ABAQUS地应力平衡方法详解

在岩土工程数值分析中，首先要对模型进行初始地应力平衡计算。ABAQUS有限元软件有五种初始地应力平衡方法：①自动平衡法；②关键字定义初始地应力法（或在界面操作）；③ODB导入法；④初始应力提取法；⑤用户子程序SIGNI法。由于第五种方法需要一定的编程基础，操作起来太复杂不易掌握，故本文只讲解较为实用的前四种平衡方法abaqus。

地应力平衡的目标：使土层在自重作用下的变形很小abaqus jc模型----不存在初始位移，只存在初始应力。一般情况下，最大位移达到10-4次幂以下就可以了。

①自动平衡法

（如果土体采用线弹性，abaqus屈曲分析且比较规则，可使用此法；若采用本构模型，用此方法很难收敛）

建模：

赋属性：

装配：

Step模块：

添加地应力分析步，增量改为自动。

Load模块：

重力必须放在地应力分析步。

注：如果为海底土，则需要在土的上方施加静水压力；若为上方有大重物的隧道，则需施加物体作用在隧道上的压力。

②关键字定义初始地应力法

建立好网格模型之后，分别测量出硬土和软土区域最高点和最低点坐标，并通过自重应力公式分别计算出坐标对应的土体自重应力值。随后，输入土壤水平方向上的静止侧压力系数来完成语言的编写。在 ABAQUS 软件的Edit Keywords 中添加如下语句：Initial Conditions, type=Stress, Geostatic; Setname, stress1, coord1,stress2,coord2,kx,ky（土的单元号或单元集合，起点应力值，对应坐标，终点应力值，对应坐标，x、y 向的静止侧压力系数），以此实现初始地应力场的添加。此种方法收abaqus子程序调用敛性比较好，可以得到比较理想的结果后面的软件主菜单“Model"一一“Edit Keywords"模块。

动力显示分析能用此方法。

③ODB导入法

（不建议用于动力显示分析的地应力平衡。可用于采用本构模型的土体平衡。如果模型比较复杂，可结合model-change）

建模：

赋属性：

装配：

Step模块：

添加静力通用分析步，其他默认。

Load模块：

在静力通用分析步上施加重力。

注：abaqus单元类型我一般情况下喜欢将Z轴正向朝向实际情况的天空方向，因此重力的数值输入在分量3中，负号代表朝下。

边界条件：

划网格：

Job模块：

提交作业前，先设定工作目录，知道你所需的odb文件存在那。

保持默认设置，可根据电脑性能使用多个平行处理器。

计算完成后，点击Results查看结果，S33为Z轴向的应力，如下所示：

平衡前，模型位移如下，最大位移6.19e-3。

回到job模块，点击Monitor，查看Step和Increment对应的信息：分析用了几个分析步，几个增量步。

回到Load模块，进行如下操作：

File name选择输出的odb文件。

重新回到job模块，新建一个job，提交作业。

点击Results查看结果。

平衡后，模型位移如下，最大位移1.168e-17，平衡效果很好。

注：如果平衡效果不好，可重复多次，直到得到好的平衡结果。

④初始应力提取法

应力提取法顾名思义首先要提取出模型的应力，然后对数据进行编辑，最后将编辑后的应力文件导入到模型中进行计算。

采用方法③的模型进行说明，在gravity作业下查看结果（前面的操作跟法③一样）。

点击工具栏Report，Report Field Output。

改下输出文件名字，便于找到。

找到输出的应力文件，进行处理。

将前后蓝色部分删除，然后全选复制进excel进行数据处理：点击数据，分列，默认设置就行，一直点下一步，直到完成。

建立新列，数据需要跟PART相互对应，新列全部输入Part-1-1，将文件保存为CSV格式。

然后用笔记本的方式打开excel文件，将“Part-1-1,”替换为“Part-1-1.”，然后保存。

将Excel文件粘贴到工作目录下（若建立文件时就在工作目录下可忽略）

在ABAQUS---Model---Edit keyword---Model-1(这就是你的Model名字)---在材料属性后面加上: *initial conditions,type=stress,input=stress-in.csv完成。

然后重新提交JOB进行计算。

点击Result查看结果：Z轴向的应力（S33）变大？

平衡后，模型位移如下，最大位移1.372e-2，平衡效果变差？这是为什么吶？欢迎交流沟通。

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