邓肯张E-B模型在ANSYS中的二次开发及应用

简介：
本文介绍了基于邓肯-张E-B模型在ANSYS软件中进行二次开发的方法，并探讨了其在工程实践中的广泛应用。 ANSYS是全球知名的大型通用有限元分析软件，在土木工程、水利及机械制造等领域得到广泛应用。它强大的仿真能力使用户能够在计算机上模拟复杂的工程问题，包括土石坝的稳定性分析。然而，由于土石坝材料具有非线性特性，标准版ANSYS可能无法准确描述这些材料的行为，从而影响了分析结果的准确性。为解决这一问题，进行ANSYS二次开发以集成特定土石坝材料模型成为一种有效的方法。 邓肯张E-B模型由Duncan和Chang提出，基于常规三轴试验数据能够较好地反映土石坝材料非线性行为。此模型包括凝聚力（c）、内摩擦角(ϕ)、体积模量系数(k)等关键参数，并通过实验测定获得这些值，是该模型的重要组成部分。 在进行ANSYS二次开发时，可以利用APDL (ANSYS Parametric Design Language) 参数化编程语言创建用户自定义材料模型。本段落作者即采用此方法将邓肯张E-B模型集成到ANSYS软件中。 土石坝逐级施工过程的模拟通常需要激活和杀死某些单元来代表实际施工中的添加或移除材料的过程，从而准确地反映大坝建设的不同阶段。这一操作可以通过如[EKILL] 和 [EALIVE] 等命令完成。 牛顿-拉普森选项（NROPT,FULL）是处理非线性问题的重要工具之一，在土石坝分析中每次迭代可能需要更新刚度矩阵以适应材料的非线性特性，这对于保证结果准确性至关重要。 由于施工过程分阶段进行，每一阶段完成后都需要通过重启动来继续下一阶段。在重启前需保存相关参数和数据，并于重新激活或杀死单元后恢复这些值以确保分析连续性和准确性。 土体非线性分析的关键在于找到合适的本构关系并确定力学参数。本段落采用中点增量法进行逐级施工过程中的应力、应变及位移计算，模拟整个结构的非线性响应，并最终获得准确的结果。 通过这项工作，成功地将邓肯张E-B模型集成到ANSYS中，提高了土石坝分析的可靠性和准确性。开发出的应用程序基于参数化设计且用户界面友好，操作简便，在土工非线性有限元计算分析领域具有广泛应用前景。