C1.2土体由于桩基对周围土体的影响随着深度和影响半径的增大而逐渐减小，因此土体按照有限E=2.6×108N/m2，土体密度体积来考虑。
假设桩身周围的土体均质，土体的抗压弹性模量C1900 KG/m3，土体的泊松比0.42，桩基与周围土体的摩擦系数取0.2。
1.3荷载状况桥跨上部结构传递下来的荷载简化成竖向均布荷载，直接作用于桩基础顶部，不考虑水平力和弯矩的影响。
竖向均布荷载设计值为50×104Pa。
2单元的选择2.1桩基础混凝土桩基础，采用SOLID45单元。
SOLID45单元是八节点三维实体单元,每一个节点具有三个自由度。
单元的几何形状、结点位置和单元坐标系如图1所示。
该单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化以及大变形大应变和模拟各向异性等功能,所以模型中的桩基础混凝土单元采用SOLID45实体单元。
图1 SOLID45单元2.2土体土体单元选择170，土体与桩基的接触单元选择173。
ANSYS中能用于岩土材料的模型只有DP模型。
DP模型是理想弹塑性模型，理想弹塑性即应力达到屈服极限以后，应力不再增大，但是应变会一直增大。
ANSYS中设定DP模型需要输入3个参数，粘聚力，内摩擦角，膨胀角，其中的膨胀角是用来控制体积膨胀的大小的。
在岩土工程中，一般密实的砂土和超强固结土在发生剪切的时候会出现体积膨胀，因为颗粒重新排列了；而一般的砂土或者正常固结的土体，只会发生剪缩。
ANSYS模拟报告支座类零件及结构静力模拟分析
《材料成形过程数值模拟》报告：ANSYS模拟报告支座零件建模及结构静力模拟分析报告1、问题描述上图为需要建立的模型的3D示意图，底座为150×400的矩形，有通孔的一边两个角有半径为7的倒角，底座上的通孔半径为40，主体为两块交叉的肋板和被支撑圆柱，主肋板为长300厚30的板块，副肋板宽120厚30，空心圆柱体内径为80外径为140。
圆柱体上有内径20外径40的小型瞳孔。
使用材料为Q235钢材，弹性模量为206000Mpa，泊松比0.3，密度为7840kg/M3,屈服强度为235Mpa。
固定底面和通孔不动，对大圆柱内表面施加30Mpa起扩张作用的载荷。
2、问题分析选用自顶向下建模的方式。
先做一个矩形块为底板，然后再建立一个板块，用矩形块减去板块。
然后对底板的两个角进行倒角操作，然后在底板上建立两个圆柱体，用底板减去圆柱通孔。
建立一个支撑肋板，再建立一块肋板。
变换坐标系，建立大空心圆柱体，利用平面划分将圆柱与肋板分开，然后进行减操作。
然后再建立一个半径为20的小圆柱体，用大空心圆柱体减去半径小的圆柱体达到打孔的目的。
将小块肋板延长，然后进行修整肋板操作。
最后将全部模型进行合并操作。
建模完成后划分有限单元格并设置单元尺寸，输入钢材的参数，确定约束条件，对模型大空心圆柱内表面施加30Mpa起扩张作用的载荷，通过软件对受力情况进行分析模拟并保存示意图。
3、模拟计算过程1.定义工作文件名和工作标题1）定义工作文件名：File | Change Jobname，输入文件名称，OK。
2）定义工作工作标题：File | Change Title，输入工作标题,OK。
3）重新显示：Plot | Replot2.显示工作平面1）显示工作平面：WorkPlane | Display Working Plane2）关闭三角坐标符号：PlotCtrls | Window controls | Window Options | Location of triad | Not shown3）显示工作平面移动和旋转工具栏：WorkPlane | Offset WP by Increments,把角度degrees 调整到90°，然后通过旋转X,Y,Z轴来建立，X轴在前，Y轴在右，Z轴在上的右手坐标系。
桥梁常见桩基础形式的ANSYS仿真分析
最终 都是 体现在 单桩 的内力 和变形上 。对 于单 桩可
以采用 ｂ ｅ ａ ｍ 系列单 元模 拟 。就 平 面分 析 法 的单 桩 而言 ， 最简 单 地 可采 用 ｂ ｅ ａ ｍ３ 、 单元 或 者 ｂ ｅ ａ ｍ５ ４单
手算 方 法 多 采用 线 弹 性地 基 反 力法 ， 当基 桩 挠
整体 、 共 同承 受 动 静 荷 载 的一 种 深 基 础 ， 是 高 层 建
筑、 桥 梁 等重要 建筑 物 工 程 中被 广 泛 采用 的基 础 形 式 。桩基 础在 本 质 上 相 当 于 一 个 竖 立 的 弹性 地 基 梁， 只是地基 系 数 随深 度 变 化 。规 范 算 法不 仅 非 常
繁琐 ， 而且 对空 间群桩 效应 的计 算无法 直接 完成 ， 往 往转 化为平 面 问题 并进 行一 系列 的近 似或 者简化 。
结 构 的有 限元 理论 从 ２ Ｏ世 纪 ５ ０年代 主要应 用 于航 空工程 中飞 机结 构 的矩 阵分 析 发 展 至今 ， 应 用 领 域得 到 了广泛 的拓展 Ｌ １ ］ 。 日益完善 的有 限元 计算 理论对 计算 实现 方法 的要 求 越来 越 高 ，计算 方法 ， 主要 有极 限地基 反 力
法（ 包括 恩格 尔一 物部法 、 雷斯 法 、 冈部法 、 斯奈 特科
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － １ １ － ２ ６ 作者简介 ： 李 道工程设计工作 磊（ １ ９ ８ ５ 一） ， 男， 助理工程师， 主要 从 事 桥 梁 与 隧 ｌ ｉ ｌ ｅ ｉ ｈ ａ ｈ ａ ２ ０ ０ ２ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
桩基 础是 指通过 承 台把若 干根桩 的顶 部连接 成
法、 布 罗姆斯 法 和挠度 曲线法 ） 、 弹性地 基反 力法 （ 包 括 张 氏法 、 ｋ法 、 ｍ法 、 ｃ 法 和 幂级 数 通 解 法 、 非 线 弹 性 地基 反力法 ） 、 复 合 地 基反 力 法 （ 弹 塑性 区采 用 不 同分布 规律 ， 即 曲线法 ） 和 弹性理 论法 四大类 。
ANSYS中两种模拟桩土共同作用的方法及对比
ANSYS中两种模拟桩土共同作用的方法及对比作者：孙浩马孟启来源：《科学与财富》2011年第01期[摘要] ANSYS中模拟桩土共同作用的常用方法有两种，分别是运用接触问题模拟和运用弹簧单元模拟，本文介绍了这两种模拟方法，并通过一个工程实例作了对比。
[关键词] 非线性共同作用接触问题弹簧单元1、桩土共同作用常用的两种模拟方法在桥梁结构的整体计算中，有时候在荷载作用下的变位是必须考虑的。
桥梁的基础以桩基最常见，模拟桩土作用的方法大致有两种：一是将桩、承台和土甚至上部结构整体建模，土看成弹塑性材料，用适用于D-P材料的solid45模拟，桩、承台和土间用接触单元连接；二是将土看成弹簧，用弹簧或者LINK单元模拟。
第二种方法又可以分为两类，一类是算出整个桩基在土面处的水平、竖向和转动刚度，然后直接在土面处施加弹簧单元，这样就没有桩了；二类是将一定厚度的土层的刚度系数计算出来，然后再这层土的中间处施加弹簧，这时可以用梁单元模拟桩，但单元的抗弯刚度取实际值的0.8倍。
2、用D-P材料模拟2.1接触问题的基本常识此方法主要运用到接触问题，接触问题是一种高度非线性行为，它存在两大难点：其一，在求解问题之前，不知道接触区域，表面之间是接触或分开是未知的、突然变化的，这些随载荷、材料边界条件和其他因素而定；其二，大多数的接触问题需要计算摩擦，有几种摩擦的模型可供挑选，它们都是非线性的，摩擦使问题的收敛性变得困难。
接触问题分为两个基本类型：刚体-柔体的接触和柔体-柔体接触。
ANSYS支持三种接触方式：点-点、点-面和面-面。
每种接触方式使用的接触单元适用于某类问题。
2.2运用接触问题模拟桩土作用的方法桩土的共同作用属于面-面接触问题。
在模拟桩土作用这样的3D的接触单元中，ANSYS 支持刚体-柔体的面-面接触单元，刚性面被当作“目标”面，分别用Target169和Target170来模拟2-D和3-D的“目标”面，柔性体的表面被当作“接触”面，用Conta171、Conta172、Conta173、Conta174来模拟。
静压桩压入过程的现场试验和数值模拟_周俊鹏
Abstract： In order to study the mechanism and bearing characters of static pressure pile in the process of pile driving mechanics，through the test and load test，static pressure pile under the premise of the introduction of sliding friction coefficient deduced the relationship between bearing capacity and final pressure，and static pressure under different loads under the bearing capacity of the pile and the relationship of the force that press a pile were analyzed ； Static pressure pile in collapsible loess area in the construction process of bearing characteristics of pile driving mechanism was studied ，and it is concluded that pile of static pressure pile is in unsaturated loess characteristics； Finite element calculation value was compared with the actual monitoring results，and the two were closer，and the trend of the development and change of consistent can show the results of finite element analysis for future reference and reference for the engineering design and construction． Key words： jacked pile； pile jacking pressure； resistance at pile end ； static load test； numerical modelling
(2020年整理)ANSYS模拟报告 支座类零件及结构静力模拟分析.doc
4.支座底板倒角操作
1）面倒角：Preprocessor | Modeling | Create | Areas | Area Fillet，然后用鼠标选择两个相交的平面，回车确定，在曲面半径输入40，回车。之后对另外两面重复操作，得到图片的样子。
7.在肋板上建立空心圆柱
1）平移工作平面：WorkPlane | Offset WP by Increments,在上部的框中输入-22，200，240。
2）旋转ZX工作平面：WorkPlane | Offset WP by Increments,在下部的框中输入0，0，90。
3）生成空心圆柱体：Preprocessor | Modeling | Create | Volumes | Cylinder | solid Cylinder
2）体用倒角面分开：Preprocessor | Modeling | Operate | Booleans | Divide | Volumes by area，先选中整个矩形块，回车确认，在依次选中两个倒角面，确认。
3）体删除操作：Preprocessor | Modeling | Delete | Volume and Below，依次选中两个个角，确认，
输入WP X=110，WPY=360，半径20，高度50，OK。
3）体相减操作：Preprocessor | Modeling | Operate | Booleans | Subtract | Volumes，先选择被减的基体，OK。再选择两个要减去的圆柱体，OK。
静压导轨实验平台搭建与仿真分析
毕业设计（论文）题目：静压导轨实验平台搭建与仿真分析学生姓名：学号：学部（系）：机械与电气工程学部专业年级： 09机械设计制造及其自动化指导教师：职称或学位：教授2013年4月10日目录摘要 (3)关键词 (3)Abstract (3)Key Words (4)前言 (4)1. 静压导轨简介 (5)1.1 静压导轨工作原理 (5)1.2 静压导轨优缺点 (7)1.3 静压导轨供油方式 (8)1.3.1 定压供油 (8)1.3.2定量供油 (9)2. 静压导轨受力分析 (10)3. 静压导轨结构设计 (17)3.1 结构设计 (17)3.1.1 油腔结构设计 (17)3.1.2 导轨结构设计 (19)3.2 供油系统设计 (21)4. 静压导轨动力学性能分析 (23)4.1 建模过程 (23)4.1.1 在Proe4.0中建立静压导轨模型 (23)4.1.2 将Proe中建好的模型导入Ansys中 (27)4.2 分析过程 (28)结束语 (34)参考文献 (35)致谢 (36)静压导轨实验平台搭建与仿真分析摘要在制造技术飞速发展的今天，机械工业正向大型化、高速重载、高精度，以及高性能化的方向发展。
人们对机加工产品的质量和精度方面要求也越来越高，对加工产品的机床精度要求也日益提高。
由于液体静压导轨具有高精度、高刚度、高寿命等优点，因此广泛应用于数控机床领域。
本文首先介绍了静压导轨工作基本原理，然后利用Ansys进行静压导轨实验平台的搭建，其中包括静压导轨结构设计和静压导轨供油系统设计，并进行了仿真分析。
关键词：静压导轨；Ansys；结构设计；供油系统设计；仿真分析Built an experiment platform of the Hydrostatic guideway and make a simulated analysisAbstractIn the present,with the rapid development of manufacturing tech-nology,machinery industry forward large,high speed,high precision and performance oriented direction.People on the machining quality and Precision requirements have become more sophisticated,précis machine tools for processing the product requirements are increasing. With advantages of high accuracy, large rigidity and longlife as well as low attrition, the hydrostatic guideway is widely used in the field of CNC machine tools.This article first introduces the basic principle of the hydrostatic guideway,then using Ansys to built an experiment platform of the hydrostatic guideway, including design the structure of the hydrostatic guideway and the oil supply system of the hydrostatic guideway,and perform a simulation about the hydrostatic guideway.Key Words: hydrostatic guideway;Ansys;The structure design；Design of oil supply system;Simulation前言未来全球的机床发展趋势将会是高速化，超精密，纳米化和信息化，同时生态环保的理念也会逐渐普及在新一代机床设计上。
基于ansys workbench的水压压力试验装置的静力学分析
算ꎬ利用 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 软件建立压力容器的三维模型ꎬ采用有限元设计方法( ＦＥＡ) ꎬ使用 Ａｎｓｙｓ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ 软件进行静力
学分析ꎬ验证了该试验装置的安全性和可行性ꎬ为组合式的水压压力容器的设计提供了思路和校验依据ꎮ
关键词:水压压力试验装置ꎻ压力容器ꎻ设计校核ꎻ静力学分析
AnsysWorkbench静力场仿真教程
Ansys静力场仿真12-1mechanical界面介绍静力场仿真static structural材料设置模型设置网格设置，边界条件设置，即包含了Mesh 同时还有边界条件求解A 代表分析系统A静态分析模块Mechanical 界面多物理场模块3D solid实体有3个平动自由度和一个温度自由度2D solid有2个平动自由度UX、UY和一个温度自由度Surface 内部调用shell单元，6自由度Line 内部调用beam单元，6自由度Part和bodyBody数大于等于part不明白各种类型之间的区别！12-32D齿轮齿条实例沿轴向方向界面截面形状都是一样的，所以可以取一个界面进行应力应变分析。
即将三维模型转换为二维实体模型进行仿真。
厚度12mm 推力2500N注意，二维实体不是壳体。
在属性设置中要注意。
点击Geometry ，先别导入模型，在右侧的属性栏里先设置分析类型Analysis Type 为2D ，一定要在导入前设置，导入后就改不了了。
属性窗口在这打开先将单位设置一下，设为mm,kg.单位在各个模块之间是相互独立的，需要单独设置，但是会默认转换计算。
双击Model进行网格划分和前处理在这可以设置显示方法，阴影加线框、阴影、线框。
对齿轮和齿条的属性进行设置，厚度Thickness 默认为100mm ，都设为12mm。
点击Geometry ，在这可以设置2D 行为模式。
默认为模拟平面应力Planes Stress 。
这里我们就选平面应力。
模拟平面应力模拟平面应变模拟轴对称、中心对称模拟广义平面应变在坐标系Coordinate Systems处可以设置、添加坐标系，这里用不到，不进行设置。
在连接Connections处可以添加连接副、接触副。
这里有一个接触区域Contats Region，在相接触的地方他会自动添加一个接触区域，接触区域可以定义不同的接触类型，接触类型不同，两零件的相互作用就不同。
基于LS-DYNA对静压单桩沉桩过程的数值模拟
基于LS-DYNA对静压单桩沉桩过程的数值模拟静压桩由于其沉桩过程振动少、噪音小、对施工场地污染少、桩身质量有保障且施工工期短等优点,在基础工程建设中的应用日益广泛。
但静压桩属于挤土桩,在沉桩施工过程中,土体在桩体剧烈的贯入作用下会产生严重的挤土效应,这就会给周边环境、桩基质量以及桩基后期承载力等带来许多不利的影响。
因此,研究静压沉桩过程对桩周土体的挤压效应具有非常重要的意义。
本文基于有限元软件LS-DYNA,根据静压桩的实际施工情况,建立了可以考虑土体的大变形、土体剪胀性质、土体初始重力场、桩土界面摩擦等情况下的三维实体桩土系统模型,通过运用多物质ALE流固耦合法和位移加载法成功实现了静压桩的连续贯入模拟,得到了整个沉桩过程中沉桩阻力及桩周土体应力、应变的变化规律。
主要包括以下内容:(1)首先简单介绍了有限元软件LS-DYNA的发展以及建模分析流程,然后对在LS-DYNA中实现静压沉桩数值模拟需要注意的几项关键事项及解决方法进行了介绍,如土体大变形处理、土体本构模型和参数的选取、土体初始应力场的施加以及桩土之间耦合设置等。
(2)针对静压实心桩挤土效应问题,首先从机理上对静压桩的沉桩特性以及沉桩阻力变化规律进行了阐述;然后利用有限元软件LS-DYNA对静压实心桩沉桩的全过程进行了数值模拟,并对模拟所得的土体内部应力、应变、土体表面位移以及沉桩阻力变化规律进行了详细分析,最后系统探讨了桩头锥角、桩土摩擦系数以及土层分层性状对实心桩沉桩挤土效应的影响。
(3)针对空心管桩沉桩挤土效应问题,首先从机理上对静压开口管桩形成土塞效应进行了分析;然后利用有限元软件LS-DYNA对静压开口管桩沉桩的全过程进行了数值模拟,结果表明,LS-DYNA能够模拟出开口管桩从沉桩开始到形成土塞并最终呈现完全闭塞性态的整个过程,研究发现在沉桩相同深度处,桩内土体应力远大于桩外土体应力,这是导致土塞形成的主要原因。
最后系统探讨了桩靴形状、管桩截面尺寸、桩土摩擦系数以及层状土分布对静压开口管桩土塞高度和沉桩阻力的影响。
基于ANSYS模拟素混凝土柱受压
基于ANSYS模拟素混凝土柱受压摘要:利用ANSYS模拟混凝土圆柱受压时,由于混凝土的多向性因素,往往会造成计算不收敛的情况,在利用soild65来模拟混凝土圆柱时,通常在计算时会碰到混凝土开裂及压碎的情况,本文旨在讨论在分析圆柱受压时,圆柱裂缝的开展与ANSYS的各项参数的相互影响情况,为混凝土圆柱的非线性模拟提供可靠的参数设置依据。
关键词:ANSYS裂缝混凝土柱前言:混凝土结构在土木工程中运用的最为广泛,随着电子计算机的发展,有限元等现代数值分析方法在工程分析中得到了越来越广泛的运用,尤其在是在混凝土结构运用当中,通过有限元的模拟,我们可以知道大量的诸如位移,应力,应变,这些模拟为我们构建材料的本构关系提供了数据基础,节省许多人力物力,增加工程的经济效益有着重要的意义。
一、研究基础ANSYS为混凝土、岩石的研究专门提供了solid65单元,这种单元所模拟的材料主要特性是其抗拉能力远大于抗拉能力,并且材料还是非均匀的[1], Solid65单元二、本构模型及其破坏准则ANSYS所提供的solid65单元主要模拟的是混凝土受拉所产生的裂缝,和受压所产生的压碎现象,在模拟的开始,我们要首先通过输入数据得到一段应力应变曲线,若用户不指定Solid 65 的本构关系,ANSYS 采用缺省的线弹性本构关系,即混凝土开裂和压碎前应力应变关系均为线性. 若使用弹塑性本构关系,主要使用等强硬化(Multilinear Isotropic Hardening) 模型,其包含相适应的米泽斯(Mises) 屈服准则,输入的单轴应力应变关系曲线,且取峰值应变εc ,0 =0.0020 ,极限应变εu = 0. 0033破坏准则主要采用William2Warnke 5 参数破坏准,需要设置9个参数:1、张开裂缝的剪切传递系数2.闭合裂缝的剪切传递系数3.单轴抗拉强度4.单轴抗压强度5.双轴抗压强度6.在上述静水压力下的双轴抗压强度7.在上述静水压力下的单轴抗压强度8.材料拉裂后的应力释放因子三、建立有限元模型根据《普通混凝土力学性能试验方法》,本文选用普通标准混凝土圆柱试件进行模拟,分别要设定混凝土圆柱的弹性模量,单轴抗拉及单轴抗拉应力,根据经验公式设定本构曲线。
静压桩连续贯入的工程实测与数值模拟分析
静压桩连续贯入的工程实测与数值模拟分析随着我国经济的不断增强,城市发展的脚步不断加速,同时人们的环境意识不断增强,因此静力压桩的技术以其污染小、成桩质量高、自动化程度高、震动小等诸多优点被越来越广泛的应用,特别是在市区人口密集或对震动有特殊要求的区域应用最为普遍。
本文通过理论分析、工程实测以及有限元数值模拟,对静压桩的沉桩阻力、承载力时间效应、连续贯入模拟关键问题等进行了研究分析,为以后的工程应用以及更全面深入的分析提供了一定的的参考依据。
本文主要内容如下:(1)充分利用国内外已有研究成果,阐述了静压桩的沉桩机理,以及不同土层中的沉桩特性。
结合上海工程现场沉桩阻力实测数据绘制的曲线,对上海地区静压桩的沉桩阻力规律进行了分析研究。
(2)在工程地质勘察中,仍存在较多地区采用单桥静力触探测试方法,因此利用单桥静力触探Ps(比贯入阻力)值,对静压桩的沉桩阻力进行估算分析仍有一定的实际意义。
以实际工程为背景进行了分析计算,估算结果与实测结果除在20 m~30 m深度范围内吻合较差,其它深度范围内吻合度较好。
(3)土的固结效应、触变恢复效应以及土壳效应是引起静压桩承载力随时间而提高的主要因素。
本文阐述了承载力时效性的主要影响因素,并运用数个工程获取的隔时复压试验实测数据,对不同土层分布条件下静压桩的承载力时效性进行了对比分析,划分承载力时效性为三个阶段,且时效性主要表现在前两个阶段;采用FBG光纤传感器技术配合隔时复压试验方法,对静压桩的单位桩侧摩阻力进行测试,论证了黏性土的时效性比粉性土的更加明显。
(4)本文利用大型有限元分析软件ABAQUS平台,对上海某工程静压桩进行了连续贯入数值模拟分析。
通过对特定分析步中位移边界条件的改变,使位移贯入法的理念得以实现,本构模型选用M-C模型,并进行初始地应力的平衡,采用非对称求解器计算方法,并对网格划分密度进行多次尝试,最终模拟结果收敛效果良好。
对桩体在不同贯入深度的径向应力、竖向应力以及桩周土的径向位移进行分析,并通过截面定义的方法将沉桩阻力输出与实测数据进行了对比分析。
基于ANSYS软件模拟桩的挤入过程
第27卷第6期 岩 土 力 学 V ol.27 No.6 2006年6月 Rock and Soil Mechanics Jun. 2006收稿日期：2004-09-08作者简介：唐世栋，男，1952年生，博士，副教授，从事岩土工程教学和研究工作。
文章编号：1000－7598－(2006) 06―0973―04基于ANSYS 软件模拟桩的挤入过程唐世栋，李 阳（同济大学 地下建筑与工程系，上海 200092）摘 要：基于ANSYS 软件分析了桩土之间的相互作用，模拟了桩打入时土中的应力、应变情况。
通过结合ANSYS 中的接触分析和生死单元，以DP 材料来模拟土体，采用循环命令的方式来分析桩土接触时复杂的应力状态。
模拟结果得到了圆孔扩张理论和极限平衡法的验证。
关 键 词：ANSYS ；桩；桩土作用；Drucker-Prager 屈服准则 中图分类号：O 245 TU 473.1+2 文献标识码：AAnalysis of a driven pile by ANSYSTANG Shi-dong, LI Yang(Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China)Abstract: The interaction of soil and pile is analyzed by ANSYS; and the state of stress and strain in the soil after the pile was driven in is simulated. By combining the contact analysis with birth - death element of ANSYS, and proposed the soil material comply with the Drucker-Prager criterion, the circulation command is used to analyze complicated soil stress state. These results are verified by limit equilibrium method and theory of expansion of a cavity.Key words: ANSYS; pile; interaction of soil and pile; Drucker-Prager criterion1 概 述挤土桩在打入的过程中，对周围土体的挤密会使地表隆起、桩侧产生位移应力分区、桩尖下形成应力泡等现象[1]。
黏土地基静压桩贯入机制模型试验与数值仿真
黏土地基静压桩贯入机制模型试验与数值仿真桑松魁;张明义;白晓宇;王永洪;牟洋洋;陈小钰【摘要】结合ABAQUS有限元软件具有处理大变形和非线性问题的优势,考虑到土体的弹塑性本构关系、桩—土的接触类型以及土体初始应力的影响,并采用位移贯入法和Mohr-Coulomb准则,建立了静压桩位移贯入土体的有限元模型,实现了桩体的连续贯入,探讨了沉桩过程中桩周土的土中应力以及桩—土界面孔隙水压力随贯入深度的变化规律,明确了沉桩过程中的挤土效应,并将模拟结果与室内模型试验结果进行比较,发现二者的吻合度较高.研究结果可为静压桩的设计与施工提供参考.【期刊名称】《广西大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(043)004【总页数】10页(P1499-1508)【关键词】数值模拟;静压桩;土中应力;孔隙水压力;室内模型试验;饱和黏性土【作者】桑松魁;张明义;白晓宇;王永洪;牟洋洋;陈小钰【作者单位】青岛理工大学土木工程学院,山东青岛 266033;青岛理工大学土木工程学院,山东青岛 266033;青岛理工大学土木工程学院,山东青岛 266033;青岛理工大学土木工程学院,山东青岛 266033;青岛理工大学土木工程学院,山东青岛266033;青岛理工大学土木工程学院,山东青岛 266033【正文语种】中文【中图分类】TU4730 引言随着计算机性能的不断提高以及各种模拟软件的不断研发，数值模拟计算也被公认是一种非常有效的工程计算方法，诸多学者将其运用到静压桩的研究中[1-5]。
它能够全面地反应沉桩过程中土体所产生的土中应力、土体位移以及沉桩阻力和土体中的孔隙水压力，能够有效地反应沉桩机理和挤土效应[6-7]。
目前已有不少学者对静压桩的沉桩过程进行数值模拟研究。
Chopra等[8]采用Update Lagragian 有限单元计算方法，将沉桩行为以桩端土逐渐裂开的行为来模拟，得出了沉桩过程中瞬时和长期固结效应后土中孔隙水压力场和有效应力场的变化规律和分布状态。
ANSYS桩基础算例
ANSYS桩基础算例桩基础由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。
若桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触，则称为低承台桩基；若桩身上部露出地面而承台底位于地面以上，则称为高承台桩基。
建筑桩基通常为低承台桩基础。
高层建筑中，桩基础应用广泛。
一般工程结构都是由地基、基础和上部结构组成。
上部结构可以是桥梁或房屋建筑物等，基础起着将上部结构荷载传入地基和将地震荷载传给上部结构的连接作用。
算例:桥梁桩基础的静力分析问题问题描述：承台全桩基础断面尺寸为8.5m某8.5m，如图1所示。
其中，承台厚3m，全桩长32m，采用4根直径为2m的钻孔灌注桩，桩基础混凝土全部采用C30混凝土，弹性模量E3104MPa，泊松比μ=0.2，质量密度为2500kg/m3，地基土的水平抗力系数的比例系数m=25000kN,Q=3000kN和M=6000kN·m。
300NMQ地面线或局部冲刷线2003000地面线或局部冲刷线30000m10000kN/m4图2解题思路：1.计算桩柱的等效集中弹簧刚度Ki按照规范，地基土堆桩柱侧面的地基系数随深度y成正比例增长，即C=my（m是“m”法的地基系数），故可先从覆盖层顶面（冲刷线）向下绘出地基系数图，如图2所示。
本例将桩柱全长等分为15段，各中间集中弹簧的刚度可按下式计算：Kib1mzi顶部集中弹簧的刚度为：K00b1式中：b1——桩的计算宽度；kN/m4；m——比例系数，本例中取m10000——节段长度；zi——自地面至第i集中弹簧的距离；0——0#集中弹簧在其一侧/2长度内的地基系数分布图面积。
各集中弹簧刚度值如表1所示。
表1各集中弹簧刚度值集中弹簧01234567891011121314zi/m0246810121416182022242628m/kN/m410000100 0010000100001000010000100001000010000100001000010000100001000010 000b1/m4.4284.4284.4284.4284.4284.4284.4284.4284.4284.4284.4284. 4284.4284.4284.428/m222222222222222Ki/kN/m4221401771203542405313 6070848088560010627201239840141696015940801771200194832021254402 30256024796802.建立有限元模型桩基础算例tm1412SECTYPE,2,BEAM,CSOLID$SECDATA,1,16,4!某定义基桩截面定义基础截面类型，即2号实心圆柱截面，数据尺寸：1,16,4。
ANSYS静力学分析APDL建模实例-应力集中
计算分析模型如图所示, 习题文件名: scf材料参数：E=205GPa, v = 0.3力载：4500N注意单位的一致性：使用N, mm, MPa单位制建模教程在ANSYS工作文件夹内新建“stress concentration factor”目录，以存放模型文件。
注意定期保存文件，注意不可误操作，一旦误操作，不可撤销。
1.1 进入ANSYS开始→程序→ANSYS 14.5→Mechanical APDL Product Launcher14.5→然后在弹出的启动界面输入相应的working directory及文件名scf如通过Mechanical APDL 14.5进入，则进入预设的working directoryworking directory必须设置在电脑最后一个分区（因为教学用电脑只有最后一个分区不受系统保护）至此ANSYS静力学分析模块启动，ANSYS在“stress concentration factor”目录下自动创建了.log、.err等必要的文件。
2.2设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences →select Struc tural → OK2.3选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4 node 182 →OK (back to Element Types window)→Options… →select K3: Plane Strs w/thk →OK→Close (the Element Type window)2.4定义实常数ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants →Add/Edit/Delete →Add →OK→THK 1.2 →OK2.5定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear→Elastic→Isotropic→input EX:205e3, PRXY:0.3→ OK2.6生成几何模型✓生成特征点（8个）ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入四个点的坐标：input:1(0,0,0) ,2(75,0,0) ,3(75,4.5,0) ,4(120,4.5,0) ,5(120,19.5,0),6(75, 19.5,0) ,7(75, 24,0) ,8(0, 24,0)→Apply/OK（开始点Apply，最后一个点OK）Tips：如何用ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →On Working Plane →又该如何操作才能生成同样的点？？✓直线（8条）ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →Lines →Straight Lines→跳出对话框，用鼠标（左键）依次选择点1、2生成直线1，依次类推生成直线2-8。
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基于ANSYS的静压桩沉桩贯入数值模拟分析
3.1 ANSYS接触分析过程
在一个完整的工程分析中，应有对工程进行有限元模拟的整套方案，包括目标、各种分析因素的考虑、分析手段的选择等。
在建立物理模型的基础上，借助ANYSS这个工具，可以方便的转化成数学模型，然后求解分析。
ANSYS分析的主要步骤:创建有限元模型(创建几何模型;划分网格);施加荷载进行求解(施加荷载及荷载选项;设定约束条件，求解);查看结果(查看分析结果;检验分析结构是否正确)。
接触问题是一种高度非线性行为，需要较大的计算资源，为了进行实为有效的计算，理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。
接触问题存在两个较大的难点:其一，在求解问题之前，不知道接触区域，表面之间是接触或分开是未知的，突然变化的，这随载荷、材料、边界条件和其它因素而定;其二，大多的接触问题需要计算摩擦，有几种摩擦模型供选择，它们都是非线性的，摩擦使问题的收敛性变得困难。
3.1.1一般接触类型
接触问题分为两种基本类型:刚体-柔体的接触,在刚体-柔体的接触问题中，接触面的一个或多个被当作刚体(与它接触的变形体相比，有大得多的刚度)，一般情况下，一种软材料和一种硬材料接触时，问题可以被假定为刚体-柔体的接触，显然桩贯入土中的问题归为此类接触，另一类，柔体-柔体的接触，是一种更普遍的类型，在这种情况下，两个接触体都是变形体(有近似的刚度)。
为了给接触问题建模，首先必须认识到模型中的哪些部分可能会相互接触，如果相互作用的其中之一是一点，模型的对立应组元是一个结点。
如果相互作用的其中之一是一个面，模型的对应组元是单元。
桩土接触显然是面-面接触问题。
3.1.2面-面接触单元
Ansys支持刚体-柔体的面-面的接触单元，刚性面被当作“目标”面，分别用Target169和Target17O来模拟2-D和3-D的“目标”面，柔性体的表面被当作，“接触”面，用Contat171，Contat172，Contat173，Contat174来模拟。
一个目标单元和一个接单元叫做一个“接触对”程序通过一个共享的实常号来识别“接触对”，为了建立一个“接触对”必须给目标单元和接触单元指定相同的实常数号。
3.1.3面-面的接触分析
在涉及到两个边界的接触问题中，很自然把一个边界作为“目标”面而把另一个作为“接触”面，对刚体-柔体的接触，“目标”面总是刚性的，“接触”面总是柔性面，这两个面合起来叫做“接触对”使用Targol69和Cnotal71或Conta172来定义2-D接触对，使用Targe170和Conta173或Conta174来定义3-D 接触对，程序通过相同的实常数号来识别“接触对”。
典型的面一面接触分析的基本步骤列示如下:
①建立模型，并划分网格
②识别接触对
③定义刚性目标面
④定义柔性接触面
⑤设置单元关键字和实常数
⑥定义/控制刚性目标面的运动
⑦给定必须的边界条件
⑧定义求解选项和载荷步
⑨求解接触问题
⑩查看结果
3.2 土体模型选择
DP材料是一种适用于混凝土、岩石和土等颗粒状的材料。
在ANSYS程序中，DP材料选项使用Drucker-Prager屈服准则，其流动准则既可以使用相关联流动准则，也可以使用不相关联流动准则，其屈服面并不随材料的逐渐屈服而改变，因此没有强化准则，然而其屈服强度随着侧限压力(静水压力)的增加而相应增加，其塑性行为被假定为理想弹塑性，另外，这种材料考虑了由于屈服引起的体积膨胀。
DP材料选项的数据表中，需要输入三个参数即粘聚力c，内摩擦角ϕ和膨胀ϕ,膨胀角方用来控制体积膨胀的大小，一般取0。
角
f
3.3计算实例
选择某层状土地基作为试验场地，在该场地进行土性指标试验(结果见表3.1)。
7
10.8
15.2
19.6
27.8
3.4有限元模型的建立及计算结果
3.4.1位移贯入法
如图3.1所示，可以采用以下三种计算方式来模拟桩的贯入:
(1)在桩顶直接施加压力，使桩向下贯入(沉降)某一距离，但贯入的距离较小且不易预先确定，如图 3.1(a)所示。
此种计算相当于将桩的荷载加至破坏、使桩产生贯入的静荷载试验。
因假定土体为弹塑性材料，加荷过大(超过破坏值)会导致计算异常，而加荷太小又不能产生塑性应变和贯入，故要通过试算确定合适的桩顶压力F。
(2)孔扩张方式。
如图3.1(b)所示。
这是大多数静压桩挤土有限元计算所采用的图式。
把静压桩的贯入看成圆柱形孔扩张。
用有限元计算时，需分段(工况)计算。
(3)在不同深度上直接贯入，如图3.1(c)所示，桩贯入的深度为S。
在本计算方式中，桩顶不需要施加外力，桩的贯入是依靠对在桩顶施加的位移边界条件实现的。
这实质上是使桩产生向下的运动，该运动对桩周土的作用，视为与桩顶施加外力时一样，故可称作“位移贯入法”。
桩侧表面与土之间则采用滑动接触摩擦模式，并采用非线性大变形算法。
计算中，将桩预置在一定深度上，然后令其贯入，向下贯入的距离15-20cm。
这样大的距离完成后，桩端周围土的受力状况与桩连续贯入到该深度时相似。
(a)
(c)图3.1 模拟桩贯入的三种方式
3.4.2建模过程
采用ANSYS11.0版本计算，与其他分析步骤相比，建立有限元的ANSYS模型需要花费更多的时间。
首先要创建几何模型，其次要定义材料属性，最后是划分单元网格。
静力压桩受力问题是空间轴对称的，可化为平面问题，并可进一步利用对称性取半根桩及桩周土体创建ANSYS计算所需要的实体几何模型。
为了使模拟显示更具有仿真效果，文中的计算仍采用整根桩平面。
计算模型水平方向取14m，竖向取15.4m，土体两侧设置X方向自由度为零，底面设置Y方向自由度为零。
土体采用Drucker- Prager本构模型，桩体假定为自由度刚体。
对桩和土均采用PLANE42单元，它是一种4结点8自由度的单元，结点的自由度为UX、UY，并且具有处理塑性、大变形、大应变的功能。
使用Targel69单元模拟目标面，Conta172单元模拟接触面，接触面算法采用扩展的拉格朗日乘子法。
创建几何模型后，选用ANSYS高效的智能网格划分。
加载包括加力或加约束。
加载操
作非常容易，可以在实体模型图形上直接拾取。
对于静力压桩问题，在本步中规定位移边界条件，从而实现桩的贯入。
对非线性大变形问题，求解前要定义求解选项。
包括定义分析类型、选择求解器、指定荷载步和平衡迭代的次数、定义用户收敛准则等。
本计算选择大变形静力分析，打开大应变选项，使用非线性的牛顿-拉普森方法。
ANSYS程序的后处理器功能强大，可以读取数据结果或绘制图形结果，图形结果还可以动画显示，非常适合静压桩贯入模拟仿真的要求。
在计算及分析结果的内容方面，包括变形后的形状显示，应力、应变等值线图(云图)和矢量图显示。
3.4.3计算结果与分析
图3.2 水平方向应力
沉桩使桩上部周围的土体内的水平应力增大，出现挤土现象；在桩的尖锥体稍上的局部土体内出现水平拉应力;在桩尖的两侧水平应力增大；再向下则出现了灯泡状的水平应力减小区域，该水平应力的减小使进一步贯入成为可能。
桩尖锥体上部两侧土体内拉应力的出现主要是因为桩尖下沉贯入造成的，使得其下的土体连带下沉，贯入时产生拉应力。
图3.3 竖直方向应力
沉桩使桩尖以下的伞形区域土体内的竖向应力增大;而在桩尖以上的部分桩侧土体内的竖向应力减小。
图3.4 竖直方向应变
图3.5 应变路径法计算竖直方向应变
图3.6 桩端土竖向塑性应变
按位移贯入法计算，塑性应变均产生在桩尖周围，除去桩尖附近的桩侧土中并没有塑性应变。
实质上，在历时较短的连续贯入情形下，桩端的塑性区一旦发生，便在压桩过程中一直存在下去，连续不断地形成围绕整个桩身地塑性区。
所以，可以用桩在不同深度上的塑性区迭加求得沉桩产生的整体塑性区。