GTS NX主要分析功能介紹

1、midas GTS NX 產(chǎn)品發(fā)布會(huì)暨巖土數(shù)值分析技術(shù)研討會(huì)產(chǎn)品發(fā)布會(huì)暨巖土數(shù)值分析技術(shù)研討會(huì)北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司midas GTS NX 主要分析功能介紹01分析功能的改善02提供高性能計(jì)算功能03分析中可考慮更多的巖土特性參數(shù)04支持更多的非線性計(jì)算方法05邊坡穩(wěn)定分析的新理念06支持動(dòng)力非線性分析07支持應(yīng)力-滲流完全耦合分析3分析功能的改善分析功能的改善GTS NX基于基于64位的位的全新的程序全新的程序框架框架下一代下一代求解器求解器基于64位高性能計(jì)算技術(shù)的分析功能的創(chuàng)新 全新的程序框架 更多的分析控制選項(xiàng) 強(qiáng)化的計(jì)算內(nèi)核 更多的分析方法MultiCoreE

2、M64TGPUCo-processor4全新的程序框架 全方位支持64位 適應(yīng)電腦硬件條件的發(fā)展 支持多核多線程/GPU計(jì)算 最大程度的使用硬件資源 支持金字塔形五面體單元 實(shí)現(xiàn)混合網(wǎng)格的自動(dòng)劃分 支持焊接接觸單元 實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)格尺寸區(qū)域的自動(dòng)耦合/提高效率更多的分析控制選項(xiàng) 更多的巖土特性參數(shù) 考慮孔隙率、部分飽和度的巖土分析功能 三維水位面 分析時(shí)可考慮三維水面 可輸入極限面流量 可用于考慮降雨強(qiáng)度的分析 可搜索邊界水位面 可用于考慮水位變化的滲流分析 自動(dòng)考慮水壓 可自動(dòng)考慮施工過程中的水壓力 邊坡穩(wěn)定分析支持更多的材料本構(gòu) 可選擇更多的材料本構(gòu)模型 靈活使用混合網(wǎng)格和焊接接觸建模靈活使用

3、混合網(wǎng)格和焊接接觸建模 定義三維水面進(jìn)行滲流分析定義三維水面進(jìn)行滲流分析 定義降雨條件進(jìn)行滲流分析定義降雨條件進(jìn)行滲流分析 使用了使用了D-P本構(gòu)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析本構(gòu)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析5強(qiáng)化的計(jì)算內(nèi)核 非線性荷載的二分法 用戶僅需輸入大致的荷載增量，其余由程序自動(dòng)調(diào)整 不變的切線剛度和亞松弛法 可提高應(yīng)力/滲流分析的收斂性 使用荷載分割和弧長(zhǎng)法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析 可快速獲得精確的安全系數(shù)更多的分析方法 應(yīng)力-滲流完全耦合分析 可更準(zhǔn)確的考慮地下水變化的影響 非線性動(dòng)力分析 可進(jìn)行更準(zhǔn)確的地震影響分析 動(dòng)力荷載作用下的邊坡穩(wěn)定分析 邊坡穩(wěn)定分析的新分析理念 原場(chǎng)地分析 所有分析功能均支持將原場(chǎng)地狀態(tài)

4、作為初始狀態(tài) 考慮材料非線性的動(dòng)力分析考慮材料非線性的動(dòng)力分析 改善了固結(jié)分析的計(jì)算內(nèi)核改善了固結(jié)分析的計(jì)算內(nèi)核 將將原場(chǎng)地作為初始狀態(tài)的巖土分析原場(chǎng)地作為初始狀態(tài)的巖土分析 應(yīng)力應(yīng)力-滲流完全耦合分析滲流完全耦合分析6驗(yàn)證例題 對(duì)比參考文獻(xiàn)的驗(yàn)證對(duì)比參考文獻(xiàn)的驗(yàn)證 使用標(biāo)準(zhǔn)例題對(duì)單元使用標(biāo)準(zhǔn)例題對(duì)單元/材料的驗(yàn)證材料的驗(yàn)證 對(duì)新功能有超過對(duì)新功能有超過100個(gè)以上的驗(yàn)證例題個(gè)以上的驗(yàn)證例題Terzaghi, K. and Peck, R. B.,Soil Mechaanics inEngineering Practice, 1967Griffiths, D.V and Lane, P.A.,

5、 Slope stabilityanalysis by finite elements,Geotechnique, 1999Salencon, J., Contraction Quasi-StatiqueDune Cavite a SymetrieSpherique Ou Cylindrique Dans UnMilieu Elastoplastique, Annales Des Ponts Et Chaussees, 1969Shield, R. T., and Drucker, D. C.,The Application of Limit Analysis to Punch-Indenta

6、tion Problems,Journal of Applied Mechanics, 195301分析功能的改善02提供高性能計(jì)算功能03分析中可考慮更多的巖土特性參數(shù)04支持更多的非線性計(jì)算方法05邊坡穩(wěn)定分析的新理念06支持動(dòng)力非線性分析07支持應(yīng)力-滲流完全耦合分析864位高性能計(jì)算位高性能計(jì)算 可使用電腦配置的所有內(nèi)存：32位程序僅能使用4GB內(nèi)存 In Core計(jì)算技術(shù)：考慮用戶操作環(huán)境自動(dòng)調(diào)整數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法 并行計(jì)算技術(shù)：支持多核多線程計(jì)算Element ComputingSave Element MatrixSolve Linear EquationNonlinear load

7、incrementOut of coreIn core根據(jù)硬件的內(nèi)內(nèi)存使用狀態(tài)狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)動(dòng)調(diào)整In Core 存儲(chǔ)存儲(chǔ)模式和模式和Out Of Core存儲(chǔ)模式存儲(chǔ)模式Update stiffness and residual()K, fEI=-K u ff Model export Post processIn Core 或或Out of Core9線性時(shí)程分析例題線性時(shí)程分析例題 使用64位程序框架進(jìn)行分析 比較在單元計(jì)算、振型計(jì)算中的并行計(jì)算效果591 sec498 sec191 sec0 sec100 sec200 sec300 sec400 sec500 sec600 sec700

8、 secGTSGTS NX P1GTS NX P4直接積分法929 sec702 sec359 sec0 sec100 sec200 sec300 sec400 sec500 sec600 sec700 sec800 sec900 sec1000 secGTSGTS NX P1GTS NX P4振型疊加法x 3.08x 2.59 GTS 和和GTS NX的結(jié)果比較的結(jié)果比較直接積分法直接積分法振型疊加法振型疊加法 模型信息模型信息 計(jì)算環(huán)境計(jì)算環(huán)境CPUIntel Xeon X5647 2.93 GHz 8 core MemoryDDR3 48 Gigabyte單元單元504,290 個(gè)時(shí)間步

9、驟時(shí)間步驟100 step 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) 79,574 個(gè)振型數(shù)量振型數(shù)量100 個(gè)自由度自由度299,757 個(gè)使用內(nèi)存使用內(nèi)存5 Gigabyte 10基于基于MultiCore/GPU的并行計(jì)算的并行計(jì)算 支持Multi Core CPU的并行計(jì)算(多核多線程) 使用高性能GPU高速求解方程組 最大限度的使用硬件資源iithread0iithread1iithread2iithread3Update stiffness and residual(K , f )Update stiffness and residual(K , f )Update stiffness and residual(

10、K , f )Update stiffness and residual(K , f )Out of coreIn coreElement ComputingSave Element MatrixSolve Linear Equation根據(jù)硬件的內(nèi)內(nèi)存使用狀態(tài)狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)動(dòng)調(diào)整In Core 存儲(chǔ)存儲(chǔ)模式和模式和Out Of Core存儲(chǔ)模式存儲(chǔ)模式 Multi threaded element computationThreadThreadThreadThreadPivot (CPU)Update (GPU)Scale (GPU)In Core 或或 Out of CoreNonlinea

11、r load increment11非線性施工階段分析例題非線性施工階段分析例題 基于64 bit IC技術(shù)和并行計(jì)算技術(shù)可求解大規(guī)模的施工階段分析模型 基于高性能GPU計(jì)算技術(shù)，2個(gè)小時(shí)即可完成具有12個(gè)施工階段的100萬個(gè)單元的施工階段分析基于64位框架和多線程、GPU計(jì)算技術(shù)可分析可分析100萬個(gè)單元以上模型的施工階段分析萬個(gè)單元以上模型的施工階段分析CPUIntel Xeon X5647 2.93 GHz 8 core MemoryDDR3 48 GigabyteGPUNvidia Tesla C2075 單元單元1,091,362 個(gè)施工階段施工階段12 stages節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)191,

12、537 個(gè)使用內(nèi)存使用內(nèi)存24 Gigabyte自由度自由度574,611 個(gè)線程數(shù)量線程數(shù)量4 個(gè) 非線性施工階段模型的應(yīng)力結(jié)果非線性施工階段模型的應(yīng)力結(jié)果 計(jì)算環(huán)境計(jì)算環(huán)境 模型信息模型信息12 Stage DefinitionGTSGTS NX OOC計(jì)算和計(jì)算和IC計(jì)算的比較計(jì)算的比較GTS?GTS NX5小時(shí)10分 2小時(shí)3分(GPU Acc)01分析功能的改善02提供高性能計(jì)算功能03支持更多的巖土特性04非線性計(jì)算05邊坡穩(wěn)定分析06動(dòng)力非線性分析07應(yīng)力-滲流完全耦合分析13更多的巖土特性 孔隙率對(duì)滲流系數(shù)的影響 巖土受壓時(shí)孔隙率會(huì)減少，滲透能力會(huì)降低 完成沉降時(shí)間會(huì)增加 用于

13、固結(jié)分析和應(yīng)力滲流完全耦合分析 在多孔隙材料定義中增加了選項(xiàng)考慮滲流系數(shù)變化的例題 對(duì)填土的固結(jié)分析 可考慮自重和水位 使用孔隙率-滲流系數(shù)比函數(shù) 隨時(shí)間變化的填土沉降量分析 /10ke csatkk 滲流系數(shù)分布圖滲流系數(shù)分布圖 最終沉降量最終沉降量 多孔隙材料參數(shù)多孔隙材料參數(shù)14部分飽和巖土特性 水位線(water line)附近巖土因毛細(xì)現(xiàn)象 會(huì)產(chǎn)生負(fù)孔隙水壓 Bishop的有效應(yīng)力的有效應(yīng)力 有效飽和度(01)由孔隙水壓決定 在計(jì)算自重、不排水剛度和內(nèi)力時(shí)使用部分飽和特性 可用于線性、非線性、固結(jié)、完全耦合分析中滲透系數(shù)和體積含水率 部分飽和巖土的滲透系數(shù) 滲透系數(shù)比由孔隙壓力決定

14、提供Gardner、Frontal和Van Genuchten函數(shù) 使用體積含水率計(jì)算部分飽和巖土的飽和度 支持Van Genuchten函數(shù)和用戶自定義函數(shù) 考慮參數(shù)間關(guān)聯(lián)性的函數(shù)定義 孔隙水壓 體積函數(shù)率 體積含水率 滲透系數(shù)比 滲透系數(shù)比函數(shù)滲透系數(shù)比函數(shù) 體積含水率函數(shù)體積含水率函數(shù)全應(yīng)力有效應(yīng)力有效飽和度孔隙水壓滲流系數(shù)比函數(shù) 體積含水率體積含水率，n 孔隙率，S 飽和度15 考慮部分飽和時(shí)的巖土的密度 不考慮部分飽和特性時(shí)的巖土的密度 考慮自重的固結(jié)分析考慮部分飽和巖土特性的例題部分飽和巖土特性的使用選項(xiàng) 在材料特性中選擇非飽和特性 在分析時(shí)勾選考慮非飽和特性 (0)(0)unsa

15、tsatpp(1)eunsatesatSS 考慮部分飽和特性考慮部分飽和特性 未考慮部分飽和特性未考慮部分飽和特性沉降量差異沉降量差異 20% 定義水位定義水位 邊界邊界重新定義重新定義(自動(dòng)自動(dòng))01分析功能的改善02提供高性能計(jì)算功能03支持更多的巖土特性04支持更多的非線性計(jì)算方法05邊坡穩(wěn)定分析的新理念06動(dòng)力非線性分析07應(yīng)力-滲流完全耦合分析17使用亞松弛法進(jìn)行滲流分析 非飽和區(qū)域的滲透系數(shù)具有較明顯的非線性特性 砂土等孔隙較多的材料的收斂問題 可以使用亞松弛法解決滲透系數(shù)的急劇變化問題0.0E+002.0E-014.0E-016.0E-018.0E-011.0E+001.2E+0

16、005101520253035404550Error normIteration使用亞松弛法時(shí)的滲透系數(shù)的收斂性使用亞松弛法時(shí)的滲透系數(shù)的收斂性 使用亞松弛法的模型滲透系數(shù)比函數(shù)滲透系數(shù)比函數(shù)負(fù)壓力水頭負(fù)壓力水頭(m)滲透系數(shù)比滲透系數(shù)比Strack, O. D. L. and Asgian, M. I., A New Function for Use in the Hodograph Method“, Water Resources Research, 1978孔隙水壓結(jié)果孔隙水壓結(jié)果滲流分析例題 河堤的穩(wěn)態(tài)地下水流動(dòng)分析 Van Geuchten的非飽和模型 沿邊坡的邊界重新定義(自動(dòng)),

17、1,1010mmp np np nkkk,p nk前階段的滲透系數(shù),1p nkm后階段的滲透系數(shù)亞松弛系數(shù)未使用亞松弛法的模型 18荷載二分法迭代計(jì)算過程中程序判斷發(fā)散或不收斂時(shí) 程序自動(dòng)將不平衡外力等分后重新分析前階段填土、挖掘量較大時(shí)材料顯示較強(qiáng)的非線性特性 程序?qū)⒆詣?dòng)調(diào)整合適的荷載增量進(jìn)行分析0.0E+002.0E-014.0E-016.0E-018.0E-011.0E+00024681012GTS NXGTS2nd load stepDivergenceConvergenceBisectionIterationError normConvergence history1extnfext

18、nfextn1/2f發(fā)散發(fā)散nu1iun1/2u1nu施工階段分析例題各土層材料差異以及填土?xí)a(chǎn)生較明顯的非線性特性 使用荷載二分法可保證較好的收斂 判斷不收斂，將外力等分后回到前階段重新分析施工階段分析模型施工階段分析模型extn1/4fi1/2ui1/4u等分后也不收斂時(shí)，將進(jìn)行多次等分進(jìn)行分析n1/4u粘土層粘土層(4)粘土層粘土層(3)粘土層粘土層(2)粘土層粘土層(1)填土填土19常切線剛度計(jì)算考慮下一階段平衡條件的切線剛度，在荷載增量較大時(shí) 也能穩(wěn)定收斂提高了計(jì)算內(nèi)核的收斂性能1111111111111:,0nnppnnnnnnnnpnnnnnnffrqqhCqalg1nddCLo

19、ad stepGTSGTS NX1max iteration12323max iteration24max iteration251226227max iteration28max iteration29221022Total17119Convergence history固結(jié)分析模型固結(jié)分析模型固結(jié)分析例題原場(chǎng)地、填土后長(zhǎng)時(shí)間放置 各填土階段因荷載增量較大難以收斂 新計(jì)算內(nèi)核可使用較少的迭代計(jì)算獲得收斂 排水邊界粘土層粘土層(4)粘土層粘土層(3)粘土層粘土層(2)粘土層粘土層(1)填土填土 (1)填土填土 (2)01分析功能的改善02提供高性能計(jì)算功能03支持更多的巖土特性04支持更多的非

20、線性計(jì)算方法05邊坡穩(wěn)定分析的新理念06動(dòng)力非線性分析07應(yīng)力-滲流完全耦合分析21邊坡穩(wěn)定分析 可使用更多的材料本構(gòu)可使用更多的材料本構(gòu): Mohr Coulomb、Drucker Prager、modified Mohr Coulomb等 可在更多分析類型中使用：應(yīng)力分析、滲流分析、施工階段分析、非線性動(dòng)力分析 可使用荷載二分法、弧長(zhǎng)法快速獲得安全系數(shù)強(qiáng)度折減法(標(biāo)準(zhǔn)方法+二分法)1extnfextnfextn1/2f發(fā)散nuiun1/2u 強(qiáng)度折減法是通過減少粘聚力和摩擦角獲得安全系數(shù) 使用收斂標(biāo)準(zhǔn)快速判斷收斂與否 不收斂時(shí)調(diào)整不平衡力重新計(jì)算分析時(shí)間減少分析時(shí)間減少90%分析時(shí)間比較分

21、析時(shí)間比較tanffnfcSRFfcc 1tantanSRFf破壞形狀破壞形狀2.582.542.492.512.512.4822強(qiáng)度折減法(弧長(zhǎng)法) 使用荷載向量定義適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)增量 可計(jì)算最大強(qiáng)度折減點(diǎn)后的最終安全系數(shù)例題結(jié)果比較例題結(jié)果比較1111iiiiiALggKuf001(1)GTS (安全系數(shù)數(shù))544.41 sec (1.31)GTS NX (安全系數(shù)數(shù))11.52 sec (1.24)軟弱層軟弱層分析時(shí)間減少分析時(shí)間減少98%破壞面形狀破壞面形狀23單單元數(shù)數(shù)量221862843分析時(shí)間時(shí)間(GTS)4785.6 sec120.24 sec分析時(shí)間時(shí)間(GTS NX)410

22、.4 sec39.363 sec二分法和邊坡穩(wěn)定分析 standard SRM方法的性能方法的性能 使用二分法可快速收斂 與舊版本相比減少7090%時(shí)間 破快面的形狀 穩(wěn)定的收斂可獲得更準(zhǔn)確的破壞面非線性動(dòng)力分析時(shí)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析 舊版本考慮地震采用靜力法 新版本可直接使用動(dòng)力荷載進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析地震時(shí)的邊坡穩(wěn)定分析地震時(shí)的邊坡穩(wěn)定分析自重的邊坡自重的邊坡穩(wěn)定分析穩(wěn)定分析考慮自重考慮自重+地震作用進(jìn)行地震作用進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析邊坡穩(wěn)定分析01分析功能的改善02提供高性能計(jì)算功能03分析中可考慮更多的巖土特性參數(shù)04支持更多的非線性計(jì)算方法05邊坡穩(wěn)定分析的新理念06支持動(dòng)力非線性分析07支持應(yīng)力

23、-滲流完全耦合分析25非線性動(dòng)力分析 希爾伯特黃變換(HHT-alpha法) 可考慮數(shù)值衰減的一般化的Newmark方法 使用數(shù)值衰減系數(shù)修正平衡方程 最小化正確度損失 可消除高頻區(qū)域的噪音dampinginternalexternaldampinginternalexternal(1)() ()tttttttttttMaffffff0 HHT-平衡方程式平衡方程式dampinginternalexternalMafff0 Newmark平衡方程平衡方程11211(1)12(12 )2nnnnnnnnntttvvaauuvaa 使用使用Newmark差分方程差分方程各時(shí)間積分法的相對(duì)周期誤差各

24、時(shí)間積分法的相對(duì)周期誤差(1 2)2H2(1)4H0.05無條件穩(wěn)定材料的非線性 可使用多種非線性材料 可使用靜力分析中的所有非線性材料 MC、DP、MMC等 今后版本將支持的分析 液化材料本構(gòu)、幾何非線性26非線性動(dòng)力分析過程 高級(jí)非線性分析選項(xiàng) 牛頓、準(zhǔn)牛頓剛度的更新 收斂加速、穩(wěn)定化 通過線搜索和時(shí)間分割保證分析的成功Tangent MatrixResidual ForceEquationSolveLine SearchConvergence State CheckAdvanceTime StepBisectTime StepMoreIteration用戶自定義時(shí)間步驟 可調(diào)整各步驟的時(shí)

25、間步長(zhǎng) 按需要的精確度進(jìn)行更有效率的分析11000.1100time(sec)dt(sec)需要使用需要使用HHT-的的噪音消除噪音消除功能功能分析過程中分析過程中因時(shí)間步長(zhǎng)因時(shí)間步長(zhǎng)的修改產(chǎn)生的修改產(chǎn)生的噪音的噪音與非線性靜態(tài)分析相同與非線性靜態(tài)分析相同與非線性靜態(tài)分析相同與非線性靜態(tài)分析相同27 考慮材料非線性時(shí) 根據(jù)發(fā)生塑性程度，與線性動(dòng)力分析的差異會(huì)不同，有時(shí)差異會(huì)很大考慮材料非線性的動(dòng)力分析例題 非線性材料 使用Mohr-Coulomb 地震作用分析 線性動(dòng)力分析與非線性動(dòng)力分析的差異 隧道地震作用分析塑性應(yīng)變結(jié)果隧道地震作用分析塑性應(yīng)變結(jié)果 t=15 地震作用位移結(jié)果比較地震作用位

26、移結(jié)果比較 隧道地震作用位移結(jié)果比較隧道地震作用位移結(jié)果比較 位移云圖位移云圖 t=20 塑性應(yīng)變?cè)茍D塑性應(yīng)變?cè)茍D t=1201分析功能的改善02提供高性能計(jì)算功能03分析中可考慮更多的巖土特性參數(shù)04支持更多的非線性計(jì)算方法05邊坡穩(wěn)定分析的新理念06支持動(dòng)力非線性分析07支持應(yīng)力-滲流完全耦合分析29應(yīng)力分析應(yīng)力分析應(yīng)力應(yīng)力-滲流耦合分析方法滲流耦合分析方法滲流滲流 應(yīng)力連續(xù)分析應(yīng)力連續(xù)分析(sequential analysis) 將滲流分析得到的孔隙水壓反映在應(yīng)力分析中 沒有時(shí)間參數(shù)的靜力非線性應(yīng)力分析 排水材料分析: 環(huán)境變化的長(zhǎng)期效應(yīng) 不排水材料分析: 環(huán)境變化的短期效應(yīng)滲流分析滲

27、流分析應(yīng)力分析應(yīng)力分析滲流分析滲流分析滲流滲流 應(yīng)力連續(xù)分析應(yīng)力連續(xù)分析固結(jié)分析或應(yīng)力固結(jié)分析或應(yīng)力-滲流完全耦合分析滲流完全耦合分析耦合分析耦合分析(Coupled analysis): 固結(jié)、完全耦合固結(jié)、完全耦合 使用時(shí)間積分方法， 考慮時(shí)間歷程的應(yīng)力、變形、孔隙水壓的變化 將耦合的非線性方程組用牛頓-拉普森方法計(jì)算 matgeoCuTCppttKKKguKKgp30u將位移自由度+超孔隙水壓超孔隙水壓作為自由度u穩(wěn)態(tài)的水位不變u非穩(wěn)態(tài)孔隙水壓用固結(jié)過程中發(fā)生的超孔隙水壓定義用超孔隙水壓的消散過程模擬用超孔隙水壓的消散過程模擬固結(jié)分析固結(jié)分析(Consolidation analysis)u將位移自由度+全孔隙水壓作為自由度u適用于無法定義穩(wěn)態(tài)孔隙水壓的問題適用于無法定義穩(wěn)態(tài)孔隙水壓的問題: 例如滲流條件及流量隨時(shí)間變化的問題u可考慮非穩(wěn)