[發(fā)明專利]一種基于ABAQUS的巖石力學(xué)試驗(yàn)數(shù)值仿真方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810077225.5
• 申請(qǐng)日: 2018-01-26
• 公開（公告）號(hào): CN108182335A
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王輝;鄭朋強(qiáng);王清標(biāo)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 西安銘澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61223
• 代理人: 韓曉娟

本發(fā)明公開了一種基于ABAQUS的巖石力學(xué)試驗(yàn)數(shù)值仿真方法，涉及巖石力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用Python語言對(duì)ABAQUS軟件進(jìn)行二次開發(fā)，對(duì)前處理過程(包括模型尺寸、加載參數(shù)的確定等)以及后處理過程(模擬結(jié)果的輸出、數(shù)據(jù)的采集)進(jìn)行編程，建立巖石力學(xué)試驗(yàn)過程的參數(shù)化數(shù)值模擬仿真系統(tǒng)；將考慮剪切效應(yīng)的Drucker?Prager破壞準(zhǔn)則編入ABAQUS軟件的vusdfld子程序中，引入失效單元?jiǎng)h除算法研究荷載作用下巖石試塊變形破壞過程，實(shí)現(xiàn)了巖石力學(xué)試驗(yàn)過程的數(shù)值仿真，并以花崗巖試塊三軸壓縮試驗(yàn)為例，驗(yàn)證了仿真系統(tǒng)的合理性和有效性；以及本發(fā)明的巖石力學(xué)試驗(yàn)數(shù)值仿真系統(tǒng)可根據(jù)用戶需要與實(shí)驗(yàn)室加載平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配，極大提高了建模和分析效率，同時(shí)豐富了力學(xué)試驗(yàn)內(nèi)容。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖石力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種基于ABAQUS的巖石力學(xué)試驗(yàn)數(shù)值仿真方法。

背景技術(shù)

巖石力學(xué)試驗(yàn)是研究巖石力學(xué)特性，獲取力學(xué)參數(shù)的重要途徑，其應(yīng)用涉及土木建筑、采礦、水利水電、地下工程等眾多工程領(lǐng)域。同時(shí)，隨著現(xiàn)代力學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)值仿真以其模擬分析的有效性、計(jì)算結(jié)果的三維可視化等優(yōu)點(diǎn)，為工程問題研究提供了有效手段。

近年來，關(guān)于巖石力學(xué)試驗(yàn)的數(shù)值模擬已成為巖石力學(xué)特性分析領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。賈善坡等利用數(shù)值模擬方法建立泥巖試樣二維簡(jiǎn)化模型，并根據(jù)非排水條件下泥巖室內(nèi)三軸試驗(yàn)結(jié)果，反演研究巖石本構(gòu)模型參數(shù)。田洪銘等結(jié)合泥質(zhì)紅砂巖的三軸蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果，建立非線性蠕變損傷模型，并利用有限元軟件建立與室內(nèi)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)巖樣尺寸一致的模型，對(duì)試驗(yàn)過程進(jìn)行模擬。王杰等通過單軸壓縮試驗(yàn),對(duì)巖石的破壞過程進(jìn)行分析,并通過數(shù)值模擬獲得了裂紋萌生、擴(kuò)展、貫通直至形成宏觀裂縫的過程。王青元等采用所提出的模型對(duì)7個(gè)不同尺寸的綠砂巖巖樣進(jìn)行了單軸壓縮蠕變數(shù)值模擬，并對(duì)巖石長期強(qiáng)度尺寸效應(yīng)進(jìn)行了分析。趙志濤等建立了砂卵石-砂土復(fù)合試樣有限元數(shù)值模型，通過不同圍壓、不同砂層厚度的復(fù)合試樣的數(shù)值試驗(yàn)，探究了砂層對(duì)復(fù)合試樣強(qiáng)度和破壞規(guī)律的影響。劉洪磊等模擬了花崗巖單軸壓縮試驗(yàn)過程，對(duì)其破裂機(jī)理進(jìn)行研究。

分析以上文獻(xiàn)可知，目前針對(duì)巖石力學(xué)試驗(yàn)的模擬主要側(cè)重于巖石材料本構(gòu)模型的二次開發(fā)或針對(duì)特定尺寸、特定加載方式的模型開展分析，而目前針對(duì)試驗(yàn)過程尤其是模擬分析的前處理過程(包括模型尺寸、加載參數(shù)的確定等)以及后處理過程(模擬結(jié)果的輸出、數(shù)據(jù)的采集)等方面的有效研究成果尚未出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于ABAQUS的巖石力學(xué)試驗(yàn)數(shù)值仿真方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存的問題。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于ABAQUS的巖石力學(xué)試驗(yàn)數(shù)值仿真方法，包括：

通過Python語言編程對(duì)ABAQUS軟件進(jìn)行前處理二次開發(fā)和后處理二次開發(fā)，建立巖石力學(xué)試驗(yàn)過程的參數(shù)化數(shù)值模擬仿真系統(tǒng)；

將考慮剪切效應(yīng)的Drucker-Prager破壞準(zhǔn)則編入ABAQUS軟件中的vusdfld子程序中，并引入失效單元?jiǎng)h除算法模擬荷載作用下巖石試塊變形破壞過程。

進(jìn)一步地，所述前處理二次開發(fā)，包括：通過編程實(shí)現(xiàn)用戶自定義交互式模型尺寸、材料屬性、邊界條件參數(shù)的輸入，并通過有限元計(jì)算，輸出不同參數(shù)下的計(jì)算結(jié)果文件。

進(jìn)一步地，所述后處理二次開發(fā)，包括：通過編程實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算結(jié)果文件的讀取、數(shù)據(jù)分析和用戶指定結(jié)果的顯示。

進(jìn)一步地，所述通過Python語言編程對(duì)ABAQUS軟件進(jìn)行前處理二次開發(fā)和后處理二次開發(fā)，建立巖石力學(xué)試驗(yàn)過程的參數(shù)化數(shù)值模擬仿真系統(tǒng)，具體包括：

將加載參數(shù)軸壓P1和圍壓P2、試樣幾何參數(shù)高H和直徑D、以及試塊力學(xué)參數(shù)密度、彈性模量、泊松比、粘聚力和摩擦角設(shè)定為變化參數(shù)，利用Python語言編程進(jìn)行參數(shù)化建模；