• Description

在分析隧道、開挖、邊坡穩定性和挡土結構時,需要使用專為地質結構工程應用定制的非線性材料模型。地質結構模組是結構力學模組的附加模組,其中包含的內置材料模型可用於模擬土壤、混凝土和岩石中的變形、塑性、蠕變和破壞。此外,模組中還包含了通過 von Mises Tresca 準則描述金屬塑性的標準非線性材料模型,進一步增強了結構力學模組中包含的安全和失效評估特徵。


用於多物理場建模的地質結構材料本質模型


地質結構材料建模功能可以增強「結構力學模組」支持的所有結構分析。為了在地質工程分析中準確反映真實世界的各種效應和現象,您可以將「地質結構模組」中的特徵和功能與 COMSOL 產品套件中的其他模組相結合,從而對多物理場效應進行耦合分析。例如,與地下水流模組結合使用時,可以對多孔介質流動、多孔彈性、溶質遷移和傳熱進行建模。


地質結構模組中材料模型

以下是地質結構模組中可用的一些材料模型

土壤塑性

地質結構材料建模也能夠定義表現為土壤塑性和彈塑性地質材料的屬性,並與線性和非線性彈性材料一起使用。以下是一些可用的地質材料模型:

  • Mohr-Coulomb (莫爾-庫倫)
  • Drucker-Prager (德魯克-普拉格)
  • Ellipsoid Cap (橢圓端蓋)
  • Tension Cutoff (拉伸截斷)
  • Matsuoka-Nakai (松岡-中井)
  • Lade-Duncan (Lade-Duncan)
  • Nonlocal Plasticity (非局部塑性)
  • Implicit Gradient (隱式梯度)

 

弾塑性地質材料

此外,「地質結構模組」中還提供了弾塑性地質材料特徵,用於模擬在即使無限小應變下也呈現非線性應力-應變關係的情況。其中提供以下地質材料模型:

  • 修正劍橋黏土模型
  • 修正的結構化劍橋黏土模型
  • 擴展巴塞隆納基本模型
  • 硬化土壤
  • 非局部塑性模型
  • 隱式梯度模型

混凝土和岩石

借助地質結構模組,您可以使用表示混凝土和岩石的失效準則(通常描述由拉應力導致的失效)來定義建模材料的屬性。這些材料模型可以與線彈性材料和非線性彈性材料特徵一起使用,其中提供以下混凝土和岩石材料模型:

混凝土

  • Ottosen
  • Bresler-Pister
  • William-Warnke
  • 拉伸截斷

岩石

  • 原始Hoek-Brown
  • 廣義Hoek-Brown
  • 拉伸截斷

彈塑性延性材料

除了用於土壤的彈塑性材料模型以外,您還可以透過「地質結構模組」使用以下兩種延性材料(如金屬)的彈塑性模型:

  • von Mises
  • Tresca 準則
  • 使用者定義的塑性
  • 非局部塑性
  • 隱式梯度

非線性結構材料模組還提供其他彈塑性材料模型。


損傷

准脆性材料(如混凝土或陶瓷)在機械載荷下的變形表現為初始彈性變形。如果超過應力或應變的臨界水平,彈性階段之後將出現非線性斷裂階段。當達到這個臨界值時,裂紋會產生並擴展,直到材料斷裂。裂紋的產生和擴展在脆性材料的破壞中起著重要的作用,這種特性可以通過許多理論來描述。其中提供以下損壞模型:

  • 等效應變準則
  • 朗肯
  • 平滑朗肯
  • 彈性應變張量的模
  • 使用者定義
  • 相場損壞
  • 正則化
  • 裂紋帶
  • 隱式梯度
  • 黏性正則化
  • Mazars 混凝土損壞

 

非線性彈性

非線性彈性材料的意思是在無限小應變下也有非線性的應力-應變關係。其中提供以下非線性彈性模型:

  • Ramberg-Osgood模型
  • 雙曲線定律模型
  • Hardin-Drnevich模型
  • Duncan-Chang模型
  • Duncan-Selig模型
  • 使用者自定義模型

當這個模組與"非線性結構材料模組"一起使用時,還提供其他材料模型。


蠕變

蠕變是一種非彈性的瞬時變形,當材料在足夠高的溫度下受到應力(通常遠小於屈服應力)時就會發生這種變形。在「地質結構模組」中,您既可以使用由用戶定義的蠕變,也可以輸入用戶定義的非彈性應變率表達式。

 

本模組與「非線性結構材料模組」結合使用時,還提供其他材料模型。


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