水工结构有限元分析系统AutoBANK操作说明书.pdf
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1、水工结构有限元分析系统(AutoBANK v5.0):混必指閻河海大学工程力学研究所由于软件升级,目前发行版本中的菜单命令可能和本操作指南描述有所不同,但操作 指南中的所有菜单命令都可以在软件中找到,所有功能都能实现。目录第一部分一般说明1.I 简介1.2 安装AutoBANK1.3 融1.4 一般注意事项1.5 一般操作步骤1.6 新建/打开工程1.7 坐标系1.8 单位制和比例尺1.9 关于程序界面第二部分渗流场计算2 般歩理2.2 半自动单元网格划分四边形单元2.3 全自动单元网格划分三角形单元2.4 关于单元网格划分的补充说明2.5 边界条件之一:已知水头边界2.6 边界条件之二:水位
2、随时间变化的边界2.7 边界条件之:可能渗出边界2.8 边界条件之四:已知流量边界2.9 边界条件之五:防渗墻2.10 准备求解:求新流场计算数据2.1I 求解渗流场2.12 看结果之一:浸润线2.13 看结果之:等势线2.14 结果之三:流速矢量图2.15 结果之四:流速等值线图2.16 结果之五:水力坡降等值线图2.17 结果之六:点和断面上数据2.18 结果之七:渗透第三部分变形、应、应变、稳定计算3.I 概述3.2 材料之:线弹性材料(各向同性/异性)3.3 材料之二:弹模随深度变化的弹性材料3.4 材料之三:弹塑性材料3.5 位移边界条件3.6 初始应状态3.?固结边界条件(仅限于增
3、强版)3.8 施工开挖/填筑3.9 水压荷载3.10 分布荷载3.11 集中荷载3.12 定义工程3.13 求解3.14 后处理之一:各位移应随空间变化情况3.15 后处理之二:各位移应随时间变化情况3.16 后处理之三:主应矢量图3.17 后处理之四:位移矢量图3.18 后处理之五变形图3.19 后处理之六:塑性区3.20 后处理之七:断面上的应和内力3.21 后处理之:任意点的应和位移3.22 后处理之九:内力图3.23 后处理之九:稳定计算3.24 杆系结构的内力计算、较节点第一部分一般说明1.1简介AutoBANK由河海大学工程力学系(工程力学研究所)研制,闸等水工建筑物进行详细的分析
4、计算。其特点:内部采用有限元技术,可对土坝、堤防、涵洞、水 针对我国水利行业的要求而设计,具有明显行业特点。全部图形化界面,操作简便,最大限度地提高工作效率。渗流,变形,应,稳定计算一体化,各计算阶段无缝结合。技术先进,计算方法处于目前我国水利设计行业的领先水平。核心模块经历过长期使用和考题,软件运行稳定,结果可靠。输出结果全面、图形美观。主要功能:稳定渗流场分析输出等势线,渗流量,浸润线,水力坡降,任意点的流场数据、任意断面的流场数据分布图 位移、应应变分析输出位移,变形,应,主应力随空间的变化,随时间的变化,任意点的力学参数,任 意断面的力学参数分布图和内力数值。.施工顺序模拟可以考虑分期
5、加载/卸载,模拟开挖/填筑过程。结构力学计算杆件系统的内力与位移。Biot固结计算输出孔隙水压、附加孔隙水压随空间、时间的变化,输出附加孔隙压力的消散过程,有效.应数值随时间的增长,可用于确定合理筑堤速率,计算长期沉降(限于增强版)。稳定计算输出基于滑动面上抗剪强度与剪应比值的滑动安全系数,可以考虑任意指定滑面,滑面组,最危 险滑动面。全部图形化交互式前后处理网格自动剖分,所见即所得边界条件设定,等值线,等色图(云图),山峰图等数值表示法。1.2 安装AutoBANK软件环境:Windows95/98/Me/2000/XP操作系统,AutoCAD R14/2000-2006o硬件要求:内存不小
6、于128M 同时要求机器至少安装块网卡,在网上邻居中能看到 本机。安装说明:运行光盘AutoBANK子目录下的setup.exe即可安装本软件,由于Windows操 作系统版本的差别,安装过程中可能出现某些动态连接库(DLL)的已经存在而不能覆盖 的提示,按“取消”跳过即可。1.3 注册目前的AutoBank为网络版,运行需要服务器程序server支持,server程序使用硬件狗加 密,对软件的使用权限进行认证。对于网络版,请先安装服务器程序,得到服务器程序的IP地址和端口号,然后用用帮助 菜单下的注册命令弹出注册对话框,输入服务器程序的IP地址和端口号。在使用AutoBANK时,需要服务器程
7、序处于运行状态。服务器程序也可以和AutoBANK安装在同一台计算机上。AutoBANK+AutoCADServer程序+加密狗认证1.4 一般注意事项当完成安装过程之后,您就可以和启动其它windows应用程序一样在程序管理器中运行 AutoBANK 了,AutoBANK有自己的菜单和对话框,位于顶部,它使用ACAD R14/2000的介面实现可 视化操作,其优点可以利用ACAD丰富而成熟的绘图命令,可获得高质量的输出图形,还可以 利用已经存在的图形资料。当启动AutoBANK时,会自动启动ACAD,如果在启动AutoBANK之前已 有ACAD在运行,则不会有新的ACAD进程启动。由于Aut
8、oBANK的可视化是通过 与ACAD的相互通信实现的,在使用AutoBANK的同时,ACAD的 所有功能均有效,因此,您可以交替使用ACAD和AutoBANK命令,但每次使用AutoBANK命令时 要求其它命令己经执行完毕,即ACAD处于等待状态。否则命令将不能执行,出现“部件忙,不 能响应的系统信息,此时您只需要继续将ACAD未完成的操作完成即可恢复正常的状态。1.5 一般操作步骤个典型的分析一般遵循以下操作步骤,根据具体问题的不同情况,有可能跳过其中的若 干步,详见每步操作说明。1.6新建/打开工程1新建工程所谓新建工程,事实上就是新建一幅ACAD图。使用工程菜单中的新建命令,程序 建立一
9、个与工程名同名的子目录,工程中的有关数据文件,图形文件(.DWG)都存在 此目录中。也可以使用ACAD的有关命令新建一幅图形.2打开工程 用于继续完成前一次的分析,使用工程菜单中的打开命令,程序 打开已有的.DWG文件,当程序出现“select shape file”菜单时是ACAD提示输入文档 中的形文件名。也可以使用ACAD的有关命令打开一幅已有的图形.1.7坐标系本系统的渗流场计算仅限于平面问题,位移/应计算可以是平面应变、平面应或三维轴对称问题。采用坐标系为:X轴向右,y轴向上(与ACAD的坐 标系一致),当是轴对称问题时,取y轴为对称轴。1.8 单位制和比例尺计算中可能有多种几何物理
10、量,单位应该配套使用,AutoBANK推荐使用以下两种 国际单位制:长度力时间压强 力)容重渗透系數流速端量米千牛秒千帕千牛/立方米米/秒米阳立方米/秒1SKPa期$m/s邢毫米牛秒牛/平方毫米牛/立方毫米毫米/秒毫米慟立方毫米/秒2加F川SN/貳N/加jsjss/sjsjs/s欣/sAutoBank根据图形上的线条获取有关计算需要的几何信息.所以规定使用 1:1的比例绘亂即图上一个长度单位对应实际结构的个长度单位.例如:某梁的 长度为10米,在图上绘的长度也应该为10个长度单位.(上表的第1种单位制)1.9 关于程序界面 AutoBANK正常启动之后,将抓住ACAD的窗口作为其图形窗,win
11、dows任务栏上ACAD 任务随之消失.退出的顺序是:先退出AutoBANK,后退出ACAD,退出AutoBANK请不要用右 上角的“X”按钮,而应该使用“工程”菜单下的“退出”命令,退出时AutoBANK松开ACAD窗口,.windows任务栏上ACAD任务随之重现.AutoBANK有自己的菜单和工具条.位于顶部,ACAD窗口的上方.AutoBANK工具条按钮 是菜单命令的快捷方式,目前仅一部分菜单命令有对应的工具条按钮.,多数AutoBANK命令需要对话窗口,例如单元网格划分和材料参数输入等.用对话窗口一 命令的命令按钮和文本框进行操作.部分对话窗口上的“?”按钮 提供了本窗口的帮助信息,
12、操作时可以查看.第二部分渗流场计算2.1 一般步骤!定义各种可能出现的材料的渗流特性,如果是稳定渗流,只需要渗透系数.如果是非稳定渗流,需要渗透系数和给水度.(可以使用程序中的经验公式根据孔隙比计算给水度.)2划分单元,可以用半自动网格划分或者全自动网格划分两种方法.在生成网格时同时选择单元 的材料名。3定义边界条件,有固定水位边界,可能出逸边界,水位变化边界,防渗帷幕等。4保存图形文件,生成数据文件。5求解渗流场6看各种渗流场的结果。2.1定义渗透系数作用:定义渗流计算材料参数渗透系数和给水度。菜单命令:材料操作步骤:1、编辑材料属性程序界面将出现材料窗口,由材料表和若干操作按钮组成。随软件
13、升级,材料类型会不断增加,对于渗流 计算可以选用除梁杆材料、接触面材料以外的任何类型材料。仅需要填写与渗流有关的参数,对稳定渗流需要水 平/垂直方向的渗透系数,对非稳定渗流还需要给水度。对于给水度,可以根据孔隙比使川程序中的经验公式计算 2按“确定”退出,程序自动保存材料的有关信息到ACAD图形中。说明:1、当输入的材料名称为个新名称时,在材料表中将增加一种材料,当名称在材料表中已经存在时,将覆 此种材料的数据。2、给水度用于非稳定渗流计算。3、同工程中,材料的种数不能超过25种。4、如果单元的渗透系数为零,程序自动作为(不透水)结构进行处理,在流场计算时将不考虑这部分单元如果进步进行应变形计
14、算,可以选择把扬压力作为结构的荷载(详见应变形计算部分)。2.2半自动单元网格划分四边形单元说明:本操作用半自动方式生成四边形单元,对复杂的剖分区域需要用若干个四边形子域拼 接形成,划分单元对子域依次进行。_ 菜单命令:网格划分)半自动划分网格(四边形单元)操作步骤:第一步:选择单元材料类型和名称(之前用材料菜单中的命令定义)。第二步:设置单元数量,例如3*3,第三步:用直边分区、曲边分区四个角点单元加密四种方式中的任何种生成单元,.分别说明如下:,3-A直边分区:用鼠标左键选择个或者组事先绘制的四边形子域,按右键完成。子域可一 以用AutoBank的绘直边分区命令或者ACAD的四边形命令绘制
15、。3-B曲边分区:一般用于边界为曲线的区域,用鼠标左键选择个或者一组事先绘制的曲边 四边形子域,按右键完成。子域可以用AutoBank的绘曲边分区命令绘制。3-C四个角点:用鼠标左键顺序点取4个点,程序自动以这些点为子域的角点进行单元划.分。:3-D单元加密:用于对已经形成的单元进行加密,先设置的密度,如2*2,然后按单元加密:后在图中选择需要加密的若干单元后按右键完成。技巧:可以利用单元加密命令更换单元的材料属性,在加密前选择新的材料名,按1*1加密即 可。.23全自动单元网格划分三角形单元概念:所谓分区是指相同材料形成的连通区域,可以用一条外边界线 或者一条外边界线与多条.内边界线(如果有
16、孔口或者内部不同材料)确定一个分区,内外边界线应该都是闭合的。:菜单命令:网格划分全自动划分网格(三角形单元)操作:第一步:用AutoCAD的多义线绘制材料分区的外边界和内边界(如果有的话),形成一个或者数个 闭合多边形。,第二步:按添加剖分标记按钮,在以上闭合多边形的每个角点处添加剖分标记,剖分标记是 个圆,其半径定义了该角点处的单元边长。注意使剖分标记圆心和角点重合。在添加前可以先 设定其半径,也可以添加后在图中调整其半径大小。第三步:选择当前分区的材料类型和材料名称。(剖分之前应该用“材料菜单中的命令定义 程中各种材料)第四步:按选择分区并剖分按钮,先选择分区的外边界线,后选择内边界(如
17、果有的话),按鼠.标右键完成选择,程序自动进行剖分并把材料赋给单元。:第五步:按删除剖分标记按钮,程序将剖分标记删除。说明:!每次按选择分区并剖分按钮,只能对个分区进行剖分。多个分区可以逐个进行。:2为使相邻分区单元的边界节点重合,在完成一边分区剖分后,不要改变公共边界线上的剖分标记大小。.3剖分标记半径应该小于等于其所在多边形角点两侧的较短边长。技巧:选择分区时,为了方便点取线条,可以考虑关闭单元层和边长控制层,用对话框的对应开关控制。2.4关于单元网格划分的补充说明1提高计算精度的措施1)单元形状应该尽可能规则,内角不要相差太多,内角大于180度的单元是非法的。2)在求解区域的凹角处应该布
18、置较多的单元,可以较准确地反映该处应、应变,水力坡降等 阶量的奇异性质。3)在求解区域的凹角处可据实际情况进行局部修圆处理。2复杂形状边界的网格划分1)虽然任何复杂的形状都可以剖分成四边形单元,但拼接较费时,推荐使用全自动网格划分(三角形单元)。2)单元的节点是可以移动的,您可以选择单元(四边形单元点击其对角线)后拖动节点至适当 的位置。单对可删洞EJ rL 3 号孑4)单元内角越接近 精度越高,接近180 度时精度很低,等于 或大于180度将导致 计算错误.5)四边形单元和三 角形单元可以同时混,合使用。但要注意边 界上节点重合。(如 图):2.5边界条件之一:已知水头边界作用:给出受已知水
19、头(水位)作用的单元边界。菜单命令:渗流边界固定水位边界操作:1、输入水面的高程(水面Y坐标)可以输入数字,也可以用输入框右边的“按钮在图中点取这个坐标。如您用后种方法,您必须点取两个点,第一点为与水面上的.某一点,再点取另一点,程序将在两点之间绘出水面符号与水面高程。2、绘出与此水位直接接触的单元边界线。按绘边界线按钮后开始绘边界线,注意用ESC 键结束绘边界线的操作。.说明:1、有限元的边界条件实际上是赋予单元节点的,边界线为一条折线(多用线),凡是与 此线重合的单元节点,程序认为受此类边界条件作用,否则认为不受作用。因此,边界线 应该沿求解区域的单元边界绘出,防止区域边界转折的地方出现“
20、漏点”.2、水位高程不一定等于某单元节点的高程,可以有两种处理方法:是边界线绘至离水 面最近的个节点;二是将最近的节点挪动到与水面同高,边界线以该点为端点。.3、如果您想控制水面符号与文字的大小,请使用工具菜单的设置文字特征高度命令后,再启动边界条件命令。,2.6边界条件之二:水位随时间变化的边界:说明:本操作设定渗流场分析的边界条件:水位随时间变化的边界,用于非恒定渗流场分析。操作步骤:第一步:设定水位-时间关系。用“+增加一个水位时刻点,最多可以设定10个水位时刻点,一 用“删除。第一个水位时刻点应该从0时刻开始。第二步:按“绘边界线,沿单元的边界绘边界条件符号,是一条较粗的多义线,用ES
21、C键结 束,不支持鼠标右键。一技巧:一 1边界条件符号的粗细和颜色可以在选项栏中设定。2用“”在图中点取水位时,应该点两点,第一点取水位高程,第二点为水面符号位置。2.7边界条件之三:可能渗出边界说明:1、该类边界条件认为节点水头等于高程。2、只用于下游坡。作用:给出下游坡可能出逸的范围,不包含水下边界。菜单命令:渗流边界出渗边界操作:1、按“绘边界线按钮之后开始绘出边界线,用ESC键结束。2、参见边界条件之2.8 边界条件之四:已知流量边界作用:绘出已知的节点流量。正值表示流进求解区域,负值代表流出求解区域,在计 算某些井点排水时可能遇到此种边界。菜单命令:渗流边界已知节点流量操作:在流量数
22、值对话框中填写已知流量数值按“绘流量符号按钮,在单元节点处绘流量符号,注意,只有绘在节点处的流量是有效的2.9 边界条件之五:防渗墙作用:模拟完全不透水的防渗帷幕,如插塑等。菜单命令:渗流边界防渗墙操作:按“绘防渗帷幕”按钮,沿单元边界绘出防渗帷幕。用ESC键结束绘图。说明:1、只有沿单元边界的防渗帷幕起作用。2、位于防渗帷幕左右两侧的单元节点无流量交换,但是防渗帷幕的端点仍然认为是 透水的。3、求解区域不应被防渗帷幕完全隔开,或者说防渗帷幕不应贯穿整个求解区域,因 为这样意味着求解区域被分割成两个独立求解区域。2.10准备求解:更新流场计算数据作用:形成流量计算的数据文件。菜单命令:渗流求解
23、1 更新数据操作:按“更新数据”按钮。一般情况下应该选用“优化”开关,以便使程序对节点编号顺 序进行优化,以获得较高的求解效率。按单元号按钮将使您看到单元编号,按节点号 将使您可以看到节点编号。.2.11求解渗流场 作用:形成渗流场有限元方程,并解之,获各种流场物理量数据;,菜单命令:渗流求解2求解渗流场二 操作:设置最大迭代次数与迭代误差,一般情况下可以使用最大迭代0,误差二0.01。求解完成,之后,您可以看到渗流量,记录渗流量后按退出按钮。:说明:一 1、在求解时,没有给定边界条件的区域边界(默认边界)认为是不透水的(对成渗流控制方程 的自然边界条件)。,2、先选择问题类型,本版本可以考虑
24、稳定渗流和非稳定渗流,用“非稳定渗流”开关控制。3、如果渗流区域内有非饱和区,打开“非饱和区”有利于提高计算精度。.4、如果计算非稳定渗流,必须预先定义“水位变化边界条件”,同时在材料属性中给出“给水度”数值,见渗流边界条件说明部分。5、程序中“精度控制”各项对计算影响不大。6、非稳定渗流计算时,求解从0小时开始,求解到何时结束在程序界面中设定(求解到时刻)。求解到时刻可以超出水位变化时段,也可以不超出。.7本软件非稳定渗流计算采用先进计算方法,求解步数可以设定,较多的步数可以详细了解浸润 线变化过程,对最终结果影响甚微。程序可以绘出水面线变化过程,用“绘浸润线变化过程开关 控制。开关边的小色
25、块可以选择绘图色彩。-8参见“水位变化边界条件”部分的说明。.9求解结束后可以看到渗流量和浸润线变化过程(对非稳定渗流),其他结果用AutoBANK的“看 Z渗流结果菜单中的若干后处理程序来显示。2.12看结果之一:浸润线作用:绘等压强线,压强为零的等压强线即为浸润线。菜单命令:渗流结果)浸润线操作:1、按“绘图”按钮,程序将绘岀等压强线(或浸润线)。2、给等压强线标数值(参考2.12结果之六:断面与点的数值)。说明:1、压强的数值等于水头减去位置的高程,等压线与等势线不一定正交。可有两种方式绘等压强线,即等值线或等色图。2、可以选择绘图精度,精度越高,绘图越精细。但速度越慢。可以选择绘图的颜
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