(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210904413.7 (22)申请日 2022.07.29 (71)申请人 东南大学 地址 210018 江苏省南京市玄武区四牌楼 2 号 (72)发明人 董侨　王双平　陈雪琴　王翔　 王强　杨博瀚　顾兴宇　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 王群 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 30/12(2020.01) G06F 111/04(2020.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于有限元模型实现水泥道面板底脱 空仿真的方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于有限元模型实现水泥 道面板底脱空仿真的方法。 包括步骤： 建立水泥 道面结构层模型以形成至少两块面层模型和基 层模型； 建立面层模型与面层模型之间z方向弹 簧K1以及面层模型与基层模型之间x、 y、 z方向弹 簧Kx、 Ky、 Kz； 基于仿真数据构建接缝挠度传荷系 数与K1弹簧刚度、 基层模量与Kz弹簧刚度、 摩擦 系数与Kx、 Ky弹簧刚度的三种关系模型； 基于 Python语言开发ABAQUS  GUI插件工 具， 实现参数 化建模； 修改INP文件中脱空区域结点处的弹簧 刚度模拟不同形状尺寸、 不同支承状态的脱空。 本发明的三种关系模型提高了板底脱空仿真模 型的准确性和计算效率， 可以研究道 面板在不同 脱空状态下的力学响应 。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 115310321 A 2022.11.08 CN 115310321 A 1.一种基于有限元模型实现水泥道面板底脱空仿真的方法， 其特 征在于， 包括 步骤： 步骤一， 获取 水泥道面的结构参数和材 料参数； 步骤二， 建立XYZ坐标系， 建立水泥道面结构层模型以形成至少两块面层模型和基层模 型， 模拟步骤一中实际水泥道面的材 料参数给面层模型和基层模型 赋予材料属性； 步骤三， 在基层模型底部创建弹性基础以模拟文克勒地基； 步骤四， 运行Python脚本逐一捕捉面层模型与面层模型之间的所有网格结点对， 对其 批量建立面层模型与面层模型之间的z方向弹簧K1以模拟面层模型与面层模型之间的接缝 传荷作用； 运行Python脚本逐一捕捉面层模型与基层模型之间的所有网格结点对， 对其批 量建立面层模型与基层模型之间的x、 y、 z方向弹簧Kx、 Ky、 Kz以模拟面层模型与基层模型之 间的法向接触与切向接触作用； 步骤五， 在中间面层模型的板边中部施加HWD荷载， 提取HWD在受荷板边缘的传感器弯 沉值ω0以及在未受荷板边缘的传感器弯沉值ω1， 计算不同K1弹簧刚度下的接缝挠度传荷 系数LTEδ； 步骤六， 基于步骤五得到的在HWD荷载作用下的不同K1弹簧刚度所对应的接 缝挠度传荷 系数值， 构建LTEδ接缝挠度传 荷系数与K1弹簧刚度之间的关系模型， 模型表达式如下： 式中， LTEδ为接缝挠度传荷系 数； K1为弹簧刚度； p为消除道面结构参数影响的因子； α、 β 、 γ为模型参数； 步骤七， 在中间面层模型的板边中部施加HWD荷载， 计算并提取不 同Kx、 Ky、 Kz弹簧刚度 下的沿板边路径的最大弯拉应力以及表面弯 沉； 计算并提取面层模型与基层模型之 间设置 为库伦摩擦模型时不同基层 模量、 不同摩擦系数下沿板边路径的最大弯拉应力以及表面弯 沉。 步骤八， 建立Kz弹簧刚度与基层模量之间的关系模型： 式中， Kz为弹簧刚度； Eb为基层模量； α 为模型参数； Ns为单位面积网格结点数； 步骤九， 建立Kx、 Ky弹簧刚度与摩擦系数之间的关系模型： 式中， Kx， Ky为弹簧刚度； μ为摩擦系数； Ns为单位面积网格结点数； α 为模型参数。 步骤十， 在步骤一、 二、 三生成的abaqus.jnl文件基础上修改Python代码并定义函数， 开发ABAQUS  GUI插件工具， 使用RSG对话框构造器创建对话框， 实现高效参数化建模与弹簧 的批量建立； 步骤十一， 利用Windows批处理命令修改INP 文件中脱空区域内网格结点编号对应的Kx、 Ky、 Kz弹簧刚度， 模拟不同形状尺寸、 不同支承状态的实际脱空状况， 计算脱空道面板在荷载 下的应力应 变响应。 2.根据权利要求1所述的一种基于有限元模型实现水泥道面板底脱空仿真的方法， 其 特征在于： 在步骤一中， 参考水泥道 面设计资料和现场钻芯取样结果， 以获取水泥道面的结权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115310321 A 2构参数与材 料参数。 3.根据权利要求1所述的一种基于有限元模型实现水泥道面板底脱空仿真的方法， 其 特征在于： 步骤一中， 面层模型的数量 为9块， 按照3 ×3的阵列排列。 4.根据权利要求1所述的一种基于有限元模型实现水泥道面板底脱空仿真的方法， 其 特征在于： 步骤五与步骤 七的HWD荷载施加方式相同。 5.根据权利要求1所述的一种基于有限元模型实现水泥道面板底脱空仿真的方法， 其 特征在于： 步骤六中， 根据公式 得到p值， 式中， E为混凝土面层弹性模量； h为混凝土面层厚度； υ为混凝土面层泊松比； K为地基反应模量； Ns为单位接缝长度网格结点数。 6.根据权利要求1所述的一种基于有限元模型实现水泥道面板底脱空仿真的方法， 其 特征在于： 步骤六中， 根据步骤五所提取的大量仿真数据回归计算模型参数α 、 β 、 γ值。 7.根据权利要求1所述的一种基于有限元模型实现水泥道面板底脱空仿真的方法， 其 特征在于： 在步骤六中， 根据实际HWD测试结果计算的接缝挠度传荷系数来确定 建模参数中 K1弹簧刚度。 8.根据权利要求1所述的一种基于有限元模型实现水泥道面板底脱空仿真的方法， 其 特征在于： 在步骤七中， 移除Kx、 Ky、 Kz弹簧， 面层 模型与基层模 型之间设置为库伦摩 擦模型， 以验证弹簧模型的准确性。 9.根据权利要求1所述的一种基于有限元模型实现水泥道面板底脱空仿真的方法， 其 特征在于： 步骤八和九中， 根据步骤 七所提取的大量仿真数据回归计算模型参数α 值。 10.根据权利要求1所述的一种基于有限元模型实现水泥道面板底脱空仿真的方法， 其 特征在于： 通过ABAQUS软件 对模型进行参数化处 理以及自动化建模。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115310321 A 3