【COMSOL】全流程实践与解析 Demo1-隧道开挖

目录一、模型向导二、建模1. 几何2. 物理场3. 边界条件4. 塑性变形5. 网格三、计算COMSOL版本6.4对应【文件】 →【案例库】中的tunnel_excavation案例一、模型向导新建 → 模型向导 →空间维度二维一般建模都会从低维开始建模物理场结构力学 → 固体力学物理场中没有单独的岩土力学岩土力学是根据固体力学接口展开的研究稳态不考虑时间变化研究以什么数学形式、在什么条件下求解当前物理模型的一次计算任务的定义COMSOL 流程物理场 → 研究 → 求解器 → 计算 → 结果物理场我要解什么方程研究我要以什么形式研究这个方程求解器具体用什么数值算法求解岩土力学问题通常研究的是——岩石在某一组恒定载荷作用下最终达到的平衡状态通常不关心变化过程中岩石每一秒的变形情况而是关心最终的平衡状态故一般选择稳态研究二、建模1. 几何右键几何选择矩形设置矩形参数大小、位置等点击【构建选定对象】即可创建矩形点击图形上方的【缩放到窗口大小】可以将图形居中按住鼠标中间左右滑动可以缩放按住右键可以平滑移动坐标不变点击几何中心可以拖动改变坐标右键几何选择圆同理设置好参数后【构建选定对象】【旋转角度】正数为逆时针负数为顺时针2. 物理场挖隧道前后是两个状态需要分别分析再新建一个固体力学物理场第二个物理场是挖去隧道后的分析域不包含圆3. 边界条件根据案例分析几何左边是对称右边是辊支承下面是固定约束第一个物理场 solid在所有域上添加重力方向为负矢量方向与坐标系同向为正反向为负应力应变拉伸为正压缩为负g_const内置变量后处理中可见下表面添加固定约束可以在菜单栏 → 物理场 → 边界中添加右表面添加辊支承左表面添加对称第一个物理场solid计算得到的应力可以作为第二个物理场solid2的预应力第二个物理场 solid2在【线弹性材料】中添加【外部应力】属性在外部应力张量中选择【第二类皮奥拉-基尔霍夫应力】始终站在岩石最初的位置观察应力变化可以理解为一种记录应力的方法同 solid添加【重力】在下表面添加【固定约束】右边添加【辊支承】左边添加【对称】4. 塑性变形在 solid2 的【线弹性材料】中添加【土壤塑性】属性屈服准则选择DP 匹配 MCDP 在数学计算上更方便、平滑MC 的参数更符合工程认识理解主要作用E 杨氏模量土有多硬决定弹性变形大小ν 泊松比压扁时旁边怎么鼓决定横向/纵向变形关系c 黏聚力土自己抱得有多紧提供抗剪强度φ 内摩擦角土颗粒有多难滑提供抗剪强度屈服准则什么情况下算极限判断是否屈服MC一套岩土屈服判断方法根据土的强度特征判断屈服DP另一套屈服判断方法更适合有限元中的三维塑性计算E、ν土没坏之前怎么变c、φ土有多难被剪坏MC/DP屈服判断方法内聚力和内摩擦角的定义在组件 →材料→ 空材料中设置5. 网格先选用【物理场控制网格】构建基础网格再用【用户控制网格】加密网格提高精度右键【自由三角形网格】调整【分布】选中需要加密的域修改【单元数】三、计算添加一个稳态研究分别计算两个物理场减小单次运算量在【研究】中点击【计算】在【变形】中可以修改【比例因子】设置为【1】表示按真实计算出来的位移大小显示不会为了变形明显而人为缩放表达式等效应力 solid.misesGp表示把复杂的三维应力状态压缩成一维的应力数值方便判断受力情况查看表达式的对应公式需要打开【方程视图】