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界面单元的材料属性
创建者:章延平,编辑者:章延平,最近更新:2014/11/28 18:39:52

问题描述

界面单元的材料属性定义及其含义?

解答

PLAXIS中使用界面单元模拟结构与土的相互作用(或接触关系),因此界面单元的材料属性决定了这种接触关系的性质。在模型中创建界面单元之后,可以看到其材料属性的定义有两种方法:从相邻土自定义。如图1所示。


1 界面单元材料属性的定义方法

从相邻土是指界面单元材料属性根据周围土层(注意:结构单元穿越多层土的情况下,每层土内的界面单元属性均不同)的材料属性来确定,可以在定义土层材料属性时设置界面的相关参数,如图2所示。


2 土层材料数据窗口中的界面参数设置

修正剑桥模型用户自定义模型之外,确定界面单元属性的一个重要参数是界面强度折减系数Rinter

  • 如果强度选项设置为刚性(此时Rinter=1.0),代表接触面完全粗糙,或者该位置处界面强度不应该折减,此时界面单元属性与周围土层完全相同(除泊松比之外)。
  • 如果强度选项设置为手动,此时可以手动输入Rinter的值,该值的范围在0~1之间(因为一般情况下,接触面要比周围完整土层的强度低、刚度小)。强度折减系数值取决于结构材料和土层材料的特征(接触面的粗糙程度),可参考相关文献,无相关经验和数据的情况下,可按照2/3(约0.67)输入。

1. 界面强度(强度折减系数Rinter

界面强度参数是按照周围土层的强度参数进行折减获得,其相互关系如下:


界面单元采用遵循摩尔-库伦强度准则的弹塑性模型,弹性阶段发生较小位移, 塑性阶段发生永久滑动。弹性阶段的剪应力表达为:


塑性阶段的剪应力表达为:


除了摩尔-库伦强度准则之外,界面单元也遵循拉伸截断准则,其表达式为:

另外,如果选择考虑界面的残余强度折减系数Rinterresidual,则当界面上的应力达到其强度值时,可“软化”至该残余强度值(否则其会失去强度)。

2. 界面变形和刚度

界面的弹性变形包括法向位移(拉压变形,垂直于界面方向)和切向位移(滑动变形,平行于界面方向),其表达式为:


GiEoed,i分别是界面的剪切模量和一维压缩模量,KNKs分别是界面的法向和切向弹性刚度;ti是界面的虚拟厚度,由虚拟厚度因子和全局单元尺寸确定,虚拟厚度因子默认为0.1,可以进行修改(注意,一般情况下该值不需要修改,除非界面承受很大的法向应力时可适当减小)。

界面的刚度参数与土层刚度参数的关系如下:


可见,Rinter会同时折减界面的强度和刚度。因此,在一些情况下如果需要在不影响土层属性的条件下单独控制界面的属性,则可选择界面的属性模式自定义,为界面单元创建单独的材料属性,方法与创建土层属性完全相同(注意此时Rinter=1)。



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