GTS NX主要分析功能介绍

[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
自由度
使用内存
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
Element Computing
Out of core In core
Save Element Matrix
Scale (GPU)
Update stiffness and residual(K i , f i ) thread1
Update (GPU)
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
100
200
300
400
500
600
Constant permeability Variable permeability
Day
[多孔隙材料参数]
[渗流系数分布图]
[最终沉降量]
13
部分饱和岩土特性
→ 水位线(water line)附近岩土因毛细现象
会产生负孔隙水压 → Bishop的有效应力
渗透系数和体积含水率

unsat sat ( p 0) ( p 0)
→ 考虑自重的固结分析
定义水位
→ 在分析时勾选考虑非饱和特性
边界重新定义(自动)
沉降量差异 20%
[考虑部分饱和特性]
[未考虑部分饱和特性]
15
01 分析功能的改善 02 提供高性能计算功能
03 支持更多的岩土特性
04 支持更多的非线性计算方法 05 边坡稳定分析的新理念
Salencon, J., Contraction Quasi-Statique D’une Cavite a Symetrie Spherique Ou Cylindrique Dans UnMilieu Elastoplastique, Annales Des Ponts Et Chaussees, 1969
更多的分析控制选项
→ 更多的岩土特性参数 考虑孔隙率、部分饱和度的岩土分析功能 → 三维水位面 分析时可考虑三维水面 → 可输入极限面流量 可用于考虑降雨强度的分析 → 可搜索边界水位面 可用于考虑水位变化的渗流分析 → 自动考虑水压 可自动考虑施工过程中的水压力 → 边坡稳定分析支持更多的材料本构 可选择更多的材料本构模型
midas GTS NX 产品发布会暨岩土数值分析技术研讨会
midas GTS NX 主要分析功能介绍
北京迈达斯技术有限公司
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
06 支持动力非线性分析
07 支持应力-渗流完全耦合分析
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