在 Abaqus 中使用 Mohr-Coulomb

莫尔-库仑理论

莫尔-库仑理论是一种数学模型，它描述了脆性材料（例如混凝土或碎石堆）在剪切应力和正应力作用下的响应。大多数传统工程材料在其剪切破坏范围内至少部分区域都遵循这一规律。该理论通常适用于抗压强度远大于抗拉强度的材料。在岩土工程中，土壤和岩石的剪切强度是根据该理论在各种有效应力下定义的。本教程包将全面讨论莫尔-库仑Abaqus模拟。.

在结构工程中，它用于计算混凝土及其他类似材料的破坏荷载和位移断裂角度。材料断裂所需的剪应力和正应力比是利用库仑摩擦假说计算的。.

本软件包将展示该理论的四个实际应用：隧道在土体中受内部爆炸载荷作用下的动力学分析、使用 ABAQUS 软件分析地下箱形管在地面爆炸下的损伤、管道内部爆炸损伤力学的数值模拟，以及在涉及耐撞性的情况下，模拟土壤冲击分析的欧拉方法。您可以在下方阅读更多关于 Mohr-Coulomb Abaqus 示例的详细信息。.

研讨会 1：损坏利用地面爆破法评估地下箱形隧道

由于缺乏及时探测外部恐怖袭击并采取预防措施的系统，此类事件近年来已成为对隧道结构安全影响最大的事件之一。本次模拟利用ABAQUS程序，研究了地面爆炸引发的地下箱形隧道的变形情况。在显式分析中，TNT爆炸产生的冲击波在空中和地面传播过程中，会在混凝土管内产生张力。您可以在上文中看到一些与模拟相关的图表。.

研讨会 2： 利用Abaqus中的CEL方法对受内部爆炸荷载作用的土体隧道进行动力分析

在本 Mohr-Coulomb Abaqus 教程中，我们使用 Abaqus 中的 CEL 方法研究了土体隧道在内部爆炸荷载作用下的动力特性。模型中，混凝土管被表示为实体部分，区域被表示为欧拉部分，TNT 和土体被表示为实体部分，梁被表示为线段部分。您可以在下方看到一些组装部件的示意图。.

用于输送公用设施管线、输水管道、地下道路和铁路的隧道都是民用基础设施的重要组成部分。近几十年来，由恐怖活动引发的地下基础设施爆炸事件已成为人类文明面临的重大威胁。由于爆炸冲击波在隧道壁上多次反射而形成的通道效应，隧道内部爆炸往往比地面爆炸更加危险。因此，必须合理建造能够承受爆炸载荷的隧道，以保护其免受爆炸事件的侵害。为此，需要通过实验和统计方法了解隧道对爆炸载荷的响应。目前的研究重点是针对承受爆炸载荷的隧道进行精细的数值分析。.

针对土体的弹性特性和莫尔-库仑塑性，以及TNT的JWL状态方程，并考虑到混凝土隧道的高压和易坍塌性，本文采用Johnson-Holmquist模型。这种分析方法非常适合动态显式方法。所有接触域和梁在混凝土基体中的嵌入区域均已考虑在内。为了确定TNT的位置和数量，采用了欧拉模型体积分数法。欧拉域和混凝土隧道均被赋予相应的边界条件。网格划分对结果有显著影响，因此需要采用较小的网格尺寸。.

仿真完成后，所有结果，包括混凝土损伤变量、应力、梁损伤、应变及其他结果，均可获得。（莫尔-库仑 Abaqus 仿真示例）

研讨会3：管道在内部爆炸作用下损伤力学行为的数值模拟

本教程利用数值模拟和Abaqus软件，研究管道内部爆炸的损伤力学行为。采用三维壳体模型模拟钢管，并将泥土视为三维实体。泥土从钢管一侧插入。各部件的组装情况如下图所示。.

该管道具有分布范围广、管内压力高、输送距离长等特点。一旦管道破裂，极易引发爆炸和燃烧等灾难，造成难以估量的生命和财产损失。由于介质条件多变且边界条件复杂，难以精确求解高压管道爆破问题。对于钢管，本文选用Johnson-Cook塑性模型。该模型具有硬化定律的解析形式，是Mises塑性模型的一种特殊形式。它适用于包括大多数金属在内的多种材料的高应变速率变形，并考虑了速率依赖性。对于钢管，本文采用JC塑性损伤模型来描述高应变速率载荷以及爆炸载荷造成的损伤。对于土体部分，本文选用Mohr-Coulomb塑性模型。该模型适用于动态显式步骤。摩擦力通常被用作接触行为的主要形式。选择最佳接触或连接约束来指定钢管下表面与土体之间的接触。采用TNT爆炸定义作为入射波，并使用CONWEP爆炸技术。土体下表面采用固定边界条件，而钢管两端采用销钉边界条件。为了获得正确的结果，必须对网格进行定位。.

模拟结束后即可获得结果，包括应力、应变、损伤、膨胀、土壤变形、爆炸深度等。您可以在上方看到一些莫尔-库仑 Abaqus 模拟结果图。.

研讨会 4：用于碰撞安全性应用的土壤冲击分析的欧拉方法模拟

本研究的主要驱动力在于发明并应用了一种显式非线性动力学有限元方法，用于检验小型轻质刚性物体撞击软土的耐撞性。撞击地形的特征对飞机的坠毁方式有着显著影响，因为不同的地形会对结构产生不同的冲击。本研究重点在于一种表征和验证软土作为撞击地形的数值模型的方法。该方法通过对软土中贯入试验的有限元分析进行了验证。它主要基于时间显式欧拉有限元分析代码。为了减少在处理具有大变形问题（这是碰撞分析的特征）时，使用拉格朗日求解器经常出现的数值不稳定性，本研究采用了欧拉有限元方法，而不是更常用的拉格朗日有限元方法。这些数值不稳定性问题可能导致分析提前终止，并影响结果。非线性瞬态动力学研究已大量使用了显式有限元代码。在本模拟中，土壤被建模为欧拉分量，弹丸被建模为刚体。分析过程中，弹丸被插入土壤中，并在土壤中形成一个孔洞。以上是一些与模拟相关的图示。希望您已充分了解莫尔-库仑 Abaqus 模拟；如果您对本教程有任何疑问，请通过页面左侧的在线聊天联系我们。.

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