Plaxis發(fā)展歷程

PLAXIS軟件研發(fā)始于1987年，當(dāng)時為了解決荷蘭本地特有的軟土地基相關(guān)的工程問題，代爾夫特理工大學(xué)（Technische Universiteit Delft，TUD）在荷蘭公共事業(yè)與水利管理委員會的提議下開始研發(fā)一款專業(yè)的、簡便易用的巖土有限元程序，即后來的PLAXIS。PLAXIS最初只有2D版本，且是在DOS系統(tǒng)下運(yùn)行的。1993年，PLAXIS公司正式成立，并于1998年發(fā)布第一版在Windows系統(tǒng)下運(yùn)行的PLAXIS軟件。同時，著手三維計算內(nèi)核的研發(fā)，并在2001年、2003年逐步推出兩個準(zhǔn)三維程序：PLAXIS三維隧道分析程序（3DT）、PLAXIS三維基礎(chǔ)分析程序（3DF），這為后來的全三維軟件PLAXIS3D程序的推出打下了堅實的基礎(chǔ)。隨著技術(shù)的不斷累積及逐漸成熟，PLAXIS公司于2010年推出了自己第一款真三維軟件PLAXIS 3D 2010，該軟件與之前的3DF和3DT屬于完全不同的軟件，具有全新的操作界面和自由方向三維建模的真三維特性，并以幾乎每年一個大的更新版本的速度繼續(xù)不斷更新完善，最新版本為PLAXIS 3D 2013。PLAXIS 2D最新版為2014年初發(fā)布的20周年紀(jì)念版PLAXIS 2D AE。

國際上有超過30家公司加入了PLAXIS發(fā)展共同體（Plaxis Development Community，PDC），為PLAXIS研發(fā)提供資金支持，并對研發(fā)成果的性能和品質(zhì)進(jìn)行測試和檢驗。

Plaxis前處理功能

PLAXIS系列程序界面友好，操作便捷。PLAXIS程序的【輸入】程序界面下包括土層、結(jié)構(gòu)、網(wǎng)格、水位、分步施工等五個標(biāo)簽，整個建模計算過程按此分析流程依次進(jìn)行即可。PLAXIS程序具有交互式圖形界面，其土層數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)、施工階段、荷載和邊界條件等都是在類似CAD繪圖環(huán)境的操作界面中輸入，支持DXF、DWG、3DS及地形圖的導(dǎo)入，有曲線生成器可建立曲線，有多種工具可以進(jìn)行交叉、合并、平移、分類框選、旋轉(zhuǎn)、陣列等操作以建立復(fù)雜幾何模型。PLAXIS可以自動生成非結(jié)構(gòu)化有限元網(wǎng)格，2D中土體采用15節(jié)點三角形單元，3D中土體采用10節(jié)點四面體單元模擬。模型中可使用的結(jié)構(gòu)單元包括板、梁、錨桿、土工格柵以及PLAXIS特有的Embedded樁單元，既可直接在模型中像繪制CAD圖形一樣畫出，也可在命令行通過輸入命令建立。土與結(jié)構(gòu)相互作用采用界面單元模擬，比如板單元與土體之間的相互作用，建立板之后，可通過右鍵菜單一鍵生成接觸界面。再比如滲流邊界條件，可指定常水頭、時間相關(guān)變化水頭，既可在模型中直接繪制水位面，也可通過數(shù)據(jù)表格、水頭變化函數(shù)等指定滲流邊界條件。

Plaxis計算分析功能

（1）計算功能強(qiáng)大，適用范圍廣。PLAXIS 2D/3D共包括三個模塊，即主模塊、滲流模塊、動力模塊，可進(jìn)行塑性、安全性、固結(jié)、滲流、流固耦合、動力等各種分析?？蓪ΤＲ?guī)巖土工程問題（變形、強(qiáng)度）如地基、基礎(chǔ)、開挖、支護(hù)、加載等進(jìn)行塑性分析，可對涉及超孔壓增長與消散的問題進(jìn)行固結(jié)分析，可對涉及水位變化的問題進(jìn)行滲流（穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)）計算以及完全流固耦合分析，可對涉及動力荷載、地震作用的問題進(jìn)行動力分析，可對涉及穩(wěn)定性（安全系數(shù)）的問題進(jìn)行安全性分析。從工程類型角度來看，可對基坑、地基基礎(chǔ)、邊坡、隧道、碼頭、水庫壩體等工程進(jìn)行分析。另外，PLAXIS程序還有專門的子程序用于模擬常規(guī)土工試驗并可進(jìn)行模型參數(shù)優(yōu)化（土工試驗室程序）。

（2）運(yùn)算穩(wěn)定，結(jié)果可靠。PLAXIS公司加入了NAFEMS（一個旨在促進(jìn)各類工程問題的有限元方法應(yīng)用的非盈利性組織），PLAXIS研發(fā)團(tuán)隊始終與世界各地的巖土力學(xué)與數(shù)值方法研究人員保持密切聯(lián)系，以使PLAXIS程序能夠采用最先進(jìn)的專業(yè)理論與技術(shù)，在業(yè)界保持高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。眾所周知，本構(gòu)模型是一個巖土有限元軟件的靈魂，PLAXIS程序率先引入了土體硬化模型（HS）和小應(yīng)變土體硬化模型（HSS）這兩個高級本構(gòu)模型，能夠考慮土體剛度隨應(yīng)力狀態(tài)的變化，其典型應(yīng)用如基坑開挖支護(hù)模擬，對于坑底回彈和地表沉降槽、以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力等的計算結(jié)果，經(jīng)過與眾多工程實例監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比，已經(jīng)得到世界范圍內(nèi)的廣泛認(rèn)可，成為開挖類有限元計算的首選本構(gòu)，使得廣大工程師擺脫了使用莫爾-庫侖等初級本構(gòu)難以考慮土體變剛度特性、甚至得到基坑連同地表整體上抬的計算結(jié)果的困擾。

Plaxis后處理功能

PLAXIS程序具有強(qiáng)大的后處理功能，能夠輸出結(jié)果等值線、彩色云圖、等值面及矢量分布圖，能夠輸出結(jié)構(gòu)單元的內(nèi)力，能夠直接輸出實體單元內(nèi)力，能夠輸出各階段孔壓變化，能夠在輸出視圖上添加注釋，能夠繪制監(jiān)測點變化曲線（曲線管理器），能夠自動生成計算結(jié)果報告和動畫，在計算過程中能夠預(yù)覽計算結(jié)果以便于及時檢查和修正模型。

自1987年推出PLAXIS 2D V1版本以來，至2014年初推出全新界面的PLAXIS 2D AE（20周年紀(jì)念版），共發(fā)布了13個主版本。操作方式、程序界面、建模分析功能和輸出功能等等都在不斷發(fā)展變化中趨于更加完善。

PLAXIS 2D AE（20周年紀(jì)念版）是為了慶祝PLAXIS B.V.公司成立20周年于2014年初發(fā)布的2D最新版本，與之前的版本在用戶界面和操作方式上有了重大改進(jìn)，開始與最新的PLAXIS 3D 2013操作界面和操作方式相統(tǒng)一。

PlaxisPLAXIS 2D AE新特性

全新的操作界面，集成的【輸入】、【計算】程序；

新界面下引入選擇瀏覽器和模型瀏覽器，可進(jìn)行多項選擇、多項編輯；

【土層】模式下提供鉆孔工具生成土層，也可導(dǎo)入CAD圖形文件輔助建模；

可輸入命令、可運(yùn)行命令流文件（VIP）；

可讀入CPT記錄曲線創(chuàng)建土層（VIP）；

在【結(jié)構(gòu)】模式下創(chuàng)建樁、板等結(jié)構(gòu)，提供新的建模工具創(chuàng)建開挖、填筑區(qū)域；

改進(jìn)的隧道設(shè)計器；

全新的網(wǎng)格模式，提供多個工具進(jìn)行網(wǎng)格粗化和細(xì)化；

【水力】模式下可定義各種水力邊界條件；

【分步施工】模式下定義各種類型計算階段；

全新的階段瀏覽器和階段窗口；

提供了膨脹巖本構(gòu)（VIP，UDSM）、粘-彈理想塑性本構(gòu)（VIP，UDSM）；

遠(yuǎn)程腳本API（VIP），可以phyon作為編程語言；

實體單元模擬隧道襯砌能夠直接給出內(nèi)力。

PlaxisPLAXIS 2D溫度模塊

PLAXIS 2D 2015版本將發(fā)布新的溫度模塊(Thermal)，與之前發(fā)布的動力(Dynamics)和滲流(PlaxsFlow)共同組成新的2D包 。

概述

• 2D溫度模塊是PLAXIS 2D的一個擴(kuò)展。一些巖土工程應(yīng)用需要考慮熱流場對土層水力和力學(xué)行為的影響。PLAXIS 2D溫度模塊提供了分析土層中熱流場的工具，同時又能分析熱流對土層中地下水滲流和應(yīng)力、應(yīng)變的影響。這一重要擴(kuò)展拓寬了程序在土木、環(huán)境、能源、礦山和極地工程中的應(yīng)用范圍。

建模

• 材料模型和結(jié)構(gòu)單元的熱性能

• 熱流邊界條件的繪制工具

• 施加溫度，熱量的流入和流出，熱對流（氣候和凍結(jié)管）邊界條件

• 時間相關(guān)的熱邊界條件的簡諧、線性和列表輸入

• 土和結(jié)構(gòu)的熱膨脹

• 部分飽和土

• 階段修改

計算

• 穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱分析

• 熱流-水力-力學(xué)的耦合與半耦合分析

結(jié)果

• 土和結(jié)構(gòu)中的溫度和熱流分布

• 土和結(jié)構(gòu)中的溫度和熱流曲線

應(yīng)用

• 基坑工程中由于內(nèi)支撐的熱膨脹導(dǎo)致的支撐內(nèi)力和圍護(hù)墻內(nèi)力（由陽光吸收和溫度變化引起）

• 人工地層凍結(jié)法的開挖工程中凍結(jié)管周圍的溫度分布

• 考慮地下管線熱膨脹情況下的地表位移和穩(wěn)定性

• 氣候改變對地表溫度分布的影響（比如永久凍土地區(qū)），評估土層性質(zhì)的相應(yīng)變化

• 含水層中鉆孔熱交換的效率和持續(xù)性

• 地下核廢料存儲引起的溫度變化

PlaxisPLAXIS 2D基本功能

PLAXIS 2D程序可分析平面應(yīng)變問題和軸對稱問題，基本功能如下：

本構(gòu)模型：線彈性模型、莫爾庫侖模型、土體硬化模型、小應(yīng)變土體硬化模型、軟土蠕變模型、軟土模型、修正劍橋模型、霍克-布朗模型、節(jié)理巖體模型、NGI-ADP模型、Sekiguchi-Ohta模型、用戶自定義本構(gòu)模型 。

幾何建模：五個標(biāo)簽引導(dǎo)符合巖土工程分析習(xí)慣的操作流程，圖形化用戶界面，交互式的CAD建模方式，支持CAD圖形文件導(dǎo)入，可通過隧道設(shè)計器施加曲線荷載，可指定各向異性應(yīng)變，可設(shè)置集中荷載和分布荷載的任意組合模式，可設(shè)置鉸和轉(zhuǎn)動彈簧，提供專門的隧道設(shè)計器。

結(jié)構(gòu)單元：提供巖土工程中常見的板、Embedded排樁、土工格柵、錨桿等結(jié)構(gòu)單元，可以考慮結(jié)構(gòu)單元的彈塑性行為，可以考慮板端承載力以模擬板端反力，錨桿單元可考慮殘余強(qiáng)度屬性；此外還提供了界面單元以模擬土-結(jié)構(gòu)相互作用及巖土體中軟弱面，可以考慮界面單元的殘余強(qiáng)度屬性。

網(wǎng)格劃分：全自動網(wǎng)格劃分，自動生成15節(jié)點三角形單元，可指定局部網(wǎng)格加密或加粗及整體加密或加粗。

施工階段模擬：方便模擬施工階段，可考慮各種復(fù)雜支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)效應(yīng)，可獲得各階段的地下水瞬態(tài)滲流過程，可以引入分項系數(shù)。

計算分析功能：塑性計算，固結(jié)計算，安全性計算（強(qiáng)度折減法），地下水滲流計算（可考慮隨時間變化的復(fù)雜的水頭邊界），完全流固耦合分析（可考慮不飽和土中的吸力及滲透系數(shù)衰減），動力分析（自由振動、動力時程分析，可施加自由場邊界、粘性吸收邊界、波速及瑞利阻尼，可施加水平、豎向加速度乘子）；支持64位 多核計算（VIP）；修改模型后支持施工階段自動重生成；內(nèi)置參數(shù)變化和敏感性分析工具。

結(jié)果輸出：等值線、彩色云圖、矢量圖，結(jié)構(gòu)內(nèi)力、結(jié)構(gòu)變形，數(shù)據(jù)表格，結(jié)果變化曲線（如荷載-位移曲線、應(yīng)力應(yīng)變曲線等），可生成結(jié)果報告文檔和結(jié)果動畫；能夠在視圖上添加注釋；計算過程中可暫停計算并輸出中間計算結(jié)果便于及時檢查和修正。

特色功能：土工試驗?zāi)M（可模擬三軸試驗、直剪試驗、側(cè)限壓縮試驗、等應(yīng)變率壓縮試驗、常規(guī)三軸試驗，可導(dǎo)入實際的室內(nèi)土工試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合和參數(shù)優(yōu)化）；階段位移求和；實體單元內(nèi)力積分；HS、HSS本構(gòu)。

PLAXIS B.V.公司分別于2001年和2003年先后推出了三維隧道分析程序（3DT）和三維基礎(chǔ)分析程序（3DF），后來不斷升級至2.0以上的版本；直到2010年，PLAXIS B.V.公司推出了第一款全三維程序PLAXIS 3D 2010，截至2014年已升級至PLAXIS 3D 2013版。PLAXIS B.V.公司已不再出售3DT和3DF程序，也不再對之前的3DT和3DF用戶提供技術(shù)支持，而是全面推廣建模分析功能和操作體驗都遠(yuǎn)勝于前者的PLAXIS 3D程序，即3DT和3DF已被淘汰，用戶如想獲得技術(shù)支持需先向PLAXIS B.V.公司繳納一定的升級費用升級到新版本后才可享受相應(yīng)的技術(shù)支持服務(wù)。

PlaxisPLAXIS 3D 2013新特性

1 根據(jù)CPT曲線生成土層（VIP）

2 遠(yuǎn)程腳本API（VIP）

3 NGI-ADP模型（VIP）

4 土工試驗參數(shù)優(yōu)化

5 自由場 / 柔性基礎(chǔ)邊界（動力 VIP）

6 板端承載力

7 錨桿和界面殘余強(qiáng)度

8 界面張開閉合

9 3D滲流模塊（可選）

PlaxisPLAXIS 3D基本功能

PLAXIS 3D程序可建立各種復(fù)雜的三維模型，如地表地形起伏變化、多個非水平分布土層、大量結(jié)構(gòu)單元與各種荷載等，分析功能與PLAXIS 2D AE基本一致（可參見3.2節(jié)的內(nèi)容） 。

輸入界面友好：

· 利用勘察孔數(shù)據(jù)輸入土層

· 支持DXF、DWG 、3DS及地形圖導(dǎo)入

· 模型瀏覽器可以鏈接到所有幾何對象

· 命令流操作及模型重現(xiàn)功能

· 交叉和合并工具方便模擬復(fù)雜幾何形狀

· 邏輯性強(qiáng)的巖土分析流程

· 便捷的圖形化用戶界面

· 以勘察孔為向?qū)У耐翆咏?

· 真三維建模

3D計算特性：

· 廣受認(rèn)可、功能強(qiáng)大的計算程序

· 命令流：模型定義、重現(xiàn)；

· EXCEL表格數(shù)據(jù)導(dǎo)入

· 64位計算內(nèi)核

· 并行計算（針對相互獨立的計算階段）

· 批處理

輸出特性：

· 等值線、云圖、等勢面及矢量分布圖

· 可移動剖面輸出

· 高級數(shù)據(jù)分割

· 報告及動畫生成器

基坑工程：PLAXIS程序內(nèi)嵌的HS和HSS本構(gòu)模型對于開挖類問題具有獨特的優(yōu)勢，在建筑基坑、地鐵基坑等開挖支護(hù)分析中有大量應(yīng)用，廣受認(rèn)可 。

地基基礎(chǔ)：PLAXIS程序提供了獨特的Embedded樁單元，可模擬包含大量樁構(gòu)件的大型樁筏基礎(chǔ)。

隧道工程：PLAXIS程序提供了專門的隧道設(shè)計器工具以及模擬地層損失的斷面收縮設(shè)置，對于模擬盾構(gòu)隧道、新奧法隧道及其他施工方法提供了便利條件。

港口碼頭：PLAXIS程序的滲流模塊功能強(qiáng)大、設(shè)置簡便，模擬拉錨板樁施工及軟土變形效果良好。

邊坡工程：PLAXIS程序內(nèi)置基于強(qiáng)度折減法的安全性計算類型，可在邊坡開挖、加固施工后快速進(jìn)行穩(wěn)定性分析，獲得潛在滑移范圍和安全系數(shù)。

。。。。。。

軟件簡介

Plaxis大型巖土工程有限元設(shè)計計算軟件(包括Plaxis動力模塊,PlaxFlow地下水滲流模塊,Plaxis三維隧道軟件 V2,Plaxis三維基礎(chǔ)軟件(可以計算現(xiàn)行的所有大型樁筏基礎(chǔ))

與當(dāng)前的FLAC,ansys,abcus相比,Plaxis具有本構(gòu)模型豐富,而且可以用戶根據(jù)需要自定義本構(gòu)模,操作界面簡單。

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