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SAP84和GTS-NX在地下结构中的应用与对比分析
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midas GTS NX 主要升级内容NEW
描述：GTS NX 主要升级内容
关键字: GTS NX 主要升级内容
通用岩土有限元分析软件
New eXperience of Geo-Technical analysis System
主要升级内容
V420——V2015midas GTS Release NoteNext Generation Solution for Geotechnical and Tunnel Engineering
MIDAS Information Technology Co.，Ltd.内容概要midas GTS NX V2015 主要升级内容
03midas GTS NX V2014 主要升级内容
09midas GTS NX V2013 主要升级内容
15midas GTS V420 主要升级内容
21GTS NX V2015
主要升级内容? 前处理?1. 网格& 单元& 网格参数 & 1D & 变截面组(梁/植入式梁)?2. 静力/边坡 分析& 荷载 & 收缩?3. 结果 & 高级 & 其它 & 多步骤图?4. 网格 & 单元 & 界面: 从桁架/梁(T/X-交叉型), 从壳 (T/X-交叉型) 5. 几何 & 曲面与实体 & 层面? 后处理6. 结果 & 特殊 & 渗流 & 流量7. 分析 & 历程 & 历程测点 – 增加渗流8. 静力/边坡分析 & 荷载 & 自重9. 结果& 一般 & 矢量10.分析工况& 线性时程(振型叠加法), 线性时程(直接积分法), 非线性时程, 2D 等效线性， 非线性时程+SRM & 输出控制11.静力/边坡分析 & 荷载 & 从结果12.渗流/固结分析 & 边界 & 从结果13. 动力分析 & 荷载 & 荷载表格输入/输出GTS 主要升级内容
GTS NX V20151. 网格& 单元& 网格参数 & 1D & 变截面组(梁/植入式梁)
o 将指定为变截面的构件进行组合，与单元分割状态无关，自动计算截面大小生成变截面组构件。先选择变截面
区段的所有单元，然后分别选择截面变化开始及结束端的截面特性。此时，将生成i端截面特性作为起始端截
面，j端截面作为结束端截面的变截面构件。可以方便的模拟变截面构件，无需生成变截面区段各单元的截面
特性。2. 静力/边坡分析& 荷载 & 收缩
盾构隧道中考虑收缩量的荷载。2D单元中可以选择梁单元，3D单元中可选择壳单元，适用收缩量。收缩值是隧
道圆周方向的收缩量、收缩增量值是开挖方向的收缩量、参考深度是计算3D隧道开挖方向收缩量所用到的基准
※ 建模注意事项
- 选择单元为圆形计算式才成立。 (不是圆形且闭合的单元可以选择，但是结果是不正确的。)
- 3D单元的壳单元如下图，需要将开挖方向调整为单元坐标系-X。 (用于自动计算开挖方向的开挖宽度。GTS 主要升级内容
GTS NX V20153. 结果 & 高级 & 其它 & 多步骤图
将多个步骤的结果，按照选择的节点/单元位置为基准输出曲线图。定义曲线图中， '轴'是
选择节点或单元的实际坐标，布置在Y轴。X轴为选择节点/单元的结果值。4. 网格 & 单元 & 界面: 从桁架/梁(T/X-交叉型), 从壳 (T/X-交叉型)
给T字形或X字形交叉的桁架/梁单元生成界面单元。3D模型中可选择壳单元。按照T字形或X字形生成界面单元，
不能以桁架/梁单元，各自独立生成网格组 (分别注册接触网格组)GTS 主要升级内容
GTS NX V20155. 几何 & 曲面与实体 & 层面
定义地层面建模助手中，通过导入Excel文件，定义地层面信息。'输入'功能可以将多个钻孔信息一并导入。地层
面按平面名称，修正钻孔深度生成。GTS 主要升级内容
GTS NX V20156. 结果 & 特殊 & 渗流 & 流量
能够更加简便地计算流量。
- 增加了之前的节点选择方式及任意定义切割线/面的方式。 切割方式可以定义任意线及任意面。任意线可以直
接定义两点线或选择线后，计算'搜索容差'内的节点的流量。任意面可以直接定义3点面或选择平面后，计算'搜
索容差'内的节点的流量。3点平面方式可以计算由3点构成无限大平面的流量。如果定义有限平面'有限平面' 选
项，计算由3点构成平面内的流量。
- 在定义信息中，添加计算流量的信息时, 会记录在定义列表中。可以重复选择定义列表中的多个信息计算流量，
也可以编辑/删除。用户勾选的包含在定义列表的节点信息，输出在节点号ID中。多个信息中被重复选择的节点，
按1个来计算。7. 分析 & 历程 & 历程测点 – 增加渗流
时间依存分析工况中增加了曲线图输出渗流结果的类型。区分为节点结果与单元结果 (实体, 壳, 平面应变, A轴
对称, 平面应力/土工格珊(2D), 梁/植入式梁, 桁架/植入式桁架/土工格珊(1D))。GTS 主要升级内容
GTS NX V201510. 分析工况& 线性时程(振型叠加法), 线性时程(直接积分法), 非线性时程, 2D 等效线性，
非线性时程+SRM & 输出控制
勾选'相对结果'选项时，可以输入输出相对结果用到的基准节点。不勾选时，与之前相同方式计算相对结果。11.静力/边坡分析 & 荷载 & 从结果
完成分析后，可以将 '节点力', '节点弯矩', '节点平动位移', '节点转动位移' 类型的结果按荷载指定给其他分析
工况进行分析。GTS NX V2014
主要升级内容? 前处理
1. 增加自动修复几何形状（拓扑优化） 功能
2. 增加自动模型简化（移除短线、小面等）功能
3. 增加土层参数数据库
4. 增加植入式梁单元
5. 增加自由场单元（动力分析无限单元）
6. 增加非弹性铰单元
7. 增加荷载表格输入/输出功能
8. 增加人工地震波生成器功能
9. 增加CAD导入接口
10. 增加复杂截面特性计算器? 分析
1. 莫尔-库伦模型增加输出安全系数的功能
2. 范梅-赛斯模型增加定义应力-应变曲线的功能
3. 增加软土蠕变模型（考虑次固结）
4. 增加广义霍克-布朗模型
5. 增加关口-太田（非粘性）模型和·关口-太田（粘性）模型
6. 增加兰贝格-奥斯古德滞回模型（Ramberg-Osgood）
7. 增加哈丁-唐尼维奇滞回模型（ Hardin-Drnevich）GTS NX V2014
主要升级内容? 分析
8. 增加修正 UBC SAND液化模型
9. 改善修正莫尔-库伦模型（考虑硬化特性和抗拉强度）
10. 2D结构单元增加正交各向异性模型
11. 增加混凝土收缩徐变（时间相关性）功能
12. 增加预估激活单元初始应力状态功能
13. 增加应力-非线性时程分析耦合功能
14. 增加几何非线性和估计初始节点位置功能
15. 增加一般接触功能（接触分析）? 后处理
1. 3D→2D模型保存并导出到SoilWorks
2. 新增动力分析结果中显示变形后的相对形状功能
3. 改善3D PDF 报告输出（增加材料信息等）
4. 改善结果标记GTS 主要升级内容
GTS NX V2014增加CAD导入接口 o 增加10种常用CAD导入接口：ACIS、STEP、IGES、Pro-E、CATIA V4、CATIA V5、SolidWorks、Unigrap
-hics、Inventor Part、Inventor Assembly。o 主菜单& 导入 & 导入CAD文件利用导入CAD文件功能时，当前模型的分析信息将被自动无效化。同时，即使没有打开新的文件，也能不限次数地导入新的CAD几何形状到新窗口。支持的文件格式有：
[GTS NX V2015支持的导入文件格式]
Parasolid（10 to 24）（*x_t;*.xmt_*.x_b;*xmt_bin）
ACIS（tp R23）Files（*.*.*.*.asab）
STEP（AP203,AP214）Files（*.*.step）
IGES（Up to 5.3）Files（*.*.iges）
Pro-E（16 to Wildfire 5，Creo 2.0）Files（*.*.prt.*;*.*.asm.*）
CATIA V4（CATIA 4.1.9 to 4.2.4）Files（*.*.*.session）
CATIA V5（R6 to R22）Files（*.CATP*.CATP*.CGR）
SoilWorks（98 to 2013）Files（*.*.sldasm）
Unigraphics（11 to 18，NX to NX8）Files（*.prt）
Inventor Part（6 to 2013）Files（*.ipt）
inventor Assembly（11 to 2013）Files（*.iam）因为CAD形状没有长度单位，所以用户要设定导入对象的模型长度单位。设定的单位决定CAD形状的大小并且支持m和ft单位。GTS 主要升级内容
GTS NX V2014
莫尔-库伦模型增加输出安全系数的功能
o 定义粘聚力、摩擦角、抗拉强度（可选）作为破坏准则的参数。
o 每一施工阶段材料应力状态可由基于莫尔-库伦破坏准则的安全系数表示。
o 能自动计算单元当前应力与破坏应力比值。
o 能直观看到稳定，潜在破坏及塑性破坏区域。
o 查看每个单元的安全系数（ 2D : 平面应变应力& 安全系数, 3D : 实体应力&安全系数）。
o 若安全系数小于1（或1.2），可以与塑性破坏区域相同。o 网格 & 属性/坐标系/函数 & 材料 & 各向同性 & 莫尔-库伦 & 一般 & 安全结果输出[模型示意图: 3D深基坑开挖]
[模型示意图: 2D隧道开挖]
[塑性状态: 单元应力]
[安全结果（系数小于1.2结果）]GTS 主要升级内容
GTS NX V2014
增加修正 UBC SAND液化模型
o 模型验证。
1234剪切应力[kPa]
剪切应变[%]
0 20 40 60 80
竖直应力[kPa]
[不排水 DSS （单调加载）]
Soil densification
剪切应力[kPa]
20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 120
竖直应力[kPa]
竖直应力[kPa]
[不排水 DSS （循环）]GTS 主要升级内容
分析增加预估激活单元初始应力状态功能o 适用于施工阶段期间激活单元的初始应力状态。o 为了计算原始场的初始应力，GTS NX进行线性分析即使是非线性材料单元，这种情况可能导致高估土体的变
形行为（大位移）。初始应力选项能预估初始应力状态尤其是对刚激活的单元，如模拟填土回填和路堤回填。o 分析 & 分析工况 & 分析控制 & 一般 & 原场地分析 &预估激活单元初始应力状态
[工程实例: 开挖和填土]
[没勾选选项: 水平位移: 84mm]
[勾选选项: 水平位移: 30mm]GTS 主要升级内容
GTS NX V2014增加几何非线性和估计初始节点位置功能o 在应力分析、完全耦合（固结）分析、边坡稳定分析时考虑几何非线性效应。o 分析时可以考虑荷载非线性，考虑跟随力作用，其加载方向随着变形而改变。o 使用大变形分析，用户可以得到更合理的结果。o 在路堤施工等完全耦合（固结）分析时, 在一般选项卡中“初始位置”里勾选该选项可用得到更合理的结果。o 分析 & 分析工况 & 分析控制 & 一般 & 初始位置 & 判断节点初始的位置o 分析 & 分析工况 & 分析控制 & 非线性 & 几何非线性 & 考虑几何非线性效应
Normal pressure
Pressure in specified direction
[考虑大变形后的压力方向变化]
[路基逐级加载固结分析]
[几何非线性+ 初始位置选项]
[结果对比]
[几何线性+未勾选初始位置选项]GTS 主要升级内容
后处理新增动力分析结果中显示变形后的相对形状功能o 在地震分析中, 在施加地面加速度时土体底部是固定的。在上一版本用户仅能检查绝对变形后的形状。o 用户可以查看相对位移的变形后形状。o 结果 & 一般 & 变形后形状（方向） & X相对方向/ Y相对方向/ Z相对方向/ XYZ相对方向ut (t) ? ug (t) ? u(t)
[动力分析的总位移]GTS NX V2013
主要升级内容? 前处理
1. 提供直观的最新用户操作界面
2. 提供全新的64位操作环境及高性能图形引擎
3. 改善几何建模的性能和速度
4. 提供使用钻孔数据生成地表及地层模型功能
5. 提供自动共享面和自动印刻功能
6. 提供高性能的单元网格划分并行计算引擎
7. 提供以六面体单元为主的混合网格划分功能
8. 提供实用的焊接接触单元功能
9. 提供定义二个以上的不同施工工序组成的施工阶段组功能
10. 提供在画面上通过显示/隐藏定义施工阶段功能? 分析 1. 提供高性能并行计算求解器（64位求解器及支持GPU加速 ） 2. 材料模型中提供更多岩土特性参数（考虑孔隙率、部分饱和度的岩土分析） 3. 改善材料本构模型准确性和收敛性 4. 扩展可考虑水位的分析类型和功能（三维水面及自动考虑水压力） 5. 渗流分析功能的扩展及收敛性的提高（降雨强度、亚松弛法） 6. 固结分析功能的改善/扩展及收敛性的提高（渗流-应力完全耦合分析） 7. 边坡稳定分析功能的扩展及收敛性的提高（二分法和弧长法） 8. 动力分析功能的扩展及改善（非线性时程分析、考虑自重、自定义步骤）GTS NX V2013
主要升级内容? 后处理
1. 提供3D→2D结果标记助手
2. 提供测试声级的dB转换功能
3. 提供显示三维流线功能
4. 提供3D PDF输出功能GTS 主要升级内容
GTS NX V2013提供使用钻孔数据生成地表及地层模型功能o 提供层面助手，在平面上输入钻孔信息，根据地层高程，自动生成三维地层。o 结合地形生成器和层面助手，真实的地形地貌建模更方便。
[利用勘探资料生成地表+地层模式][利用电子地形数据生成地表数据模式]GTS 主要升级内容
GTS NX V2013提供以六面体单元为主的混合网格划分功能o 表面和大部分位置采用六面体单元，内部应力变化不大位置采用四面体单元，连接使用五面体单元。o 所有分析中均可使用混合网格。o 复杂的模型上也能生成公认结果可靠的六面体单元，提高了计算效率和准确度。
（ 体- 体间过渡）
[混合网格的单元构成分布]
棱 体单四面体单元（三角形表面）
混合单元（四边形表面）
※ 无需进行单元坐标转换，便于查看结构内力结果GTS 主要升级内容
GTS NX V2013提供高性能并行计算求解器（64位求解器及支持GPU加速 ） o Multi-frontal Solver支持多核多线程计算。 o 求解器改为64位，所有分析类型均支持64位。不会再有因内存问题需要减少单元数量或施工阶段数量问题。
运算速度可提高3~6倍。 o 支持GPU加速，适用于NVIDIA双精度浮点运算的显卡。在64 位操作系统运行，采用64位求解器时使用。对
于超大规模模型，可提高4~17倍速度。 o 模型越大，提高速度越明显。使用显卡：Tesla C GHz, 448 CUDA Core）
1,113,497 个
197,692 个12
非线性施工阶段 （12个阶段）
GTS 29分20秒
[case1] 单元
834,293 个
分析时间 节点
394,802 个
30分10秒自由度
1,184,406 个
[case2]※ 线性静态分析（1次分析时间） → 施工阶段分析、
GTS NX非线性分析时间随施工阶段数量和荷载增量数量分
（GPU）析时间变化。GTS 主要升级内容
分析扩展可考虑水位的分析类型和功能（三维水面、自动考虑水压力）o 所有分析类型（线性、非线性、特征值、时程分析等）均可以考虑水位。o 可输入三维水面并根据水面差自动计算渗透力，考虑部分饱和特性、负孔隙水压。o 可自动考虑水压（Auto water pressure） 。
[考虑渗透力+自动生成水压][自动生成三维水面]
[根据水面差自动计算渗透力][GTS 420 – 使用‘压力荷载’定义水压
（需要手动输入水压值）]
[GTS 420 – 挡墙的轴力结果] [GTS NX – 勾选分析控制中的
[GTS NX – 挡墙的轴力结果]
‘自动考虑水压’ 选项（在开挖面/线上自动加载水压）]GTS V420
主要升级内容? 前处理
1. 增加了文件预览和在状态栏显示节点和单元数功能
2. 修改了二维工作平面坐标系
3. 增加手动校审功能
4. 增加了排序功能
5. 增加了几何组组合列表窗口
6. 增加了导入和导出文本格式的模型文件功能
7. 增加导入midas MxT文件功能
8. 增加了实体单元视为构件输出其内力的功能
9. 增加了变截面梁单元
10. 增加了非线性弹簧连接功能
11. 增加了高阶梁单元
12. 增加了界面和连接单元的渗透功能
13. 在梁、桁架/植入式桁架中增加了输入间距的功能
14. 改善了建立界面单元功能
15. 增加了通过试验数据换算材料弹模或泊松比的功能
16. 增加了锚杆建模助手功能
17. 检查网格功能中增加了查找锁紧单元的功能
18. 增加了用任意面分割网格组的功能
19. 增加了分别生成桩侧界面与桩端界面网格组的功能GTS V420
主要升级内容? 前处理
20. 改善了桩单元桩端位置
21. 改善了网格首选项对话框
22. 增加了释放梁端部约束功能
23. 增加了释放板端部约束功能
24. 增加了初始地应力的输入功能
25. 改善了直线梁单元荷载的功能
26. 增加了搜索地下水流出位置的功能
27. 增加了自动生成动力分析边界条件的功能
28. 增加了自动计算爆破荷载的功能
29. 增加了自动计算列车荷载的功能
30. 增加了分配节点质量功能GTS V420
主要升级内容? 分析 1. 改善了自定义本构和增加D-min模型 2. 改善了Morh-Coulomb模型考虑拉伸截断时的计算方法 3. 改善了修正摩尔-库伦（硬化土）模型的参数取值 4. 改善了不同分析类型中修正剑桥模型的输入参数 5. 改善了分析速度（64位和并行计算） 6. 增加了自动验算各施工阶段边坡稳定性的功能 7. 增加了弧长法 8. 修改了非线性收敛准则 9. 增加了按施工阶段定义收敛条件和迭代次数的功能 10. 增加了定义单元网格地下水位的功能 11. 改善了自动荷载步骤选项中保存结果的阶段 12. 应力-渗流耦合分析中自动考虑渗透力的影响 13. 修改了透水系数输入值范围限制 14. 增加了非稳态渗流-应力耦合分析功能 15. 渗流分析中增加了贮水率（Ss）和日本非饱和特性函数 16. 增加了自动考虑水压力功能 17. 增加了一维自由场分析（自由场分析）功能 18. 一维自由场分析中增加了露头岩及土层内地震波的选项 19. 增加了二维等效线性分析（地基-结构相互作用SSI）功能 20. 增加了界面单元/桩单元的动力分析功能 21. 时程分析中增加了可考虑不同阻尼比影响的功能GTS V420
主要升级内容? 后处理
1. 改善了后处理图形处理功能
2. 增加了塑性状态输出的功能
3. 改善了施工阶段分析/渗流分析结果文件的格式
4. 增加了输出收敛报告的功能
5. 修改了分析工况/结果成分的组合命令位置
6. 增加了线性分析结果的组合和包络功能
7. 改善了剖断面功能
8. 修改了反力合计的输出命令位置
9. 增加了导入分析结果的功能
10. 改善了表格形式的结果输出方式
11. 修改了一维单元（梁/桁架）的轴力结果输出方式
12. 修改了二维模型中的梁单元坐标系
13. 增加了查看流量的方法
14. 固结分析结果中增加了超孔隙水压力结果的输出
15. 修改了查看渗流-应力耦合分析结果的方式
16. 动力分析中增加了绝对位移输出的功能
17. 线性分析中增加了单元内力输出的功能
18. 时程分析中增加了速度、加速度结果输出的功能
19. 一维地基响应分析中增加了“地基加速度”文本文件的输出GTS 主要升级内容
GTS V420增加了自动计算爆破荷载的功能o 使用爆破荷载推荐公式自动计算爆破荷载。o 使用各种推荐公式计算爆破压力并可考虑不耦合作用（爆破折减效应）。o 是否考虑周边场影响的计算公式。P'?
P'? PB ? W
Lo 随时间变化的作用在孔壁上的动压力使用Starfield等（1968）建议的函数计算。? ?P(t) ? 4? P'???exp?? ? B? t ?? ? exp ?
?o 工具 & 动力荷载数据生成器 & 爆破动力荷载
[爆破动力荷载的定义]
使用单位 National Highway Institute
4.18?10-7 ?S? V2
（US）, 1991
V : ft/sec
International Society of
Explosive Engineers, 2000
PD ? 2.5? S? V2 ?10?6
PD : kbarJohannson & Persson,. 1973
PD ? 2.1? (0.36 ? S) ? V2
Jones & Hino, 1974
PD ? 0.000424? V2 ?S? (1? 0.543?S ? 0.193?S2 )
Liu & Tidman, 1995
? 1.62? (S? V2 ) ? ??
V : km/sec
S : g/cm3Atlas powder company, 1987
PD : g/cm2
PD ? 2.325?10?7 ? S? V2
V : cm/sec
V : km/sec
V : ft/sec
[爆破荷载推荐公式]GTS 主要升级内容
GTS V420增加了自动计算列车荷载的功能 o 由列车荷载数据库自动生成列车移动荷载函数，自动计算不等间距节点上列车荷载的到达时间和荷载。 o 使用移动荷载法（moving force model）模拟列车移动效果，即将车辆荷载理想化为瞬间作用在节点上的三
角形的冲击荷载进行分析。 o 用户可自定义荷载列车荷载。o 工具 & 动力荷载数据生成器 & 列车动力荷载[定义列车动力荷载]
[理想化的单轴车轮荷载][各车轴荷载到达形状]
[自动计算的列车荷载]主要升级内容
V420——V2015
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第1章． NX后处理
这章节主要是描述NX后处理的功能和后处理组件的用途。
完成这个章节的培训后：
1. 了解NX后处理的基本术语和后处理组件之间的相互关系
2. 了解如何使用Post Build工具建立后处理
后处理是数控加工中一个重要环节，其主要任务是将CAM软件生成的加工刀位轨迹源文件转成特定机床可接受的数控代码（NC）文件。
1.1 后处理
NX软件系统在数控加工编程能力是目前市场上最强的集成系统，其加工编程功能包括三～五轴铣销加工编程，车削加工编程，线切割加工编程和加工编程等。
可以使用NX加工模块生成刀轨。在NX的刀轨中会包含GOTO 点和其他机床控制的指令信息。由于不同的机床控制系统对NC程序格式有不同的要求，所以这些NX刀轨源文件不能直接被控制系统所使用。我们知道，数控机床的控制器不同，所使用的NC程序格式就不一样。因此，NX/CAM中的刀轨必须经过处理转换成特定机床控制器能接受的NC程序格式，这一处理过程就是“后处理”。
后处理是数控加工中一个重要环节，其主要任务是将CAM软件生成的加工刀位轨迹源文件转成特定机床可接受的数控代码（NC）文件。
后处理必须具备两个要素：
l 刀轨 —— NX内部刀轨 后处理器 —— 是一个包含机床和控制系统信息的处理程序，它读取刀轨数
据，再转化成机床可接收代码
NX软件为我们提供了两种后处理方法，一种是用图形后处理模块GPM (Graphics Postprocessor Module) 进行后置处理；另一种是用NX/POST后处理器进行后置处理。
GPM后处理方法是一种旧式方法。现代数控机床的复杂性和特殊性越来越多，采用GPM方法也越来越难以适应新的机床，而NX/POST通过建立与机床控制系统相匹配的两个文件——事件处理文件和定义文件，可以轻松完成从简单到任意复杂机床控制系统的后处理，用户甚至可以直接修改这两个文件实现用户特定的信息处理。
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