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2 有限元分析
本文中，通过有限元软件数据包ABAQUS（Hibbit 等，2004）对单墩P&H 无张力新型基础和周围土体建立详细数值模型。这个软件对轴向和侧向受荷的桩的动态分析可行性已经被广泛的证实。此外软件还允许引进土和墩之间的摩擦接触面，对分析土结相互作用问题至关重要。图2表示了墩土系统三维有限元的网格划分。墩和土的单元采用二次等参单元。几何尺寸如下：墩的外径是4.4m、内径是3m、长度是10m。离散边界要被放置在离结构足够远的地方，这是为了不让离散边界干扰墩的响应（Trochanis等人，1991）。大地的尺寸是60m、30m，深度接近20m。墩和土之间的水泥砂浆不认为是结构的一部分，并不包括在模型内。
假设在整个分析过程中，墩显示弹性特性。混凝土的单位体积重量是23.6kN/m3， 杨氏模量是27.8GPa， 泊松比是0.15（机组基础的典型值）。无粘聚力的沙土当作弹性和弹塑性材料。对于弹性模型沙土的单位体积质量是19kN/m3，初始杨氏模量170MPa，泊松比是0.3。对于弹塑性材料，除了弹性特性跟弹性材料一样以外，土的建模用无关联流动法则的Drucker-Prager 材料模型。
由风荷载引起的侧向变形是计算风电机组基础性能的最重要的指标。图3 表示了4 种情况下二维墩- 土系统的侧向变形云图，单位是米。从各种情况下的图看出，墩的顶部向右变形（侧向风荷载方向，墩的正面），墩的底部向左变形（墩的背面）。墩绕着一点旋转，该点位于距墩底大约1/3 墩长处，满足自由顶点短墩的变形模式（Broms，1964）。注意在墩的侧向变形的幅值控制方面，接触面的类型比模型的类型更重要。对于摩擦接触面，弹性模型和弹塑性模型墩顶部的变形分别是4.6mm 和4.9mm，底部变形分别是1.5mm 和1.6mm。对于捆绑接触面，弹性模型和弹塑性模型墩顶部变形分别是2.4mm 和2.7mm，底部变形分别是1.0mm 和1.0mm。由于在墩顶左边（见图3）墩土之间产生了开裂（滑移），摩擦接触面导致较大墩的变形。由于设置摩擦接触面的墩比捆绑接触面的墩具有较少的来自土的约束，因此产生了较大的变形。
