ABAQUS在材料力学教学中的应用展望

第一篇：ABAQUS在材料力学教学中的应用展望

ABAQUS在材料力学教学中的应用展望

孔祥清，翟城，章文娇，曲艳东

（辽宁工业大学，土木建筑与工程学院，辽宁省锦州市，121001）

【摘要】 对有限元软件ABAQUS在材料力学课程教学中的应用进行了分析, 讨论发现如果能很好地将ABAQUS与材料力学教学相结合，不仅可以将材料力学中抽象理论可视化，而且还能用于模拟材料力学实验，不仅可以激发学生学习力学的兴趣，还可增强学生对工程实际问题的感性认识，为其将来能更好地解决工程实际问题打下扎实的基础。【关键词】材料力学，ABAQUS，数值模拟

0 前言

随着高等教育教学改革的不断深入，传统的材料力学教学体系已暴露出许多不合理的地方，为了适应形势，国内许多工科院校都在材料力学课程体系、教学内容、教学方法等方面开展了卓有成效的研究。当前计算机技术和现代数值计算方法的发展,解决问题手段的多样化，给材料力学的发展和教育带来了深刻影响。因而在材料力学的教学中应当体现这种科技发展趋势，在原有的课程体系中融合新的计算技术和引进新的计算工具，从而提高教学质量，加强学生的建模和计算能力，拓宽学生的知识面，培养学生的创新思维。为此，我们对ABAQUS在材料力学教学中的应用进行了一些探索和讨论。ABAQUS有限元技术简介

随着计算机技术的快速发展，数值模拟软件得到了空前的发展。目前比较常用的数值模拟软件比较常见的是基于有限元原理的ABAQUS、ANSYS、MARC等，这些有限元软件具有强大的前处理及后处理功能，对于模拟基础力学中的实验非常有利，特别是大型通用有限元软件ABAQUS，它是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。ABAQUS 包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料，作为通用的模拟工具，ABAQUS 除了能解决大量结构（应力 / 位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析（流体渗透 / 应力耦合分析）及压电介质分析。很多高校已经将ABAQUS作为本科生和研究生的必修课程。ABAQUS应用于材料力学教学中的优势

（1）将抽象理论可视化

对于工科学生来说，材料力学中的概念较多，并且一些概念比较抽象且容易混淆，如内力、应力、应变、变形、位移、应力状态等，初学者往往难以理解。同时在诸如梁的平面弯曲应力及变形构件的组合变形等许多章节的教学过程中，需要推导相关的公式，涉及到复杂的几何和数学知识，包含了大量几何要素和空间位置关系，如弯曲梁横截面的应力分布规律、平面弯曲梁的变形、圆轴弯扭组合变形时应力分布规律等。对于这些内容，传统教学方法单纯通过教师口头讲解和板书绘图，不仅浪费时间而且不易于学生理解，导致学生普遍感到材料力学课程理论枯燥、难懂。而ABAQUS具有直观形象的图形显示功能，可将抽象的应力、应变、位移等数据转化为形象生动的图形。在教学过程中借助于ABAQUS软件，将原本抽象的力学理论和枯燥乏味的概念直观化形象化，通过图形、动画等形式展现在学生面前，这将有助于提高学生的形象思维能力，帮助学生理解教材内容，并培养学生们分析结构的能力。

（2）材料力学实验模拟

材料力学作为一门实践性较强的学科，需要将实验分析和理论研究紧密结合。但是目前，材料力学实验教与学的过程中普遍存在重理论轻实验的现象，严重影响了力学课程的教学质量。大多数学校受实验条件及学时压缩等因素的制约，将材料力学实验课的内容进行了很大部分的删减，保留下来的实验项目也大都是演示性实验，通常是七八个学生一组，共用一根试件进行拉伸、压缩、弯曲等实验，在此过程中大部分学生只是被动地完成了实验，而无法真正亲自参与实验，这就限制了对学生的动手能力以及遇到问题时分析问题、思考问题、解决问题的能力的培养；而且材料力学实验所需要的实验设备价格昂贵，大都为破坏性实验，需耗费大量试件，因此不便于重复进行；另外还有很多力学过程并不能在实验室演示，如应力集中现象、构件组合变形、压杆失稳等。以上这些问题的出现必然影响整体材料力学的教学水平。基于以上问题，充分利用ABAQUS的计算和分析优势，将材料力学实验教学与ABAQUS的数值仿真技术结合起来，利用其强大的建模及分析能力，演示力学过程和问题分析过程，尤其是借助于ABAQUS中的后处理模块，能以动画的形式动态显示结构从加载到变形直至破坏的全过程，这相当于将力学实验室搬到了课堂进行现场演示，而且模拟力学实验过程可以重复进行多次，这也是比实际实验优越的一面，学生在重复的过程中对一些现象进行深入的探索、研究，从而启发学生的创新性思维，甚至帮助学生完成目前很多高校力学实验室不能展开的重要力学实验，例如，扭转、压杆稳定等。总之，将ABAQUS应用到材料力学实验教学中，是对完善传统实验教学方式的一种尝试；用该数值试验补充常规的物理实验，注重创新探索性，不但有助于学生对力学基础知识的理解，有利于学生创新意识的培养，而且能够在教学过程中启发学生，理论与实践相结合，达到形式、内容和结果的全部新颖性。

结论

将ABAQUS应用于材料力学教学中，对相关材料力学问题及实验现象进行分析计算，使学生更容易理解,也激发他们的学习兴趣。更为他们今后更进一步深造或走上工作岗位后应用有限元技术解决工程中许多实际问题打下良好的基础。

第二篇：多媒体教学在建筑力学教学中的应用

摘 要： 建筑力学课程理论性强，内容缺乏趣味，按传统教学方法教学，效果不理想。而教学过程中的多媒体使用 ，能激发学生的学习兴趣，在一定程度上提高了教学效果，但也存在一定的弊端。本文提出了在建筑力学的教学过程中使用组合教学的方法，能有效的提高教学效果。

关键词： 建筑力学；多媒体教学；组合教学；教学效果

The Application of Multimedia Teaching in Mechanics of

Construction

LI Jian-hua SU Fang

(College of Water Conservancy and Civil Engineering, Xinjiang

Agricultural University,Urumqi, 830052)

Abstract: The mechanics of construction curriculum is very

theoretical, and the content is short of interest.Teaching

with the traditional teaching methods, the effect is not

ideal.However, the use of multimedia in teaching process, can

not only stimulate student's study interest, but also enhance

the teaching effect in the certain extent, despite of some

certain maladies.In this article, we proposed the method of

using combination teaching in the teaching process of

mechanics of construction, which can effectively enhance the

teaching effect.Key words: mechanics of construction ； multimedia teaching ；

combination teaching ； teaching effect

建筑力学是建筑类专业学生必须学习的一门专业基础课。但是，建筑力学课程理论性强，内容缺乏趣味。按传统教学方法教学，常常是教师讲得很投入，但教学效果却不很理想，其根本原因是学生缺乏学习力学的兴趣。兴趣是最好的老师，是求知欲望的动力源泉，学生只有对建筑力学产生浓厚的学习兴趣，才会想学、爱学，才能学好。培养学生学习力学的兴趣，是提高教学效果、完成教学任务的关键。而多媒体教学可借助计算机的帮助模拟演示出生动、丰富的画面 , 具有良好的动态效果 ，能在一定程度上提高学生的学习兴趣，使教学者、教学媒介和教学成果达到三位一体的有机统一。教师在教学中调用一些专用软件进行实验仿真 , 使学生能够直观形象的看到从现实世界中抽象出的力学模型，使专业基础课与专业课有机的结合 , 为专业课的学习打下坚实的基础。在建筑力学教学中使用多媒体必须注意的问题及其应用效果

1.1 在建筑力学教学中使用多媒体必须注意的问题

(1)在教学中，使用多媒体的时机要适宜。应该利用多媒体展示的是教学内容的重点、难点，如果一味地追求整个课堂使用多媒体，会导致多媒体成为教学的干扰因素。而在讲解例题时，最好使用板书，使学生有一个思考的过程，以培养其思维模式，并加深其对重点、难点的理解。

(2)注意多媒体教学信息切换的速度。如多媒体的教学信息切换速度过快 ，使得学生无法跟上教师的讲课进度，从而造成学生“课上看热闹 , 课后没印象”，记忆不深的结果。

(3)多媒体在丰富表象方面具有很大的作用 , 但是表象不能代替经验 , 因此不能忽视语言逻辑的作用 ，要注意发展学生的想象力和思维能力。

1.2 在建筑力学中多媒体教学的应用效果

(1)信息来源集思广益。在建筑力学的教学中应用多媒体时，课件的文字、图形、图片规范清晰，教学内容规范 ，并且以成熟的教案、讲稿为蓝本 , 由优秀教师和有经验教师集体制作，既继承了他们的宝贵经验和成果 , 又综合了他们的教学优点 , 有效地提高了整体教学水平，使学生对所学内容产生了

“难点不难，疑点不疑”的良好效果。例如：几何组成分析一章，应用多媒体教学，动画模拟出各种几何体系，使学生直观、形象地了解了构件的组成，取得了良好的教学效果。

(2)信息量大 ，教学效率高。在建筑力学的教学中应用多媒体，能节约许多在黑板上作图和书写的时间，将节约出来的这部分时间进行习题的讲解与讨论，既加深了学生对内容的理解与运用，又提高了分析和解决问题的能力，激发他们思维的创造性，从而有效地提高了教学效率，加强了教学效果。

(3)信息表象直观。对传统教学难以奏效的内容 , 如语言文字难以表达 , 学生难以理解的形式与关系 ，较为复杂的变化过程等 ，可借助多媒体的动画模拟、局部放大、过程演示等手段予以解决。例如：约束中的铰支座、梁的弯曲变形等，可以用动画的形式将板书无法表示的空间物体及状态改变的过程清晰的演示出来 , 并简化出力学模型，使学生既容易接受，又降低了教师的讲授难度 , 而且还大大提高了学生的学习兴趣。

(4)能与实际有机的结合。教师在教学中调用一些专用力学软件进行实验仿真 , 既演示了实验现象和结果 ，又介绍了软件运行的环境和功能 ，而学生则可以学习、掌握软件的使用，通过应用这些软件去解题、设计、仿真，并使其对专业基础课（如钢筋混凝土结构、钢结构等）有一个初步的认识和了解，从而与专业课有机的结合起来。

(5)“教”与“学”的互动。传统教学一般来说主要以单向的教学为主 , 学生通常是被动接受的 , 不易发挥其主观能动性, 而多媒体教学可以弥补这个不足。在多媒体课件制作中 , 建立起友好的界面 , 通过人机对话实时处理教学信息 ，不仅激发了学生学习的积极性与主动性，而且启迪了学生思维的创造性 ，在培养学生自学能力的同时也提高了学生处理实际问题的应变能力。注重多媒体教学与传统教学的组合教学设计 , 优化教学效果

在建筑力学教学中，注重多媒体教学与传统教学的组合教学 [1] 设计。组合教学是指在课堂教学中 ，根据教学目标和教学内容要求 , 合理地选择和应用多媒体教学方式与传统教学方式 , 组成一个双向传播途径的教学模式 ，从而达到良好的教学效果。组合教学在运用教学媒体时必须根据教学目标分析各种教学方式的特点与功能 ，有针对性的选择，在教学设计中进行良好的组合 ，并且必须准确选择和把握教学方式在课程中的最佳作用点。所谓最佳作用点就是在教学过程中 ，最适合发挥教学媒体作用的教学环节与具体教学内容 [2]。组合教学不仅包括现代教学的媒体，例如计算机、投影机等 ，而且还包括传统教学中的板书、讲述等个人媒体。不同的教学方式具有不同的性质和作用 , 在教学过程中显现和传递的教学信息各有所长 , 能否充分发挥教学媒体的优势 , 关键在于组合设计 , 即根据学科性质、内容和目标 , 有效的组合 ，并在教学过程中灵活实施。多媒体的组合教学设计方法的理论是“学习内容——教学目标的二维层次模型 ” [3]

。建筑力学从教学内容来看 , 可分为五个方面的学习，即认知学习、概念的学习、技能的学习、原理的学习和解决问题的训练 ，不同的教学内容可有针对性的选择不同的教学媒体。认知和概念的学习是指了解前人的经验并掌握 ，具有继承性。这时教师的任务主要是讲授 , 学生的任务主要是记忆。可考虑的媒体有 :

利用多媒体动画展示已有的建筑结构，并从中抽象出力学模型，教师通过板书讲述和讲解力学模型与基本概念等；技能的学习是指操作性教学。包括实验和解答习题，这时指导教师的主要任务是示范操作 , 学生的任务主要是操作练习。可考虑的媒体有 :

教师的讲述和讲解、板书等；原理的学习主要是指思维教学。这时教师的任务主要是引导 ，学生的任务主要是思考和建立思维模式。可考虑的媒体有 :

教师的讲述、多媒体课件等等；解决问题的训练是指应用教学。这时教师的任务主要是引导学生从现实生活中找出问题 ，运用已学的知识建立出合理的力学模型，并通过理论来解决问题。从上面的分析我们可以知道不同的教学内容应选择不同的媒体。因此在进行多媒体教学之前, 应对所教的每一堂课的内容进行教学设计 , 根据教学对象、教学内容，选择合理的教学媒体 ，优化教学效果，只有注重组合教学设计才能充分利用多媒体资源 , 提高教学效果。结束语

在建筑力学的课堂中运用多媒体教学是一种必然趋势。它不仅有利于加强教学的时代性、竞争性和开拓性 ，而且也有助于培养学生的创造性思维 ，激发其学习的积极性和主动性，对他们今后成为高素质的人才有着重要的作用。但我们在建筑力学的课堂中运用多媒体进行教学不能盲目的赶潮流，应注重多媒体教学与传统教学的组合教学设计，使之达到良好的教学效果。

参考文献：

[1] 马 玲.多媒体组合教学设计与多媒体软件设计 [J].中国电化教育，1996,（5）:17-18

[2] 刘 全.浅谈多媒体教学过程中存在的问题及对策 [J].武汉市职工医学院学报，2001，（12）

1988.35-38 [3] 历以贤 ．教育学原理 [M] ．北京 ：北京师范大学出版社，

第三篇：力学在新材料开发中的应用

力学在新材料开发中的应用

专业：交通工程

姓名：徐庆达

学号：201010615071

一、生活中的各种新材料 化学材料：

导电纤维——PACF导电腈纶短纤维、导电腈纶纱线

PACF纤维可以以0.55～5％的比例与普通的纤维混纺，再通过常规的纺织工艺，研发出永久型的抗静电产品，广泛应用于石油、化工、军工、航空、交通、海运、电子、药材、卫生、橡胶、塑料、计算机机房等。

SH－D导电粉

SH－D导电粉对材料通过活性处理及导电因子的掺杂处理，使在基体表面形成牢固的导电层，从而使该系列材料具有持久的导电性。可用于橡胶、塑料、外涂层、是一种理想的导电、抗静电产品添加剂。抗菌添加剂

在纳米材料的基础上采用络合包裹的方式将活性银离子包入内部，使其具有一定的催化氧化作用和缓释作用达到抗菌的效果。

SH－Ti抗紫外添加剂

具有优良的户外耐久性能和抗紫外线能力。可以用于橡胶、抗紫外塑料、薄膜及其制品、油漆、抗紫外纤维、防晒化妆品领域。该产品对250～380nm的紫外光有很强的吸收作用，全面抵御UV－A、UV－B对人体皮肤的伤害，而且无毒、无味、对皮肤无刺激，能够保持原有材料的色泽，具有良好的亲水性和亲油性，在有机溶剂和塑料中表现良好的分散性。

纳米是长度单位，大小为十亿分之一米（10-9m），纳米材料是用尺寸只有几个纳米的极微小的颗粒组成的材料。当材料的颗粒达到纳米级时，材料的性能会发生显著的变化。

纳米材料物理性质的变化

一、纳米材料对光的反射能力变得非常低，低到小于1%；

二、机械、力学性能成几倍增加；

三、其熔点会大大降低（如金的熔点本是1064℃，但2纳米的金属粉末熔点只有33℃）；

四、有特殊的磁性（如20纳米的铁粉，其矫顽力可增加1000倍）。

纳米材料的用途 1． 纳米结构材料:

包括纯金属、合金、复合材料和结构陶瓷，具有十分优异的机械、力学及热力性能。可使构件重量大大减轻。2． 纳米催化、敏感、储氢材料：

用于制造高效的异质催化剂、气体敏感器及气体捕获剂，用于汽车尾气净化、石油化工、新型洁净能源等领域。3． 纳米光学材料：

用于制作多种具有独特性能的光电子器件。如量子阱GaN型蓝光二极管、量子点激光器、单电子晶体管等。4． 纳米结构的巨磁电阻材料：

磁场导致物体电阻率改变的现象称为磁电阻效应，对于一般金属其效应常可忽略。但是某些纳米薄膜具有巨磁电阻效应。在巨磁电阻效应发现后的第6年，1994年IBM公司研制成巨磁电阻效应的读出磁头，将磁盘记录密度一下子提高了17倍。

5． 纳米微晶软磁材料

用于制作功率变压器、脉冲变压器、扼流圈、互感器等。6． 纳米微晶稀土永磁材料

将晶粒做成纳米级，可使钕铁硼等稀土永磁材料的磁能积进一步提高，并有希望制成兼备高饱和磁化强度、高矫顽力的新型永磁材料。

三、超导材料

1911年荷兰科学家用液氦冷却水银，当温度下降到-269℃左右时，发现水银的电阻完全消失，这种现象就称为超导电性。这样的材料称为超导材料。

超导体电阻突然消失的温度称为临界温度（Tc)。在临界温度以下时，超导体的电阻为零，也就是电流在超导体中通过时没有任何损失。

1997年，我们研制的超导材料的零电阻温度已达到134K，处于世界先进水平。超导材料的应用前景非常宽广，若用来输电可大大节约能源和材料

2011-4-17

第四篇：abaqus在基坑工程中使用小结

abaqus在基坑工程中使用小结

本人在使用abaqus解决基坑支护问题的过程中，得到了版上aba_aba，以及ustc的life大侠等人的帮助，写些自己使用abaqus的一些感受吧，（其实大多数东西都是从版上得到的相关参考）希望对其他新手能有所帮助。**首先是建模方式

对于初学者比较好掌握的是CAE界面操作方式。但是由于ABAQUS的CAE模块和输入文件两种建模方式是由两家不同的公司研制的，CAE模块推出比较晚，所以功能还不是很完全，对于CAE和INP交互操作需要注意几点：

1、一些功能只能通过编辑INP输入文件来实现，比如模拟开挖建造时需要用到杀死或者激活单元的语句model change，此时需要直接在CAE下编辑关键字，或者生成INP文件后通过记事本等工具打开INP文件后加入关键字。

2、CAE对于INP输入文件中的一些关键字不支持，如果在CAE下编辑，则系统会给出不支持关键字的提示。对于这样的情况则只能通过文本编辑工具打开INP来操作。

3、对INP输入文件进行编辑的方式能支持所有关键字功能，因此应用更加广泛。在许多情况下都需要对INP文件进行操作。**然后是初始应力场的施加。

土工有限元分析中初始应力场的施加是个关键。在ABAQUS中，施加初始应力场很方便，可以使用以下语句来完成。

initial conditions,type=stress,geostatic 可以有两种实现的办法：

1、如果地表水平，且初始应力就是自重应力时，可以在数据行中按照如下顺序填写数据 施加初始应力的集合，应力值1，应力值1对应的坐标值1，应力值2，应力值1对应的坐标值2，x方向侧压力系数，y方向侧压力系数（在二维问题中可以省略）

这样的顺序定义初始应力实际上默认了初始应力就是自重应力，只需要给定集合中2点的应力值及其对应的坐标值，其他部位的应力值就可以通过1，2两点的连线采用差值来得到，而水平向的地应力则乘一个侧压力系数得到。（这些内容在abaqus手册中都有）

2、采用input文件的方式，即先通过计算一个重力荷载作用下没有初始应力的模型而得到各点的应力值，然后将这些值导入到新的模型中，在*initial conditions,type=stress,后面加入input=XXX.XXX，让模型接受存有初始应力值的input文件而施加。这样的方法通用性非常强，但是比1稍微复杂些，具体可以见相关手册。

另外，对于施加初始应力，对于二维的情况，系统默认地应力方向为Y方向，对于三维情况，默认为Z方向，这一点在初学者中容易弄错。**模拟开挖建造

ABAQUS中模拟开挖建造通过关键字model change,type=element来实现，如果是杀死单元则在后面加上remove,如果激活单元则加上add。

事先需要将需要杀死或激活的土体单元定义为一个集合set。整个应用格式如下： *Model change, type=element, remove Set name1，set name2

其意义如下：首先Model change说明是模型发生变化，后面是种类，因为除了杀死激活单元外，还常用到杀死激活接触对(type=contact)，此处需要指明是杀死激活单元导致的模型变化，后面remove表示杀死单元。重启一行写出需要杀死激活的单元集合列表。

在模拟建造过程中，通常一个单元的材料属性会发生变化，比如土钉支护中面层处单元，在没有开挖时是土体材料，当开挖建造之后就变成了面层的属性了。在ABAQUS中模拟材料属性随开挖步进行可以使用场量*Field关键字来实现。具体过程如下：首先是材料定义上要指定材料性质随着场变量而变化，如下面语句中，定义弹性时，利用dependencies=1表示材料根据1个场变量变化而变化，在接下来的属性数据行中每行后面的数字1，2表示了该行属性对应的这个场变量的值，如第一行的弹性模量和泊松比值是场变量为1的值，而第二行的弹性模量和泊松比值是场变量为2的值。*Elastic, dependencies=1

4e+07, 0.35, , 1.1.5e+10, 0.2, , 2.接下来就是在每个分析步中利用*field,variable=1这样语句指定分析步中使用的场变量数量，本例中值为1个场变量。接下来的数据行则是表示使用场变量的集合名称及其在该分析步中的场变量值。如果这个值是1，根据在定义材料时的场变量定义，值为1时对应于材料属性第一行值，这样就实现了材料属性随分析步变化的功能。

**模拟地连墙与土的接触ABAQUS中对于接触的模拟可以通过定义接触对来实现。系统可以允许面对面、点对面的接触等多种接触形式。在模拟开挖过程中，开挖土体与墙体的接触属性会丧失，根据经验，最好能将接触按照开挖步骤划分为许多对接触对（所谓的细化），根据开挖的进行，将接触对先杀死，这样系统比较容易找到准确的接触状态，使接触模拟顺利进行。模拟接触时，定义接触对要分清主控面和受控面。主控面和受控面的选择一般遵循以下原则：

一、材质较软的为受控面，材质较硬的为主控面。

二、网格较密的为受控面，网格稀疏的为主控面。应用到网格划分的时候就要先根据材质的相对软硬程度确定主控面，以便在网格划分中按照网格疏密关系正确划分网格。主控面和受控面定义一定要正确，这是影响接触模拟的关键。如果一个节点上同时定义了两个接触面，或者同时定义了一个接触面和边界条件，系统则会产生过约束(over constraint)的提示，很容易影响到接触的模拟。

分享<隧道施工应力释放法的ABAQUS实现【inp及代码见2#】> 应力释放法模拟隧道开挖主要有两种实现途径，大家可以参考帖子： http://forum.simwe.com/thread-765338-1-1.html

简单的说，主要就是参数弱化法和施加节点反力法。这两种方法各有优劣。参数弱化法：

优点：

1、便于实现；

2、便于控制应力释放过程；

缺点：

1、无法给出明确的应力释放率；

2、无法用在剑桥模型中，因为找不到一个合适的参数进行弱化。施加节点反力法：

优点：

1、能够明确给出应力释放率；

2、物理意义较为明确； 缺点：实现过程不是很方便

下面跟大家汇报一下我的做法，希望有经验的童鞋给出建议，各种板砖，放心拍吧~

一、参数弱化法

参数弱化方法其实没有什么难度，版内已经讨论了无数次了。各种牛们也是不厌其烦的跟新手们说了一遍又一遍，可惜有些童鞋天生喜欢求助，上来就发帖问，完全置搜索功能于不顾。所以我在这要再次呼吁，搜索处要更加醒目，加红字，加粗，加浮动，另外加旁注：亲，如果你想快速入门aba，搜索吧，这是闷骚技术人新一代的学习方法，包会哦！

参数弱化，主要就是弱化弹性模量，这个可以通过关键字*field来实现，具体肿么实现，搜索吧。下面给出计算后的云图，抛砖引玉。地应力平衡，勉强可以吧：

待开挖区域弹性模量折减20%：

如何添加衬砌以及如何设置追踪单元我想再单开一贴和大家进行总结探讨。上面位移矢量图隐去了待开挖部分，是为了矢量显示清晰，实际上这一步待开挖（中心土体）部分实际还是存在的，只不过弹性模量折减过了。从图中可以看出，这种方法计算出的位移场并不是很符合实际情况。隧道开挖土体位移场可以参见帖子：http://forum.simwe.com/thread-985421-1-1.html

在这里也顺便给这个帖子做个个人的解答吧。关于该贴提出的强制位移法，我想在后面专开一贴和大家讨论总结。

有经验的童鞋可否告知你们采用折减法做出的位移场是否也和上面一样的？

二、施加节点反力法

这一方法的技术难点在于，如何获得地应力平衡后隧道周边土体节点反力。通过搜索和查看manual，基本可以锁定两种输出量：NFORC & RF。其中，RF只能在有边界约束处输出，NFORC根据manual我猜测应该是由节点所涉及单元的应力进行外插平均后得到的节点力，参见帖子：http://forum.simwe.com/thread-883192-1-1.html10#。不管怎样，总的思路是，通过对开挖后隧道相邻土体节点施加非均布节点力，使得此时的模型（土体）保持初始地应力和位移准零状态，然后施加原节点荷载*（1-应力释放率），以此来模拟不同的应力释放率下隧道及土体的力学响应。

以前的帖子对这个问题讨论了很多，有代表性的列举如下（话说论坛的收藏是个好功能）：

http://forum.simwe.com/thread-872620-1-1.html 该贴lz给出了四种获取节点力的方法，都很有参考价值。最后采用了NFORC，但得到的效果不是很理想。我做了一下，发现的确如该lz所说，NFORC输出的节点力是不能直接施加到原节点上的，即使乘以2倍，也只能是接近实际的节点力。所得到的位移场在初始状态就有很大的位移，不符合前面提出的总体思路。该贴5#和7#都提出采用约束洞周位移获取RF。事实证明，这个方法是可行的，但不同的操作方式得到的结果千差万别。该贴7#提出的思路是对的，但给出的文件中将洞周位移约束贯穿了整个施工过程，这样造成的后果是，其计算起始点已经不再是green field的情况，得到的应力场自然不符合实际情况，那么在错误的应力场上做的计算怎么能对呢？

http://forum.simwe.com/thread-854591-1-1.html

该贴给出了施加洞周约束获取反力的正确思路，即施加洞周位移约束要在地应力平衡后进行。这样能保证施加位移约束时的地应力初始状态。下面就我做的例子详细说明。

模型：

材料参数：

修正剑桥模型

*Material, name=soil-3 *Clay Plasticity, intercept=1.45 0.11, 1.27, 0., 1., 1., , 1.*Density 1770., *Porous Elastic 0.009, 0.32, 0.剑桥模型参数的设置参见：http://forum.simwe.com/thread-968882-1-1.html

这里再啰嗦几句，最近很多人在问为什么用剑桥模型的时候会提示“THE SUM OF INITIAL PRESSUE AND ELASTIC TENSILE STRENGTH FOR THE POROUS ELASTIC MATERIAL IN ELEMENT..."，如果你确定有地应力平衡，那么就请你检查是否是用的直接加重力平衡的吧。多孔介质弹性模型是需要在initial conditions中定义初始地应力的。

地应力平衡：

平衡效果一般，主要是做实例，只平衡了一次，到了10E-4就没再管了。

施加洞周边界约束，同时remove掉待开挖部分

可以看出，这一步进行完后，剩余土体的应力基本没有发生改变，也就是基本保持了初始地应力，在这种情况下导出节点力再倒入折减后支护力才是正确的。可以看出施加洞周位移约束后土体位移分布发生了变化，但数量级还是很小，基本没变，可以忽略。最后一张图是洞周节点反力云图，在这种情况下就可以输出节点反力了。下面介绍一下我的做法。

第五篇：云计算技术在化工仿真教学中应用的展望

云计算技术在化工仿真教学中应用的展望

阿

伦

内蒙古化工职业学院

摘要：云计算是在分布式计算、并行计算、网格计算的基础上提出的一种新型计算模型，它提供了可靠安全的数据存储、强大的计算能力和方便快捷的互联网服务。云计算将给IT 行业带来重大的变革，同样将对教育领域产生重要而深远的影响。该文介绍了云计算的含义、基本原理和对未来化工仿真教学系统发展的影响，分析了云计算对化工仿真教学将产生的积极影响和意义。关键词：云计算；教学；化工仿真引言

互联网资源和计算能力的分布式共享，是近年来国内外互联网界具有重要意义的研究课题。在互联网上，计算资源的利用率和数据的处理能力一直处于一种不平衡的状态。如何实现资源和计算能力的分布式共享以及应对当前互联网数据量高速增长的势头，是目前互联网界亟待解决的问题。正是在这样一个发展背景下，云计算应运而生。当前对于使用云计算改变传统教育方式也是计算机研究的一个重点方向。云计算的含义及发展现状

云计算的基本原理是用户所需的应用程序并不需要运行在用户的个人电脑、手机等终端设备上，而是运行在互联网的大规模服务器集群中。用户所处理的数据也并不存储在本地，而是保存在互联网的数据中心里面。这些数据中心正常运转的管理和维护则由提供云计算服务的企业负责，并由他们来保证足够强的计算能力和足够大的存储空间来供用户使用。在任何时间和任何地点，用户都可以任意连接至互联网的终端设备。因此，无论是企业还是个人，都能在云上实现随需随用。同时，用户终端的功能将会被大大简化，而诸多复杂的功能都将转移到终端背后的网络上去完成。

云计算已现在经得到包括亚马逊、谷歌、微软、IBM、SUN等国际厂商的重视，各个软件厂商都在积极推进云计算的研究和应用，分别提出了针对云计算的方案和实现。如亚马逊的“弹性计算云”、Google 的GAE 云计算平台、微软的“云-端”策略、IBM 的“蓝云”计划。其它公司推出的云计算方案还包括 Salesforce公司推出了“商业云”等概念。3 现有化工仿真教学技术及其发展中的局限性 3.1 仿真培训器技术的局限性

用于培训的仿真模型的局限性, 即实时性和模型准确性的矛盾。仿真算法采用序贯模块法。一个复杂的化工流程(例如合成氨和乙烯)通常用近万个模块来表示。

这种方法每个模块对应一个算法, 易于规范数学模型。但这种算法只能保证实时, 模型不能复杂。近万个模块来表示一个复杂的化工流程通常需要在1～2 秒内计算完, 才能保证操作工操作流程任一部分模型有及时的响应。如果一个复杂的模型在某一个模块较长时间(例如几秒)计算, 因为数据处理量较大很超过仿真计算机的数据处理能力，使得容易造成其余模块代表的流程就不会有响应, 使计算机出现假死现象, 这就决定了仿真培训器的模型不能太复杂。只能进行DCS操作、开停车和处理事故等简单过程的模拟。当操作工已经熟悉过程后, 培训器也就失去了实用价值。

3.2 动态和稳态模型相结合, 扩大运用范围的局限性

动态和稳态模拟相结合, 是目前仿真技术发展的一个趋势。集成的动态和稳态模拟环境采用了稳态的物性库, 提高了模型的精度;稳态结果自动地给动态提供初值。动态模型和稳态模型在建模方式和流程结构应该是一致的, 如:

动态模型

d x/ d t = f(x)稳态模型

d x/ d t = 0 集成的动态和稳态模型采用了稳态的物性库,可以直接从DCS 取得生产数据。用于下列领域时,没必要保证实时: ①实际生产过程的分析和诊断;②过程控制方案的设计和装置安全性分析。当采用较为简化的物性模型时, 仍可作为操作模拟培训器的平台。但当采用动态模型的时候对本地的模拟计算机的运算能力有较高的要求，造成在教学中建立动态化工仿真机房的高成本。3.3 将培训器作为学生自主开发实际过程的决策工具的局限性

化工生产过程的专家决策系统在国外已得到广泛运用。由于培训器可模拟实际工厂, 在培训器上反复演练工厂的开停车、事故处理等操作, 并分析操作程序, 不仅安全可靠, 还可积累起许多处理各种生产情况的操作经验。这些经验就可形成生产操作的专家系统的知识库的信息来源。

在教学实践中因为其系统的自由度较高，可激发学生的学习兴趣，提高学生的动手能力和创新能力，在毕业设计的过程中可以使学生自己的想法方便的应用于实践，并对其思想的正确行进检测，提高学生毕业设计的质量，使得毕业设计最终可以真实检测学生对知识的综合应用能力。但是因为系统的开放程度高，学生使用过程中所产生的无效信息多，使得系统在使用的过程中数据库的开销和维护的成本较高，增加学校的经济负担。3.4 利用Internet 的功能远距离培训的局限性

培训的教室在用户端, 模型运算的主机在开发商处, 用户没必要投资硬件和维护费用, 但这种功能通常只限于通用型的标准模型。3.5 用户的二次开发的局限性

学校在使用化工仿真系统进行教学的过程中，没有必要针对一套装置就买一个培训器。现在仿真公司开发的化工仿真系统有灵活的建模界面，开放式的接口院校在使用的过程中可以根据自己的需要采用基本化工原理建模，使得模拟器可以模拟更多的化工设备。但在实际的使用过程中因为各个学校的人员匹配，和技术能力的参差不齐，鲜有院校能够进行独立的二次开发。这样在对系统二次开发的过程中不得不进行外包，这样使得二次研发经费的支出有时无异于再购买一套仿真系统，给院校造成较大的经济负担。4 云计算对化工仿真教学发展的影响

云计算模式为学校提供了合适的借鉴方案，仿真教学系统中计算中心的相关任务将可以选用云计算服务来完成。同时，云计算也将有效地消除仿真教学系统中的“孤岛”现象，将实现网络虚拟环境上的最大化资源共享和协同工作，同时降低仿真机房建设成本等问题。云计算对化工仿真教学系统发展的影响主要表现在以下几个方面：

首先、可以为学校节约计算机、网络交换等硬件设备的购买和维护成本目前，使用云计算服务，绝大部分计算任务交给云端来完成，学校只需让性能较低价格便宜的终端接入互联网即可。云计算能把分布在大量的分布式计算机上的内存、存储和计算能力集中起来成为一个虚拟的资源池，并通过网络为用户提供实用计算服务。这样可以为学校节约大量的计算机、网络交换等硬件设备的购买和维护成本，同时提供了强大的计算能力，弥补了动态仿真中系统计算性能不足的弱点。

其次、云计算可以为学校提供经济的化工仿真系统软件定制服务，它将软件作为一种在线服务来提供，学校接入这类云计算服务后，无需再花费大量资金购买商业化工仿真软件授权，一些常用的应用软件如办公软件、电子邮件系统等，云服务已经提供，收费低廉，有的甚至是免费。作为客户端的本地电脑只需运行图形界面的Linux 操作系统和Firefox 浏览器即可享受云服务，不用担心应用软件是否是最新版本，这也极大地减少了学校为维护和升级化工仿真操作系统和应用软件而投入的费用。

第三、云计算可以为学校提供可靠和安全的数据存储中心，化工仿真实验的过程较长，实验中要产生大量的数据，那么数据的安全性就非常重要。在实验过程中形成生产操作的专家系统的知识库也有大量的数据需要存储。云计算可以为化工仿真系统提供可靠和安全的数据存储中心。

第四、云计算使教育信息资源的共建、共享更为便捷。目前各类化工院校已经建立了大量的化工仿真系统的教学资源，由于可以将化工仿真资源存储在云上，这样使教育信息资源的共享将更为方便与快捷。各个教育机构或信息资源建设人员也可以利用云计算对化工仿真系统进行二次开发和功能扩展。避免了一些技术实力较弱的院校无法对其使用的化工仿真系统进行二次开发和功能扩展的问题，并且为这类学校节约大量的研发经费。参考文献：

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