Анализ устойчивости бортов карьера является одной из важных проблем в геотехнической инженерии, предлагая важные рекомендации по обеспечению готовности к оползням, а также безопасному и экономичному проектированию инфраструктуры вокруг разработки карьера.
Большинство существующих инструментов для анализа устойчивости откосов ограничены либо 2D, либо относительно простыми и небольшими 3D задачами. В этой статье мы реализуем метод спектральных элементов для анализа устойчивости бортов карьера.
Метод спектральных элементов
Импортирование геометрической модели
Импортируйте модель скачать файл. Для этого на панели инструментов нажмите на значок Импорт, выберите нужную модель. Выберите настройки расчета и нажмите Готово.
В результате импортируется модель.
Построение сетки
Создайте конечно-элементную сетку. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Поверхностная, Действие - Интервалы. Из выплывающего списка выберите Автоматический размер и укажите необходимые параметры. Нажмите Задать размер, Построить сетку.
Задание материала и свойств блока
Создайте материал. На панели команд выберите модуль задания свойств материала Режим - Материал, Объект - Управление материалами. В открывшемся виджете Управление материалами в средней колонке укажите имя материала. В колонке свойств откройте список Упругость и перетащите название Материал Гука в колонку Свойства материала. Затем в левой колонке перейдите в раздел Общие и перетащите Плотность, проделайте тоже самое для Пластичность → Второй критерий прочности Друкера-Прагера. Задайте необходимые значения.
Нажмите Применить. Закройте окно.
Создайте блок одного типа материала. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Добавить сущность в блок. Задайте следующие параметры и нажмите Применить.
Задайте параметры для блока. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Свойства/параметры блока. Укажите следующие параметры и нажмите Применить.
Задание граничных условий
Закрепите боковые стороны в перемещениях по X. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Перемещение, Действие - Создать. Задайте следующие параметры и нажмите Применить.
Закрепите нижнюю сторону в перемещениях по Y. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Перемещение, Действие - Создать. Задайте следующие параметры и нажмите Применить.
Задайте силу гравитации. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Гравитация, Действие - Создать. Укажите необходимые параметры и нажмите Применить.
Запуск расчета
Задайте тип задачи, которую требуется решить. На панели команд выберите модуль настроек расчёта Режим - Настройки расчёта, Настройки расчёта - Статический, Статический - Общие. Задайте настройки расчета, затем поставьте галочку Задать настройки нелинейного решателя и укажите необходимые параметры. Нажмите Применить, Начать расчет.
С выбранными настройками последний сошедшийся подшаг соответствует моменту времени 0.42031250, после которого процесс расходится. Вероятно, дальнейшее нагружение борта приводит к развитию зоны неустойчивости. Данный факт проверим, рассмотрев результаты последнего удачного подшага.
Анализ результатов
Откройте файл с результатами. Это можно сделать тремя способами:
- Нажмите Ctrl+E;
- В главном меню выберите Расчёт - Результаты. Нажмите Открыть последний результат;
- На панели команд выберите Результаты (Режим - Результаты, Результаты - Открыть Результаты).
Появится окно FidesysViewer, в котором вы сможете ознакомиться с результатами расчёта.
На панели инструментов выберите Пластические деформации - Мизес. Считаем, что склон при данной нагрузке неустойчив и начинает сползать по линии скольжения, которую отчётливо видно на мере поля пластических деформаций.
Также можно посмотреть результаты других распределений. Ниже на рисунках показаны модули вектора перемещений и напряжений Мизеса.
В дополнение приводим данные, что расчет в аналогичном комплексе Ansys (МКЭ) разошелся после достижения времени 0.404025:
Использование консольного интерфейсa
Построение геометрии, генерацию сетки, задание граничных условий и материалов можно выполнить с использованием консольного интерфейса. Ниже приведён код программы, позволяющий выполнить шаги описанного выше руководства
reset
import step "C:/Models/geom.stp" heal
surface 1 size autofactor 3
undo group begin
surface 1 size autofactor 3
mesh surface 1
undo group end
create material 1
modify material 1 name 'Борт'
modify material 1 set property 'MODULUS' value 2e+10
modify material 1 set property 'POISSON' value 0.3
modify material 1 set property 'DENSITY' value 1930
modify material 1 set property 'DILATANCY_ANGLE' value 12.4
modify material 1 set property 'INT_FRICTION_ANGLE' value12.4
modify material 1 set property 'COHESION' value 26478
set duplicate block elements off
block 1 add surface 1
block 1 name 'Борт'
block 1 material 1 cs 1 element plane order 3
create displacement on curve 3 5 dof 1 fix
create displacement on curve 4 dof 2 fix
create gravity global
modify gravity 1 dof 2 value -9.81
analysis type static elasticity plasticity dim2 planestrain
nonlinearopts maxiters 100 minloadsteps 10 maxloadsteps10000 tolerance 0.001 targetiter 5
.svg)
.jpg)
.jpg)
