GTS NX主要分析功能介绍
01_MIDAS GTS NX分析手册简介
Table 1.3.2 Files created during numerical analysis
File name InputName.DASM#.bin InputName.FACT#.bin#
InputName.EIGS#.bin#
InputName.MSTO#.bin
Point of creation/Content Generation, finite element related information for all analyses Generation, matrix information when selecting the multi frontal method Lancoz resampling information when selecting eigenvalue analysis Large scale matrix, vector related information internally recorded in the disk
Section 1. Overview | 1
ANALYSIS REFERENCE
Chapter 1. Introduction
This manual is mainly composed of theoretical and technical information that make up the base of detailed analysis for the effective usage of the GTS NX program. The contents of each chapter are as follows:
The temporary files created during the analysis process of GTS NX and their content are as follows.
midas gts NX分析工况
利用施工阶段分析可以模拟岩土的施工过程。施工阶段分析由多个施工阶段构成，可以 按各阶段激活或钝化荷载、边界条件或单元，这种荷载、边界或单元的变化适用于任一阶 段。在GTS NX中，可以使用如下多种分析功能进行施工阶段分析。 应力－边坡分析 施工阶段过程中的应力分析及边坡稳定分析。 渗流分析 按施工阶段的稳定流及瞬态流分析。 应力－渗流－边坡耦合分析 施工过程中进行渗流-应力耦合及边坡稳定分析。 固结分析 对施工阶段中堆土及环境变化的固结分析。 完全应力－渗流耦合分析 考虑非稳定渗流的完全应力- 渗流耦合分析。
file://C:\Users\002702\AppData\Local\Temp\~hhB27D.htm
2015/2/13
w
页码，2/33(W)
新建
概要 创建执行分析的“分析工况”。设置各分析方法的使用的分析条件（网格组、边界条 件、荷载条件等）的阶段。特别是施工阶段分析的情况，可以采用5种不同的方法分析并且可 设定分析要用的数据。而且，可调整详细的分析选项及输出结果选项，并且可通过设置多个 施工阶段组对一个模型进行反复分析。
w
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பைடு நூலகம்
分析工况
岩土分析可以通过与一般的结构分析的比较来解释。结构分析强调在结构上起作用的不 确定性荷载的权重。因此，可对通过系统性地组合各种结果获取的最大构件力执行构件设 计。与此相反，在岩土分析中，与荷载相比更重视的是施工阶段及材料自身的不确定性，掌 握岩土内部的物理性状态是非常重要的。因此，在岩土分析中，建模过程中会采用实体单 元，使之最大限度地反映岩土的形状和施工状况。应尽可能地考虑材料的各种非线性、各向 异性及原场地应力状态，来反映真实的现场状态。 岩土分析的程序可用于模拟实际现场条件，判断设计或施工条件是否可行。在岩土分析 中，涵盖的分析领域从一般性的静力分析，到渗流分析、应力-渗流耦合分析、固结分析、施 工阶段分析、动力分析、边坡稳定分析等。 提供的岩土分析功能如下。在这部分简要地概述了分析方法和对分析选项进行说明。详 细的分析信息须参考理论分析手册第五章。 1. 静力分析（Static Analysis） （1）线性静力分析 （2）非线性静力分析（非线弹性或弹-塑性分析） 2. 3. 施工阶段分析（Construction Stage Analysis） 渗流分析（Seepage Analysis） （1）稳定流分析（Steady State） （2）瞬态流分析（Transient） 4. 应力-渗流耦合分析（Coupled Seepage-Stress Analysis） （1）渗流-应力连续分析（Seepage-Stress Sequential Analysis） （2）固结分析（Consolidation Analysis） （3）完全应力-渗流耦合分析（Fully-coupled Seepage-Stress Analysis） 5. 动力分析（Dynamic Analysis） （1）特征值分析（EigenValue Analysis） （2）反应谱分析（Response Spectrum Analysis） （3）线性时程分析（振型叠加法）（Linear Time History（Modal）） （4）线性时程分析（直接积分法）（Linear Time History（Direct）） （5）非线性时程分析（Nonlinear Time History Analysis） （6）二维等效线性分析（2D Equivalent Linear Analysis） 6. 边坡稳定分析（Slope Stability Analysis） （1）边坡稳定分析（SRM）（Strength Reduction Method） （2）边坡稳定分析（SAM）（Stress Analysis Method） （3）非线性时程分析 + SRM（Dynamic-Slope Coupled Analysis）
GTSNX建模技巧及特色功能
模型仅是辅助用资料
对于缺少参考资料的问题，我们建模的目的并不是为了获得绝对值，而是为了增加对该 类型问题的理解，为了建立能够让工程师做出科学判断的参考资料而已。
要有耐心
建立一个简单的模型对结果进行预测。这些简单模型的结果将会为你提供获得资料的新的方式
开挖面对隧洞围岩的虚拟支撑作用发生亍距开挖面 ≤(1.5~3.0)倍洞跨范围内，在距开挖面最多3倍洞径之后,可认为开挖面
的空间效应已完全消失*
*孙钓，朱合华.软弱围岩隧洞斲工性态的力学模拟不分析,1994,岩土力学,15(4)
取3 倍洞距边界范围对隧道进行数值模拟和结构设计，其分析结果和结构设计斱案最为安全*
*苏晓堃.隧道开挖数值模拟的围岩边界取值范围研究[J].铁道工程学报,2012,(3):64-68.DOI:10.3969/j.issn.1006-2106.2012.03.014.
导入几何
导入CAD
.
导入 CIVIL GEN
.
导入DWG
导入DXF
CAD图位亍原点附近，以m为单位，真实相交封闭
几何组分组—图层 自劢交叉分割
在相同的节点自由度情冴下，矩形单元的计算精度要比三角形 单元高
在很多模型里面，都会涉及到梁单元不实体单元的耦合问题，如：建筑物桩基、 基坑的排桩支护、边坡中的抗滑桩等。
• 网格生成器不要更换
默认四面体 混合网格
• 确认属性赋予正确
• 先划分关心区域、尺寸 较小区域
• 随时检查自由面
• 导出网格
网格-工具-表格-节点/单元表格
• 收容差 • 推荐控制值为0.001
边坡稳定性分析
GTS NX R 主要升级内容
ECS z
ECS y
ECS x
Qz Mz
Mz
Qz Mx
N xx B
My
Qy
N xx Mx
A
Qy My
ECS y
F
C
Stress recovery point (I-section)
ECS z
E
D
[梁单元单元坐标系、自由度、内力输出]
[梁单元考虑节点耦合]
2
Mother
element 2
1
Mother element 1
参考值(kN, m)
Cc / 2.303 / (1 + e) Cs / 2.303 / (1 + e)
(可近似取Cc / 5 ) 可近似取Cc / 20 莫尔-库伦模型中的破坏参数 莫尔-库伦模型中的破坏参数
0
1-sinφ (< 1)
当输入两个值时, 优先使用Pc 根据KNC得到(自动)
11 / 31
库伦、德鲁克-普拉格、胡克-布朗) 网格> 属性/坐标系/函数> 函数> 徐变 / 收缩函数 用户可以根据嵌入的17个各国设计规范定义徐变/收缩凼数。 网格> 属性/坐标系/函数> 函数> 弹性模量函数 用户可以根据嵌入的12个各国设计规范定义时间相关的弹性模量凼数。
[分析控制/ 时间步长]
[分析控制/混凝土龄期]
Porosity < Porosity(Max)
根据KNC得到 (自动计算) 根据 Eoedref 得到(自动)
9 / 31
GTSNX 2014 主要升级内容
2. 分析
2.1 硬化土模型(示例 : 硬化行为验证)
参数
midas GTS NX的线性和非线性动力分析
[ 输入地层的动力非线性特性 ]
10
20 30
20
地表面加速度(m/sec2)
1.50 1.00
30 40 Depth (m)
40
50 60 70 80 90 GTS NX Flush
0.50 0.00 0 -0.50 -1.00
各土层最大加速度 – 用于判断液化
11
01 GTS NX 的动力分析概要 02 自由场分析 (FFA) 03 反应谱分析 04 二维等效线性分析
05 线性时程分析(直接积分/振型叠加)
06 非线性时程分析(直接积分
法) 07 非线性时程分析+强度折减法
08 振动加速度级的输出
反应谱分析
反应谱分析概要
0.03
Relative Displacement T1(m)
0.02 0.01 0.00
反应谱分析
-0.01
-0.02 -0.03 0 5
Time(sec) Linear Non-linear
10
15
7
01 GTS NX 的动力分析概要 02 自由场分析 (FFA) 03 反应谱分析 04 二维等效线性分析
→ 使用单自由度体系的最大位移、最大速度、最大加速度响应谱计算结构响应的方法
→ 虽然与时程分析方法相比结果有误差，可用于对分析效率有要求的大型结构或对结果精确度要求不高的结构
[ 无阻尼时]
[ 生成单自由度体系的位移响应谱的过程 ] [ 有阻尼时] 13
01 GTS NX 的动力分析概要 02 自由场分析 (FFA) 03 反应谱分析 04 二维等效线性分析
GTSNX2015升级功能介绍
[工程实例: 桩筏基础]
3 / 31
GTSNX 2015 Enhancement
1. 前处理
1.2 动力分析>工具 > 人工地震波
通过嵌入的设计谱数据生成人工地震波. 以下规范设计谱数据可用.
修改PSD
读入设计谱数据
计算功率谱密度函数（PSD power Spectral Density ）
计算加速度
Viscous boundary
[自由场作用(X), 吸收反射(O)]
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GTSNX 2015 Enhancement
1. 前处理
1.3 单元> 自由场单元(动力分析无限单元)
二维场选择从自由边，三维场选择从自由面来定义自由场单元.
GTGSTNSNXX 22001155VR11.1升R级ele功as能e N介o绍te
Free field
Main domain
Free field
Seismic wave
[自由场单元示意图]
[自由场作用(O), 吸收反射(O)]
GTGSTNSNXX 22001155VR11.1升R级ele功as能e N介o绍te
[自由场作用(X), 吸收反射(X)]
Viscous boundary
增加功能
1. 前处理
1.1 荷载表格输入/输出 1.2 人工地震波生成器 1.3 自由场单元(动力分析无限单元) 1.4 非弹性铰
2. 分析
2.1 安全系数输出(莫尔-库伦准则) 2.2 材料: 范梅赛斯-非线性 2.3 材料 : 液化修正 UBCSAND 2.4 材料: 关口-太田(非粘性) 2.5 材料: 关口-太田(粘性) 2.6 材料: 广义霍克布朗 2.7 材料 : 2D 正交各向异性 (2D 结构单元) 2.8 材料: 完善修正莫尔库伦（硬化本构） 2.9 材料 : 兰贝格-奥斯古德滞回模型（Ramberg-Osgood） 2.10 材料: 哈丁-唐尼维奇滞回模型（ Hardin-Drnevich） 2.11 选项 : 预估激活单元初始应力状态 2.12 选项 : 应力非线性时程分析
有关midas-GTS-NX软件的介绍
1 midas GTS背景介绍
midas GTS是北京迈达斯技术有限公司研发的岩土用软件，具有迈达斯软件专有优势：汉化界面、交互式操作、强大的可视化。
迈达斯技术有限公司由韩国浦项制铁发展而成的土木工程计算分析软件开发公司，具有独立的研发团队，并在中国、美国、日本、英国、印度、俄罗斯、新加坡等国家成立分公司。
北京迈达斯技术有限公司拥有一批国内研发团队，对软件再次“加工”，让midas 系列软件更加适合中国用户。
此外，北京迈达斯技术有限公司全面负责产品的销售与技术支持。
2 midas GTS功能介绍
midas GTS是为能够迅速完成对岩土及隧道结构的分析与设计而开发的“岩土隧道结构专用有限元分析软件”，是一款采用windows风格操作界面的完全中文化软件，能够提供完全的三维动态模拟功能。
程序提供应力分析、动力分析、渗流分析、应力-渗流耦合分析、边坡稳定分析、衬砌分析和设计功能，并提供莫尔库伦、修正莫尔库伦、邓肯-张、修正剑桥等14种本构及用户自定义本构模型；程序还提供便捷的几何建模功能、地形生成器、隧道建模助手、锚杆建模助手以及丰富的后处理结果；可以广泛应用于地下结构、岩土、水工、地质、矿山、隧道等方面的分析及科研。
自2005年在中国发布至今，在广大用户的信任和支持下，已经走过了九个年头，成为了岩土行业主流的分析与设计软件。
随着行业的发展，GTS也面临新技术的发展及完善，因此在2014年推出midas GTS NX（New Experience），分别在前处理、后处理及计算阶段进行了功能的改善，此外新增加了新的分析功能，具体见下表.
GTS NX功能一览表。
midasgtsnx隧道衬砌分析
Section 3
定义材料及特性
▶表. 结构材料
3.1 地基及结构材料的定义。
定义结构材料后，创建网格时，定义各单元上欲分配的特性。 结构构件使用的材料如下表。结构材料的情况下，模型类型勾选 [结构] 部分。
名称 材料 模型类型 弹性系数(E) 泊松比(v) 单位重量(r)
C27 各向同性 Elastic
• 在工作目录树 > 网格上选择墙体、拱顶、地板网格。
• 在右击鼠标 > 上下文菜单上，勾选显示 > 单元坐标系。
• 选择网格 > 单元 > 单元参数 > 一维表单。
• 在下拉菜单上选择 [修改坐标系]。
• 方向不同的各单元利用翻转方向(X-轴)设置使其拥有同一的方向。
Chapter 2. 隧道衬砌分析 | 7
是修改单元坐标系的过程。 单元坐标系是所有单元的构件力以及应力的输出标准，特别是规定梁单元的剪切刚性和抗弯刚性的输入方向的标准，所以
正确地理解这个概念非常重要。在和桁架或张力/压缩力受压单元一样，只拥有轴向刚性的单元的情况下，仅有单元坐标
系 x 轴有意义，虽然 y、z 轴没有意义但在图形屏幕上指定构件切面的配置方向时是有必要的。
(拱顶部 : 分割个数 20, 底板: 分割个数 20).
6 | Chapter 2. 隧道衬砌分析
Basic Tutorials
▶开挖隧道
Chapter 2. 隧道衬砌分析
▶创建网格(线)
▶▶创建的网格（节点）
*
: 网格 > 单元 > 参数 (Mesh > Element > Parameters)
Basic Tutorials
Chapter 2. 隧道衬砌分析
GTSNX 2015R2 V250新增功能用户手册
GTSNX V250新增功能用户手册说明1.网格>单元>网格参数>1D>变截面组(梁/植入式梁)将指定为变截面的构件进行组合，与单元分割状态无关，自动计算截面大小生成变截面组构件。
先选择变截面区段的所有单元，然后分别选择截面变化开始及结束端的截面特性。
此时，将生成i端截面特性作为起始端截面，j端截面作为结束端截面的变截面构件。
可以方便的模拟变截面构件，无需生成变截面区段各单元的截面特性。
2.静力/边坡分析>荷载>收缩盾构隧道中考虑收缩量的荷载。
2D单元中可以选择梁单元，3D单元中可选择壳单元，适用收缩量。
收缩值是隧道圆周方向的收缩量、收缩增量值是开挖方向的收缩量、参考深度是计算3D隧道开挖方向收缩量所用到的基准深度。
※建模注意事项-选择单元为圆形计算式才成立。
(不是圆形且闭合的单元可以选择，但是结果是不正确的。
)-3D单元的壳单元如下图，需要将开挖方向调整为单元坐标系-X。
(用于自动计算开挖方向的开挖宽度)3.结果>高级>其它>多步骤图将多个步骤的结果，按照选择的节点/单元位置为基准输出曲线图。
定义曲线图中，'轴'是选择节点或单元的实际坐标，布置在Y轴。
X轴为选择节点/单元的结果值。
4.网格>单元>界面:从桁架/梁(T/X-交叉型),从壳(T/X-交叉型)给T字形或X字形交叉的桁架/梁单元生成界面单元。
3D模型中可选择壳单元。
按照T字形或X字形生成界面单元，不能以桁架/梁单元，各自独立生成网格组(分别注册接触网格组)5.几何>曲面与实体>层面定义地层面建模助手中，通过导入Excel文件，定义地层面信息。
'输入'功能可以将多个钻孔信息一并导入。
地层面按平面名称，修正钻孔深度生成。
6.结果>特殊>渗流>流量能够更加简便地计算流量。
-增加了之前的节点选择方式及任意定义切割线/面的方式。
06_MIDAS GTS NX 分析手册-荷载应变
uS
K FS u F f F u = f A = f K SS S S
(6.1.2)
in the equation above is a determined value and thus the 2nd row of the stiffness matrix does not
u uA = F u S
uF uS
(6.1.1)
: DOF without assigned specified displacement : DOF with assigned specified displacement
The stiffness matrix can also be classified and expressed using the same principle:
1.1
Structural Load Types
Table 6.1.1 Usable loads in GTS NX
Nodal force Nodal forces are the most basic loads and have 3 force component inputs and 3 moment component inputs for each node. The direction can be defined about an arbitrary coordinate system. Pressure load The pressure load is input as a distributed force form for an element face or edge. The surface pressure load is applicable for 2D or 3D elements and the edge pressure load is applicable for 1D or 2D elements. The input direction can be specified as an arbitrary coordinate axis direction, arbitrary vector direction or normal direction. Figure 6.1.1 displays the pressure load acting on various elements.
GTS NX功能介绍-new
--地震荷载 --移动荷载 --爆破荷载 --动力荷载助手
列车影响分析
列车运行对古建筑影响
地铁车站荷载分析 一维自由场分析
Part Ⅱ GTS NX功能分享
边坡稳定分析：
--强度折减法 --极限应力平衡法
分析内容：
--2D/3D稳定分析
--可考虑降雨影响
--可考虑支挡结构影响 --可进行施工阶段分析
--可考虑锚杆锚索影响 --可进行渗流应力耦合
Part Ⅱ GTS NX功能分享
固结分析：
--比奥固结理论
分析内容：
--堆土效应分析 --排水效应分析 --地基处理方案评估
--材料换填模拟 --可考虑CFG桩等效果
堆土模拟
排水分析
Part Ⅱ GTS NX功能分享 NX功能
Part Ⅱ GTS NX功能分享
Mz
Mz
Qz Mx
B
N xx
My
Qy
N xx Mx
A
Qy My
ECS y
F
C
Stress recovery point (I-section)
ECS z
E
D
Байду номын сангаас
六面体网格 + 绑定焊接 + 植入式单元
Part Ⅱ GTS NX功能分享
NX 4 曲面NX
[利用电子地形数据生成地表数据模式]
[利用勘探资料生成地表+地层模式]
Part Ⅲ GTS NX之工程应用 基坑—临近地下广场&管线
基坑工程
项目
上海地铁7号线大场镇站与沪太 路商业广场地下连通道改造
工程 类型
基坑
GTS NX 主要升级内容
• 网格 > 属性/坐标系/函数 > 材料 > 各向同性 > 莫尔-库伦 > 一般 > 安全结果输出
[模型示意图: 3D深基坑开挖]
[模型示意图: 2D隧道开挖]
[塑性状态: 单元应力]
[安全结果（系数小于1.2结果）]
GTS
主要升级内容
分析
GTS NX V2014
增加修正 UBC SAND液化模型
• 模型验证。
Test Analysis 25 25
Test Analysis
剪切应力[kPa]
20
15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7
20 15
10 5 0 0 20 40 60 80 100 120
剪切应变[%]
竖直应力[kPa]
[不排水 DSS （单调加载）]
15 Test 10
后处理
6. 结果 > 特殊 > 渗流 > 流量 7. 分析 > 历程 > 历程测点 – 增加渗流
8. 静力/边坡分析 > 荷载 > 自重
9. 结果> 一般 > 矢量 10.分析工况> 线性时程(振型叠加法), 线性时程(直接积分法), 非线性时程, 2D 等 效线性， 非线性时程+SRM > 输出控制 11.静力/边坡分析 > 荷载 > 从结果 12.渗流/固结分析 > 边界 > 从结果 13. 动力分析 > 荷载 > 荷载表格输入/输出
GTS NX V2014 主要升级内容
分析
8. 增加修正 UBC SAND液化模型 9. 改善修正莫尔-库伦模型（考虑硬化特性和抗拉强度） 10. 2D结构单元增加正交各向异性模型 11. 增加混凝土收缩徐变（时间相关性）功能 12. 增加预估激活单元初始应力状态功能
GTS NX主要分析功能介绍
支持Van Genuchten函数和用户自定义函数 → 考虑参数间关联性的函数定义 孔隙水压 > 体积函数率 体积含水率 > 渗透系数比
[渗透系数比函数]
[体积含水率函数]
14
部分饱和岩土特性的使用选项
→ 在材料特性中选择非饱和特性
考虑部分饱和岩土特性的例题
→ 考虑部分饱和时的岩土的密度 (1 Se ) unsat Se sat → 不考虑部分饱和特性时的岩土的密度
更多的分析方法
→ 应力-渗流完全耦合分析 可更准确的考虑地下水变化的影响 → 非线性动力分析 可进行更准确的地震影响分析 → 动力荷载作用下的边坡稳定分析 边坡稳定分析的新分析理念 → 原场地分析 所有分析功能均支持将原场地状态作为初始状态
[考虑材料非线性的动力分析]
[改善了固结分析的计算内核]
[将原场地作为初始状态的岩土分析]
基于64位框架和多线程、GPU计算技术 可分析100万个单元以上模型的施工阶段分析
12 Stage Definition
[OOC计算和IC计算的比较]
GTS
GTS NX
GTS GTSNX
[非线性施工阶段模型的应力结果]
? 5小时10分 2小时3分(GPU Acc)
11
01 分析功能的改善 02 提供高性能计算功能
Normalized stress
1.20 1.00 0.80 QUAD4 (Radial) 0.60 QUAD4 (Tangential) 0.40 0.20 0.00 0 2 4 Radius [m] 6 8 10 Analytical (Radial) Analytical (Tangential)
06 动力非线性分析
02 MIDAS GTS NX分析手册自由度系统介绍
New eXperience ofGeoTechnical analysis SystemChapter 2Node/ DOF/ CoordinateSystemTABLE OF CONTENTSSection 1. Node and DOFSection 2. Coordinate SystemSection 3. Finite Rotation SimulationANALYSIS REFERENCESection 1. Node and DOF |9Chapter 2. Node/DOF/Coordinate systemNode and DOFNodes and elements determine the size and shape of the finite element model and are the starting point of all analyses. A model defined by nodes and elements is the same as physical phenomena expressed using numerical equations in matrix form. The variables that affect the matrix equation are displacement, rotation, pore pressure and other physical quantities, which are called degrees of freedom (DOF).For example, a structural analysis problem is assigned 3 displacements and 3 rotational DOFs. These 6 DOFs are as follows.Each DOF is generally expressed using the following signs:11DOF 1T u ==,22DOF 2T u ==, 33DOF 3T u==11DOF 4R θ==, 22DOF 5R θ==, 33DOF 6R θ==Each node has a coordinate system that describes the direction of motion. This is calledthe nodal displacement coordinate system. All DOFs mentioned above follow the coordinate system direction assigned to the nodes, and all nodes describe the direction of motion with reference to the global coordinate system. The pore pressure DOF does not have a direction and hence, it is unrelated to the nodal displacement coordinate system.2u 1u 3u 1θ3θ2θSection 1Figure 2.1.1 Displacement and Rotation DOFs on therectangular coordinate systemChapter 2. Node/DOF/Coordinate ANALYSIS REFERENCE10 | Section 2. Coordinate System Coordinate SystemVarious coordinate systems are needed to use the finite element method to appropriately model and correctly analyze the given problem. For example, a coordinate system is needed to define the nodal displacement direction outlined above and to set the direction for transversely isotropic materials. A particular coordinate system is also specified for result value extraction. The rectangular coordinate system and cylindrical coordinate system are both available on GTS NX.For example, if the nodal motion direction is defined about a cylindrical coordinate system, the DOFs are as follows.DOF 1 = translation in r-directionDOF 2 = translation in θ-directionDOF 3 = translation in z-directionDOF 4 = rotation in r-directionDOF 5 = rotation in θ-directionDOF 6 = rotation in z-directionGTS NX uses the following coordinate systems for ground or structural modeling and analysis.OriginzyxRectangularcoordinate systemzθrCylindricalcoordinate systemOriginSection 2Figure 2.2.1 Rectangular coordinate system and cylindrical coordinate systemANALYSIS REFERENCEChapter 2. Node/DOF/Coordinate systemSection 2. Coordinate System |11Type of coordinate systemExplanationGCS : global coordinate system Coordinate system that expresses the entiremodel using the same standard. Rectangularcoordinate systemNDCS : nodal displacement coordinatesystemCoordinate system that describes the nodalmotion direction. Rectangular/Cylindricalcoordinate systemECS : element coordinate system Coordinate system determined by the position ofthe nodes that make up the element. Rectangularcoordinate systemMCS : material coordinate system Coordinate system that defines the direction of thematerial applied on the element.Rectangular/Cylindrical coordinate systemERCS : element result coordinate system Coordinate system that prints the element results. Rectangular/Cylindrical coordinate systemEFCS : element formulation coordinatesystemCoordinate system used for finite elementformulation.Same as GCS or element coordinate systemHere, the EFCS is used in the solver and, although it may not be directly related to the instructions for the GTS NX, it provides a better understanding of the materials of this manual. Also, the MCS and ERCS can affect the analysis and results. Detailed information on the ECS, MCS and ERCS are provided in Chapter 3.yz y xGCSyxxzy xuv wTable 2.2.1 Major coordinate systems on the GTS NXFigure 2.2.2 Various coordinate systems on the GTS NXChapter 2. Node/DOF/CoordinateANALYSIS REFERENCE12 | Section 3. Finite Rotation SimulationFinite Rotation SimulationGeometric nonlinear analysis that includes finite rotation needs a variable for rotation. GTS NX uses the rotation vector as a DOF of a particular node to describe finite rotation. In other words, the result values for nodal DOF 4~6 on the geometric nonlinear analysis results are each components of the rotation vector. The rotation vector θ has a size θand direction /=e θθ. Expressing this in physical terms, the rotation vector θ rotates about the axis e by an angle θ (radian) as shown in Figure 2.3.1Be aware that a compound rotation, which applies multiple rotation vectors continuously, does not consist of the sum of each vector for finite rotations. For example, if a rotation of Δθis continuously applied after θ, the final rotation value *θhas a property of *≠+Δθθθ. Also, because the commutative law does not apply, applying Δθand θ in reversed order creates a different rotation value, as shown in figure 2.3.2. Various methods such as a rotation matrix can be used to calculate compound rotations, but the GTS NX uses the quaternion product. The quaternion q has the following relationship the rotation vector θ:0(,)(cos(/2),sin(/2))q q ==q θθe (2.3.1)The product of two quaternions can be calculated using the following equation:*0000(,)q q q q q q q =Δ=Δ−Δ⋅Δ+Δ+Δ×q q q q q q(2.3.2) zyx=θe θθAxis of rotationSection 3Figure 2.3.1 Direction and size of a rotation vectorANALYSIS REFERENCEChapter 2. Node/DOF/Coordinate systemSection 3. Finite Rotation Simulation |13*q : Quaternion corresponding to *θ qΔ: Quaternion corresponding to Δθ(90)°θ(90)°θ(90)Δ°θ(90)Δ°θInitial configuration Final configurationFigure 2.3.2 Example ofcompound rotations that do not satisfy the commutative law14 | Section 3. Finite Rotation Simulation。
midas-gts-NX操作实例-移动列车荷载时程分析
三维移动列车荷载案例
三维移动列车荷载案例
第 1 部分
学习目的及概要
1.1 学习目的 列车振动是周期加载现象,这是由于火车车轮间隔性地与铁轨发生震动。 振动周期与铁轨间距及列车速度有关。 列车振动受到各种因素的影响,如车辆、轨道、支撑结构、地面、地下结 构等。这些因素是交互作用,激发和传播的,是比较复杂的振动现象。
• • • • •
根据上图,目标对象―边 S‖。 选择基准线―边 P,Q,R‖。 选择匹配方法―投影‖。 选择 预览按钮检查生成的种子，单击[适用]。 以同样的方式分配播种―T‖,―U‖。
•
*
:几何>顶点与曲线>交叉分割
交叉分割后可在线段交叉位置生成节点。
•
选择所有线，点击[确认]。
4.2 生成网格
*
• • • • ▶尺寸控制与分割数量 表
:网格>>控制>>尺寸控制
通过尺寸控可以得到高质量且网格数量较少的网格划分结果。 参考下表,选择―边线 B1,B2,D1,D2,E1,E2,G1,G2,K1,K2,N1,N2 的路堤。 方法选择―分割数量‖。输入―1‖。 选择 预览按钮检查生成的种子。单击[适用]。 请参考下表确定网格种子。
跟随例题
三维移动列车荷载案例
3.2 定义属性
属性体现网格的物理特性，在网格划分时将分配到网格组上。定义岩土 和结构属性时,首先定义要使用的材料。定义材料之后，确定结构类型和截面 形状(截面刚度)。
▶岩土属性表。
名称 软岩 类型 3D 材料 软岩
风化土 淤泥 3D 3D
底层路 层路 加固路 路面 基 基 基 3D 3D 3D 3D
22 0.5 排水
20 0.5 排水
midas GTS NX 在岩土工程领域中的应用
细部结构网格模型
锚杆（索）空间位置分布图
③水工工程三维可视化
导入其他软件建立的地质三维模型
2. 边坡工程
①土质边坡高度＞15m，岩质边坡>30m ②地质和环境条件复杂、稳定性极差的一级边坡 ③边坡滑塌区有重要建（构）筑物 ④采用新结构、新技术的一、二级边坡工程
①土质高边坡分析
某土质边坡工程（＞15m，有孤石）
5、大模型分析效率低？
适应大模型分析需求
提供全新64位操作环境及高性能图形引擎
实体 526 个
单元 511,973 个 节点 80,903 个
实体 单元 节点 单元网格组 施工阶段数量
3,250 个 394,100 个
75,112 个 1,004 个 700 阶段
为支持千万级别单元数量的模型，提供全新的64位程序框架及高性能图形引擎
常见面积几万甚 至十几万平方， 土方量几十万方
常见深度15m~25m， 超过30m也很多
①深基坑支护体系
❖回填土
❖淤泥
❖残积土
❖中风化
❖强风化
①深基坑支护体系
②新工法、新技术（IPS）
广州地铁运营管理中心基坑 开挖16.57m 上海轨交5号线西渡站综合配套工程
嘉兴佰八伴大厦 开挖16.85m
Ⅰ简单易学
1-纯中文操作界面 2-各类工程详细教程 3-快速提取计算结果
Ⅳ注重效率
1-CAD建模功能 2-BIM软件接口 3-64位+GPU计算内核
Ⅱ贴心助手
1-丰富的自动化功能 2-全面的建模助手 3-流程化操作模式
Ⅴ精确模拟
1-任意地形/地层生成 2-施工工况/阶段模拟 3-全面的岩土本构模型
Ⅲ专业领域
midas gts nx模拟分析基坑开挖对周边建筑物沉降的影响
midas gts nx模拟分析基坑开挖对周边建筑物沉降的影响盛勇飞摘要：超大超深基坑开挖过程中，无论基坑采取什么类型的支护方式，都很难避免其对周围临近建筑物的影响，使建筑物产生沉降或者开裂，严重时甚至倒塌。
本文主要以广州琶洲某地块基坑工程为例，采用midas gts nx模拟了基坑开挖及支护的整个过程，利用midas公司开发的大型岩土类三维有限元软件gts nx分析基坑开挖过程中既有建筑物沉降变形规律。
结果显示：随着基坑逐步开挖，临近建筑物沉降逐步加大，且建筑不同位置表现出离开挖面越近的地方沉降越大的特点，建筑物有向基坑边方向倾斜的趋势。
关键词：深基坑；开挖；支护；三维有限元；建筑沉降1、背景高层建筑的基础埋深一般较大，这对于增加建筑物的稳定性和充分利用地下空间是有利的。
但是，在城市建筑物密集地区，深基础给施工带来很多困难的同时也给周边建筑物安全提出了挑战，无论基坑采取何种支护方式，都很难做到使周边建筑物零沉降，因为基坑开挖过程是一个个逐步卸荷的过程，每开挖完一步，周围土体都会出现应力释放（包括土压力和水压力，为保证基坑开挖始终在地下水位以上及减小周边水压力，需要适度的降水），释放的应力时主要由基坑支护结构来承担，这样支护结构受力产生变形从而引起支护外面土体的位移和沉降，且离开挖面越远这种趋势越不明显，所以就造成周边建筑物的不均匀沉降，使建筑物产生次应力，可能改变结构的受力形式，如果超过建筑物原来的结构设计承载必然就会出现裂缝，进而影响建筑物的安全。
2、工程概述本基坑支护工程位于广州市天河区琶洲某地块，基坑呈标准长方形，长边约132.6m，短边约72.4m，开挖深度大部分为8m，局部塔楼区域10m，由于靠近珠江，支护结构采用C30混凝土连续墙，并用作止水帷幕，宽度1m，竖向设两道内支撑，钢筋混凝土内支撑截面均采用b×h=1000mm×900mm，基坑内支撑平面布置如图1所示。
GTS NX基础培训
E. 岩土或结构形状变化位置
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节点单元布置
线单元(桁架单元、梁单元等)虽然不受单元大小的影响，但是面单元和 实体单元受单元大小、形状、分布的影响，所以对应力变化较大或应力集 中位置应细分单元。 一般来说，需要细分单元的位置如下： A. 几何不连续位置，例如隧道地面的角部。 B. 荷载变化较大的位置，特别是有较大集中荷载作用位置 C. 刚度或特性值变化的位置 D. 不规则边界位置 E. 可能发生应力集中位置 F. 需要精密的应力和内力结果的位置
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模型简化
因为岩土的构成非常复杂，所以完全真实地模拟岩土材料的刚度特性是 非常困难和不现实也是不经济的。在明确分析目的的情况下，适当简化分析 模型是必要的。 例如，模拟埋深较大的隧道时，将上部覆土高度内的岩土都用有限元网 格来模拟是不经济的。此时可模拟适当范围内的岩土，将上部覆土按外部荷 载输入也是比较经济的方法。 另外，应根据分析的目的选择单元的类型以及确定模型的范围。在设计 中如果关心的是位移、应力以及支护的内力，则应该将模型的范围扩大一些， 单元也应该细分一些。但是像安全鉴定等探讨岩土结构的安全性时，则可以 将模型缩小一些，外部边界条件也可以使用弹簧来模拟。
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岩土分析包括前处理、分析和后处理。前处理指建立模型，后处理指 整理计算书。
分析 后处理
1 2 3
连载-21《岩土·月半》特辑GTSNX在高边坡工程中的应用从入门到精通9
连载-21《岩土·月半》特辑GTSNX在高边坡工程中的应用从入门到精通9《岩土·月半》特辑GTS NX在高边坡工程中的应用从入门到精通从今天开始我们微信公众号连载马老师的《岩土·月半》特辑GTS NX在高边坡工程中的应用从入门到精通，难得的好资料，马老师亲自手打，是我们的福气啊！马老师MIDASIT技术中心金牌讲师岩土月半“二小姐”，讲师经验4年，北京交通大学岩土工程硕士，负责《岩土月半》网络课堂，MIDAS官方全国岩土群技术支持，全国岩土大客户技术支持、培训等工作，参与编写MIDAS岩土用户手册等技术资料。
2.3.1 暴雨工况渗透系数：土体饱和状态的渗透系数。
孔隙比依存系数：在进行固结分析和双向耦合分析时需要勾选该选项，执行这两种分析时，土的压缩导致的孔隙变化，将反过来作用在渗流场中，此时渗透系数是孔隙水压力和孔隙比的函数：。
通常，在0.5Cc~2Cc范围内，对于粘土，一般取。
贮水率：流入/流出水的体积比，表现岩土材料存储水的能力。
程序根据设置的不排水泊松比或B系数自动计算。
（2）渗流边界GTS NX提供的渗流边界，可直接在应力分析的网格上添加，对于边坡工程，支持静水位、面/线流量边界、水头边界，渗流面边界通常用于水工边坡上的浸润面分析。
静水位：静水位边界，适用于少雨地区或水位相对稳定的地区进行边坡分析，或在多雨地区，进行流固耦合分析时，做为渗流分析的初始渗流条件。
模型中设置水位时，水位以上的岩土体按照天然重度计算，水位以下的岩土体按照饱和重度计算。
设置水位边界非常简单：①在建几何模型时，将水位线表示出来，做为辅助线；图39 辅助线示意②使用主菜单>静力/边坡分析>边界>水位命令，根据辅助线的位置信息，生成水位线函数，该水位函数会被注册在工作树>分析>函数>一般函数位置。
修改水位函数时，同样在这个位置，选中函数，点击左键，选择编辑，进入菜单可进行相应的修改。
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[应力-渗流完全耦合分析]
5
验证例题
→ 对比参考文献的验证 → 使用标准例题对单元/材料的验证
Griffiths, D.V and Lane, P.A., Slope stability analysis by finite elements, Geotechnique, 1999
→ 对新功能有超过100个以上的验证例题
06 支持动力非线性分析
07 支持应力-渗流完全耦合分析
64位高性能计算
→ 可使用电脑配置的所有内存：32位程序仅能使用4GB内存 → In Core计算技术：考虑用户操作环境自动调整数据存储方法 → 并行计算技术：支持多核多线程计算
Out of core
[Model export]
In core
Pivot (CPU)
Update stiffness and residual(K i , f i ) thread0 Update stiffness and residual(K i , f i ) thread2 Update stiffness and residual(K i , f i ) thread3
m
k p,n
前阶段的渗透系数
150
k p , n 1 后阶段的渗透系数 m 亚松弛系数
[孔隙水压结果]
Strack, O. D. L. and Asgian, M. I., "A New Function for Use in the Hodograph Method“, Water Resources Research, 1978
x 3.08
191 sec
CPU Memory
[模型信息]
Intel Xeon X5647 2.93 GHz 8 core DDR3 48 Gigabyte
300 sec 200 sec 100 sec 0 sec
GTS
GTS NX P1
GTS NX P4
单元 节点
504,290 个 79,574 个 299,757 个
实现混合网格的自动划分
→ 支持焊接接触单元 实现不同网格尺寸区域的自动耦合]
[定义三维水面进行渗流分析]
[定义降雨条件进行渗流分析] [使用了D-P本构进行边坡稳定分析]
4
强化的计算内核
→ 非线性荷载的二分法 用户仅需输入大致的荷载增量，其余由程序自动调整 → 不变的切线刚度和亚松弛法 可提高应力/渗流分析的收敛性 → 使用荷载分割和弧长法进行边坡稳定分析 可快速获得精确的安全系数
→ 部分饱和岩土的渗透系数 k kr p ksat kr : 투수계수비 함수 渗流系数比函数
渗透系数比由孔隙压力决定 提供Gardner、Frontal和Van Genuchten函数 → 使用体积含水率计算部分饱和岩土的饱和度
ij ij se pw ij
'
分析功能的改善
基于64位高性能计算技术的分析功能的创新
→ 全新的程序框架 → 更多的分析控制选项 → 强化的计算内核 → 更多的分析方法
基于64位的 全新的程序 框架
下一代 求解器
GTS NX
MultiCore
EM64T
GPU
Coprocessor
3
全新的程序框架
→ 全方位支持64位 适应电脑硬件条件的发展 → 支持多核多线程/GPU计算 最大程度的使用硬件资源 → 支持金字塔形五面体单元
Thread
Thread
Nonlinear load increment
In Core 或 Out of Core
Thread
Thread
10
非线性施工阶段分析例题
→ 基于64 bit IC技术和并行计算技术可求解大规模的施工阶段分析模型 → 基于高性能GPU计算技术，2个小时即可完成具有12个施工阶段的100万个单元的施工阶段分析
[计算环境] [模型信息]
CPU Memory GPU
Intel Xeon X5647 2.93 GHz 8 core DDR3 48 Gigabyte Nvidia Tesla C2075
单元 节点 自由度
1,091,362 个 191,537 个 574,611 个
施工阶段 使用内存 线程数量
12 stages 24 Gigabyte 4个
ij 전응력 全应力
有效应力 ij 유효 응력
'
se 유효 포화도 有效饱和度 pw 간극 수압 孔隙水压
有效饱和度(0~1)由孔隙水压决定 → 在计算自重、不排水刚度和内力时使用部分饱和特性 → 可用于线性、非线性、固结、完全耦合分析中
nS ,
体积含水率 체적 함수비, n 공극률 , S 포화도 体积含水率， n 孔隙率， S 饱和度
更多的分析方法
→ 应力-渗流完全耦合分析 可更准确的考虑地下水变化的影响 → 非线性动力分析 可进行更准确的地震影响分析 → 动力荷载作用下的边坡稳定分析 边坡稳定分析的新分析理念 → 原场地分析 所有分析功能均支持将原场地状态作为初始状态
[考虑材料非线性的动力分析]
[改善了固结分析的计算内核]
[将原场地作为初始状态的岩土分析]
03 支持更多的岩土特性
04 非线性计算 05 边坡稳定分析
06 动力非线性分析
07 应力-渗流完全耦合分析
更多的岩土特性
→ 孔隙率对渗流系数的影响 岩土受压时孔隙率会减少，渗透能力会降低
考虑渗流系数变化的例题
→ 对填土的固结分析 可考虑自重和水位
e / ck k 10 k
使用孔隙率-渗流系数比函数
Save Element Matrix
[Post process]
Element Computing
Solve Linear Equation
根据硬件的内存使用状态，自动调整In Core 存储 模式和Out Of Core存储模式
Ku=f E -f I
Nonlinear load increment
Normalized stress
1.20 1.00 0.80 QUAD4 (Radial) 0.60 QUAD4 (Tangential) 0.40 0.20 0.00 0 2 4 Radius [m] 6 8 10 Analytical (Radial) Analytical (Tangential)
In Core 或Out of Core
Update stiffness and residual(K, f )
8
线性时程分析例题
→ 使用64位程序框架进行分析 → 比较在单元计算、振型计算中的并行计算效果
700 sec 600 sec
直接积分法
591 sec 498 sec
[计算环境]
500 sec 400 sec
sat
→ 随时间变化的填土沉降量分析
Settlement w.r.t Permeability coefficient type
0.00
→ 完成沉降时间会增加 → 用于固结分析和应力渗流完全耦合分析 → 在多孔隙材料定义中增加了选项
Settlement (m)
0
-0.20 -0.40 -0.60 -0.80 -1.00 -1.20
06 动力非线性分析
07 应力-渗流完全耦合分析
使用亚松弛法进行渗流分析
→ 非饱和区域的渗透系数具有较明显的非线性特性 砂土等孔隙较多的材料的收敛问题
50 Units: m S Z B
可以使用亚松弛法解决渗透系数的急剧变化问题
50
X
A
100
k p ,n 10
m
k p ,n1 k p ,n 10
400
Pressure [kPa]
300
200
100
Reference QUAD-8 HEXA-20
0 0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
Vertical Displacement [m]
6
01 分析功能的改善 02 提供高性能计算功能
03 分析中可考虑更多的岩土特性参数
04 支持更多的非线性计算方法 05 边坡稳定分析的新理念
x 2.59
359 sec
[GTS 和GTS NX的结果比较]
振型叠加法
GTS
GTS NX P1
GTS NX P4
9
基于MultiCore/GPU的并行计算
→ 支持Multi Core CPU的并行计算(多核多线程) → 使用高性能GPU高速求解方程组 最大限度的使用硬件资源
[Multi threaded element computation]
1.80 1.60 1.40
500 600
Terzaghi, K. and Peck, R. B., Soil Mechaanics in Engineering Practice, 1967
Shield, R. T., and Drucker, D. C., The Application of Limit Analysis to Punch-Indentation Problems, Journal of Applied Mechanics, 1953
时间步骤 振型数量
100 step 100 个 5 Gigabyte
直接积分法
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 sec sec sec sec sec sec sec sec sec sec sec
振型叠加法
929 sec 702 sec