CÁCH NHẬN BIẾT ĐẤT YẾU VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

I. Cách nhận biết nền đất yếu:
            Nền đất đóng vai trò quan trọng trong tất cả các công trình. Nó có thể ảnh hưởng đến chất lượng và tuổi thọ của công trình. Để nhận biết về đất yếu có hai quan điểm dựa vào định tính và định lượng.
            Về định tính: Đất yếu là loại đất mà bản thân nó không đủ khả năng tiếp thu tải trọng của công trình bên trên như các công trình nhà cửa, đường xá, đê đập…Khái niệm này nói chung không chặt chẽ và không có cơ sở khoa học.
            Về định lượng: Đất yếu là loại đất có sức chịu tải kém. dễ bị phá hoại, biến dạng dưới tác dụng của tải trọng công trình dựa trên những số liệu về chỉ tiêu cơ lý cụ thể. Khái niệm này được thế giới chấp nhận và có cơ sở khoa học.

Dựa vào chỉ tiêu vật lý, đất được gọi là yếu khi :

• Dung trọng :                      g_W <= 1,7 T/m³.

-Hệ số rỗng :                       e >=1.

-Độ ẩm :                             W >=40%.

-Độ bão hòa :                      G >=0,8.

Dựa vào các chỉ tiêu cơ học :

           - Sức chịu tải bé:                     R = (0,5 – 1)kG/ cm²

           - Modun biến dạng :                E₀ <= 50 kG/cm².

                        - Hệ số nén :                            a >= 0,01 cm²/kG.
                        - Góc ma sát trong :                fi <= 10⁰.
                        - Lực dính (đối với đất dính): c <= 0,1 kG/cm².
            Trong thực tế xây dựng, chúng ta thường gặp những loại nền đất yếu sau: đất sét yếu; đất cát yếu (cát chảy); bùn; than bùn và đất than bùn, đất bazan, đất đắp.
            + Đất sét yếu: Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp. Trong đất sét gồm có 2 thành phần :
            - Phần phân tán thô (gọi là những hạt sét) có kích thước > 0,002mm. Chủ yếu có các khoáng chất nguồn gốc lục địa như thạch anh, fenspat,…
            - Phần phân tán mịn (gọi là khoáng chất sét) bao gồm những hạt có kích thước rất bé (2 – 0,1mm) và keo (0,1 – 0,001mm). Những khoáng chất này quyết định tính chất cơ lý của đất sét. Các khoáng chất sét thường gặp nhất là 3 nhóm điển hình : kaolinit, mônmôrilônit và ilit.
            + Đất cát yếu (cát chảy): Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy.
            Cát được hình thành tạo ở biển hoặc vũng, vịnh. Về thành phần khoáng vật, cát chủ yếu là thạch anh, đôi khi có lẫn tạp chất. Cát gồm những hạt có kích thước 0,05 – 2mm.
             Cát được coi là yếu khi cỡ hạt thuộc loại nhỏ, mịn trở xuống, đồng thời có kết cấu rời rạc, ở trạng thái bão hòa nước, có thể bị nén chặt và hóa lỏng đáng kể, chứa nhiều di tích hữu cơ và chất lẫn sét. Những loại cát đó khi chịu tác dụng rung hoặc chấn động thì trở thành trạng thái lỏng nhớt, gọi là cát chảy.
            Đặc điểm quan trọng nhất của cát là bị nén chặt nhanh, có độ thấm nước rất lớn. Khi cát gồm những hạt nhỏ, nhiều hữu cơ và bão hòa nước thì chúng trở thành cát chảy, hiện tượng này đôi khi rất nguy hiểm cho công trình và cho công tác thi công. Cần lưu ý 2 hiện tượng nguy hiểm đối với cát yếu: Biến loãng và cát chảy.
            + Bùn: Bùn là trầm tích thuộc giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất đá loại sét, được tạo trong nước có sự tham gia của các vi sinh vật. Bùn luôn có độ ẩm vượt quá giới hạn chảy và hệ số rỗng e > 1 đối với cát pha sét và sét pha cát và e > 1,5 đối với sét.
            Bùn là những trầm tích hiện đại, được thành tạo chủ yếu do kết quả tích lũy các vật liệu phân tán mịn bằng cơ học hoặc hoá học ở đáy biển, đáy hồ, bãi lầy… Bùn chỉ liên quan với các chỗ chứa nước, là các trầm tích mới lắng đọng, no nước và rất yếu về mặt chịu lực.
            Theo thành phần hạt rất mịn (<200mµ), bùn có thể là cát pha sét, sét pha cát, sét và cũng có thể là cát, nhưng chỉ là cát nhỏ trở xuống.
            Độ bền của bùn rất bé, vì vậy việc phân tích sức chống cắt (SCC) thành lực ma sát và lực dính là không hợp lý. SCC của bùn phụ thuộc vào tốc độ phát triển biến dạng. Góc ma sát có thể xấp xỉ bằng không. Chỉ khi bùn mất nước, mới có thể cho góc ma sát.
            Việc xây dựng các công trình trên bùn chỉ có thể thực hiện sau khi đã tiến hành các biện pháp xử lý nền.
            + Than bùn và Đất than bùn: Than bùn là đất có nguồn gốc hữu cơ, thành tạo do kết quả phân hủy các di tích hữu cơ, chủ yếu là thực vật, tại các bãi lầy và những nơi bị hóa lầy. Đất loại này chứa các hỗn hợp vật liệu sét và cát.
            Trong điều kiện thế nằm thiên nhiên, than bùn có độ ẩm cao 85 – 95% hoặc cao hơn tùy theo thành phần khoáng vật, mức độ phân hủy, mức độ thoát nước…
            Than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất. Hệ số nén lún có thể đạt từ 3-8, thậm chí 10 kG/cm². Không thể thí nghiệm nén than bùn với mẫu có chiều cao thông thường là 15-20cm, mà phải từ 40-50cm.
Khi xây dựng ở những vùng đất than bùn, cần áp dụng các biện pháp : làm đai cốt thép, khe lún, cắt nhà thành từng đoạn cứng riêng rẽ, làm nền cọc, đào hoặc thay một phần than bùn.
            + Đất bazan: Là loại đất yếu với đặc điểm độ rỗng lớn, dung trọng khô be, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sập.
            + Đất đắp: Loại đất này được tạo nên do tác động của con người. Đặc điểm của đất đắp là phân bố đứt đoạn và có thành phần không thuần nhất.
Theo thành phần có thể chia thành 4 loại sau :
            - Đất gồm hỗn hợp các chất thải của sản xuất công nghiệp và xây dựng.
            - Đất hỗn hợp các chất thải của sản xuất và rác thải sinh hoạt.
            - Đất của các nền đắp trên cạn và khu đắp dưới nước (để tạo bãi).
            - Đất thải bên trong và bên ngoài các mỏ khoáng sản.
Nhìn chung, các loại đất đắp hầu hết đều phải có biện pháp xử lý trước khi xây dựng.
II. Các biện pháp xử lý nền đất yếu:
            Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cư­ờng độ chống cắt của đất…Đối với công trình thủy lợi, việc xử lý nền đất yếu còn làm giảm tính thấm của đất, đảm bảo ổn định cho khối đất đắp. Vậy xử lý nền đất yếu có hai phương pháp cơ bản đó là: Thay thế nền đất yếu. Phạm vi áp dụng tốt nhất khi lớp đất yếu có chiều dày bé hơn 3m. Không nên sử dụng phương pháp này khi nền đất có mực nước ngầm cao và nước có áp vì sẽ tốn kém về việc hạ mực nước ngầm và đệm cát sẽ kém ổn định. Gia cường nền đất yếu.
Các biện pháp xử lý nền thông thư­ờng:
            – Các biện pháp cơ học: Bao gồm các phư­ơng pháp làm chặt bằng đầm, đầm chấn động, phư­ơng pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc đất, cọc vôi…), phư­ơng pháp thay đất, phương pháp nén trước, phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát…
            – Các biện pháp vật lý: Gồm các ph­ương pháp hạ mực n­ước ngầm, phư­ơng pháp dùng giếng cát, phương pháp bấc thấm, điện thấm…
            – Các biện pháp hóa học: Gồm các ph­ương pháp keo kết đất bằng xi măng, vữa xi măng, phương pháp Silicat hóa, phương pháp điện hóa…
            Phư­ơng pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát khác với các loại cọc cứng khác (bê tông, bê tông cốt thép, cọc gỗ, cọc tre…) là một bộ phận của kết cấu móng, làm nhiệm vụ tiếp nhận và truyền tải trọng xuống đất nền, mạng lư­ới cọc cát làm nhiệm vụ gia cố nền đất yếu nên còn gọi là nền cọc cát. Việc sử dụng cọc cát để gia cố nền có những ưu điểm nổi bật sau: Cọc cát làm nhiệm vụ như­ giếng cát, giúp nư­ớc lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm tăng nhanh quá trình cố kết và độ lún ổn định diễn ra nhanh hơn; Nền đất đ­ược ép chặt do ống thép tạo lỗ, sau đó lèn chặt đất vào lỗ làm cho đất đ­ược nén chặt thêm, nước trong đất bị ép thoát vào cọc cát, do vậy làm tăng khả năng chịu lực cho nền đất sau khi xử lý; Cọc cát thi công đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cát) nên giá thành rẻ hơn so với dùng các loại vật liệu khác. Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày > 3m.
            Phương pháp xử lý nền bằng cọc vôi và cọc đất – ximăng
Cọc vôi thường được dùng để xử lý, nén chặt các lớp đất yếu như: Than bùn, bùn, sét và sét pha ở trạng thái dẻo nhão. Việc sử dụng cọc vôi có những tác dụng sau:
            – Sau khi cọc vôi được đầm chặt, đường kính cọc vôi sẽ tăng lên 20% làm cho đất xung quanh nén chặt lại.
            – Khi vôi được tôi trong lỗ khoan thì nó toả ra một nhiệt lượng lớn làm cho nước lỗ rỗng bốc hơi làm giảm độ ẩm và tăng nhanh quá trình nén chặt.
            – Sau khi xử lý bằng cọc vôi nền đất được cải thiện đáng kể: Độ ẩm của đất giảm 5 – 8%; Lực dính tăng lên khoảng 1,5 – 3lần.
            Việc chế tạo cọc đất – ximăng cũng giống như đối với cọc đất – vôi, ở đây xilô chứa ximăng và phun vào đất với tỷ lệ định trước. Lưu ý sàng ximăng trước khi đổ vào xilô để đảm bảo ximăng không bị vón cục và các hạt ximăng có kích thước đều < 0,2mm, để không bị tắc ống phun. Hàm lượng ximăng có thể từ 7 – 15% và kết quả cho thấy gia cố đất bằng ximăng tốt hơn vôi và đất bùn gốc cát thì hiệu quả cao hơn đất bùn gốc sét.
            Phương pháp xử lý nền bằng đệm cát. Lớp đệm cát sử dụng hiệu quả cho các lớp đất yếu ở trạng thái bão hoà nước (sét nhão, sét pha nhão, cát pha, bùn, than bùn…) và chiều dày các lớp đất yếu nhỏ hơn 3m. Biện pháp tiến hành: Đào bỏ một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu (trường hợp lớp đất yếu có chiều dày bé) và thay vào đó bằng cát hạt trung, hạt thô đầm chặt.
Việc thay thế lớp đất yếu bằng tầng đệm cát có những tác dụng chủ yếu sau:
            – Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng công trình và truyền tải trọng đó các lớp đất yếu bên dưới.
            – Giảm được độ lún và chênh lệch lún của công trình vì có sự phân bộ lại ứng suất do tải trọng ngoài gây ra trong nền đất dưới tầng đệm cát.
            – Giảm được chiều sâu chôn móng nên giảm được khối lượng vật liệu làm móng.
            – Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đất yếu có thể tiếp nhận được.
            – Làm tăng khả năng ổn định của công trình, kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng, vì cát được nén chặt làm tăng lực ma sát và sức chống trượt. Tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, do vậy làm tăng nhanh khả năng chịu tải của nền và tăng nhanh thời gian ổn định về lún cho công trình.
            – Về mặt thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp nên được sử dụng tương đối rộng rãi. Phạm vi áp dụng tốt nhất khi lớp đất yếu có chiều dày bé hơn 3m. Không nên sử dụng phương pháp này khi nền đất có mực nước ngầm cao và nước có áp vì sẽ tốn kém về việc hạ mực nước ngầm và đệm cát sẽ kém ổn định.
             Phương pháp đầm chặt lớp đất mặt. Khi gặp trường hợp nền đất yếu nhưng có độ ẩm nhỏ (G < 0,7) thì có thể sử dụng phương pháp đầm chặt lớp đất mặt để làm cường độ chống cắt của đất và làm giảm tính nén lún. Lớp đất mặt sau khi được đầm chặt sẽ có tác dụng như một tầng đệm đất, không những có ưu điểm như phương pháp đệm cát mà cón có ưu điểm là tận dụng được nền đất thiên nhiên để đặt móng, giảm được khối lượng đào đắp. Để đầm chặt lớp đất mặt, người ta có thể dùng nhiều biện pháp khác nhau, thường hay dùng nhất là phương pháp đầm xung kích: Theo phương pháp này quả đầm trọng lượng 1 – 4 tấn (có khi 5 – 7 tấn) và đường kính không nhỏ hơn 1m. Để hiệu quả tốt khi chọn quả đầm nên đảm bảo áp lực tĩnh do quả đầm gây ra không nhỏ hơn 0,2kg/ cm2 với loại đất sét và 0,15kg/cm2 với đất loại cát.
            Phương pháp gia tải nén trước. Phương pháp này có thể sử dụng để xử lý khi gặp nền đất yếu như than bùn, bùn sét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão hoà nước.
Dùng phương pháp này có các ưu điểm sau:
            – Tăng nhanh sức chịu tải của nền đất.
            – Tăng nhanh thời gian cố kết, tăng nhanh độ lún ổn định theo thời gian.
Các biện pháp thực hiện:
            – Chất tải trọng (cát, sỏi, gạch, đá…) bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình dự kiến thiết kế trên nền đất yếu, để chọn nền chịu tải trước và lún trước khi xây dựng công trình.
            – Dùng giếng cát hoặc bấc thấm để thoát nước ra khỏi lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, tăng nhanh tốc độ lún theo thời gian. Tuỳ yêu cầu cụ thể của công trình, điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn của nơi xây dựng mà dùng biện pháp xử lý thích hợp, có thể dùng đơn lẻ hoặc kết hợp cả hai biện pháp trên. Phư­ơng pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm là phương pháp kỹ thuật thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấmkết hợp với gia tải trước. Khi chiều dày đất yếu rất lớn hoặc khi độ thấm của đất rất nhỏ thì có thể bố trí đường thấm thẳng đứng để tăng tốc độ cố kết. Phương pháp này thường dùng để xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu.
            Phương pháp bấc thấm (PVD) có tác dụng thấm thẳng đứng để tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng. Kết quả là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tải và làm cho nền đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho phép. Phương pháp bấc thấm có thể sử dụng độc lập, nhưng trong trường hợp cần tăng nhanh tốc độ cố kết, người ta có thể sử dụng kết hợp đồng thời biện pháp xử lý bằng bấc thấm với gia tải tạm thời, tức là đắp cao thêm nền đường so với chiều dày thiết kế 2 – 3m trong vài tháng rồi sẽ lấy phần gia tải đó đi ở thời điểm mà nền đường đạt được độ lún cuối cùng như trường hợp nền đắp không gia tải. Bấc thấm được cấu tạo gồm 2 phần: Lõi chất dẽo (hay bìa cứng) được bao ngoài bằng vật liệu tổng hợp (thường là vải địa kỹ thuật Polypropylene hay Polyesie không dệt…) Bấc thấm có các tính chất vật lý đặc trưng sau:
            – Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm qua lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài vào lõi chất dẽo.
            – Lõi chất dẽo chính là đường tập trung nước và dẫn chúng thoát ra ngoài khỏi nền đất yếu bão hòa nước. Lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài là Polypropylene và Polyesie không dệt hay vật liệu giấy tổng hợp, có chức năng ngăn cách giữa lõi chất dẽo và đất xung quanh, đồng thời là bộ phận lọc, hạn chế cát hạt mịn chui vào làm tắc thiết bị. Lõi chất dẽo có 2 chức năng: Vừa đỡ lớp bao bọc ngoài, và tạo đường cho nước thấm dọc chúng ngay cả khi áp lực ngang xung quanh lớn. Nếu so sánh hệ số thấm nước giữa bấc thấm PVD với đất sét bão hòa nước cho thấy rằng, bấc thấm PVD có hệ số thấm (K = 1 x 10^-4m/s) lớn hơn nhiều lần so với hệ số thấm nước của đất sét (k = 10 x 10^-5m/ngày đêm). Do đó, các thiết bị PVD dưới tải trọng nén tức thời đủ lớn có thể ép nước trong lỗ rỗng của đất thoát tự do ra ngoài.
            Nền đất yếu có nhiều tác hại và nguy cơ gây mất an toàn cho các công trình xây dựng. Việc nghiên cứu nền đất yếu và xác định biện pháp xử lý phù hợp có một ý nghĩa quan trọng. Trong thực tế, cần căn cứ vào điều kiện địa chất công trình cụ thể để xử lý một cách hợp lý.

ThS. Nguyễn Hữu Sà

OpenSees Tutorial

What is OpenSees?

• A software framework for simulation applications in earthquake engineering using finite element methods. OpenSees is not a code.
• A communication mechanism for exchanging and building upon research accomplishments.
• As open-source software, it has the potential for a community code for earthquake engineering.

OpenSees User Manual, Examples Manual

OpenSees Command Language Manual

OpenSees Examples, Link

Basic Examples Manual, Link

OpenSees Examples Manual -- Structural Models & Anlyses, Link

Simulating a Centrifuge Test using the OpenSees Framework, link

Time History Analysis of a 2D Elastic Cantilever Column, link

Lateral Loads -- Cyclic Lateral Load, link

Example 4. Portal Frame, link

OpenSees Github

OpenSee 2012 - Geotechnical Modeling: Youtube

Easy Python

(1) Matplotlib & ggplot (Link: Github)
#Display Matplotlib styles
%matplotlib inline
plt.style.available

#Plot ggplot style
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
def frecuencias(f1=10.0, f2=100.0):
    max_time = 0.5
    times = np.linspace(0, max_time, 1000)
    signal = np.sin(2 * np.pi * f1 * times) + np.sin(2 * np.pi * f2 * times)
    with plt.style.context("ggplot"):
        plt.plot(signal, label="Señal")
        plt.xlabel("Tiempo ($t$)")
        plt.title("Dos frecuencias")
        plt.legend()

frecuencias()

#Display Ipywidgets
from ipywidgets import interact
interact(frecuencias, f1=(10.0,200.0), f2=(10.0,200.0))

(2) Display HTML in Jupyter (link: Github)

from IPython.display import HTML

HTML('<iframe src="http://www.mambiente.munimadrid.es/sica/scripts/index.php" \

            width="700" height="400"></iframe>')

(2.1) Loading data file .CSV and plot (link: Github)

#Loading the data

# ./data/barrio_del_pilar-20160322.csv

data1 = np.genfromtxt('./data/barrio_del_pilar-20160322.csv', skip_header=3, delimiter=';', usecols=(2,3,4))

#Print type of csv file

!head -4 data/barrio_del_pilar-20160322.csv

#Dealing with missing value

np.mean(data1, axis=0)

np.nanmean(data1, axis=0)

# masking invalid data

data1 = np.ma.masked_invalid(data1)

np.mean(data1, axis=0)

data2 = np.genfromtxt('./data/barrio_del_pilar-20151222.csv', skip_header=3, delimiter=';', usecols=(2,3,4))

data2 = np.ma.masked_invalid(data2)

#Plotting the data

plt.plot(data1[:, 1], label='2016')
plt.plot(data2[:, 1], label='2015')

plt.legend()

plt.hlines(200, 0, 200, linestyles='--')
plt.ylim(0, 220)

#Máxima diaria de las medias móviles octohorarias: 10 mg/m³
# http://docs.scipy.org/doc/numpy-1.10.0/reference/generated/numpy.convolve.html
def moving_average(x, N=8):
    return np.convolve(x, np.ones(N)/N, mode='same')
plt.plot(moving_average(data1[:, 0]), label='2016')

plt.plot(moving_average(data2[:, 0]), label='2015')

plt.hlines(10, 0, 250, linestyles='--')
plt.ylim(0, 11)
plt.legend()

#Maximum/Minimum of array (Link)

numpy.amax(a, axis=None, out=None, keepdims=<no value>, initial=<no value>)

Arguments :

• a : numpy array from which it needs to find the maximum value.
• axis : It’s optional and if not provided then it will flattened the passed numpy array and returns the max value in it.
  • If it’s provided then it will return for array of max values along the axis i.e.
  • If axis=0 then it returns an array containing max value for each columns.
  • If axis=1 then it returns an array containing max value for each row.

Example:

# Get the maximum element from a Numpy array

maxElement = numpy.amax(arr)

print('Max element from Numpy Array : ', maxElement)

# Get the indices of maximum element in numpy array

result = numpy.where(arr == numpy.amax(arr))

print('Returned tuple of arrays :', result)

print('List of Indices of maximum element :', result[0])

# Create a 2D Numpy array from list of lists

arr2D = numpy.array([[11, 12, 13],

[14, 15, 16],

[17, 15, 11],

[12, 14, 15]])

#Some other sources in this file

(3) Continue (link: Github)

Moody 2.0 released on GitHub

 

An updated version of Moody (2.0.0) now is released on GitHub.

The code can be downloaded from: https://github.com/johannep/moodyAPI

Please let us now how it performs, and if (and how and where) you run into problems.

Highlights of the updates in Moody 2.0 are:

1. Submerged rigid bodies of Morison type. (Points and Cylinders)
2. New API-functions allowing the external flow to be passed to Moody. Includes a size-function, a sample function and a setFlow function for an improved flow interaction.
3. A first step towards Windows compatibility. This is still untested but is released here as a beta version. More updates to come. Please let me know if and how it does not work. A trailing dependency of libwinpthread-1.dll is provided in lib/ in the hope that it will be useful.
4. Stability improvements, bug-fixes and improved error handling.
5. moodyPost.x has been extended with a cleaning option. In case simulations crash or are aborted in API mode, this function ensures that the time trace and results of moody are causal and viewable via readCase.m. Usage: moodyPost.x yourMoodyOutput -clean

We have already made some changes based on user input, and we are now at 2.0.1 :)

The current version of moody is aimed at coupled simulations. The mooring code itself is precompiled, however the coupling functionality is released as open source. Only the core folders (bin etc lib and include) are in the tar.gz-files for each architecture.

The primary aim is to release the OpenFOAM-Moody restraint which enables dynamic mooring restraints in OpenFOAM. It requires some changes to the native rirgid body motion framework, and therefore a modified src-code of the v1712+, v1806 and v1906 rigid body libraries are also included under API/OpenFOAM/src. Other interfaces are to matlab and to fortran (with a road-map to FAST-v7 coupling. The fortran code has not been tested for moody-2.0).

Any feedback is gratefully accepted at

johannes.palm@chalmers.se

The Moody team (Johannes Palm and Claes Eskilsson)

via Johannes Palm

 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

The API of Moody:
A dynamic mooring library used for coupled station-keeping simulations in OpenFOAM and other hydrodynamic codes. VERSION 2.0

-- UPDATE 2.0.1 --
 The file structure has changed a little to simplify the management of the code. This enables git updates on the repository and to simplifies updates and changes to the Open-Source coded APIs. The release tab will therefore not be used in future updates and releases.
Renamed thirdParty --> API , containing matlab, fortran and OpenFOAM sources.

A bugfix in the OpenFOAM API for multi-processor simulations. post/matlab folder removed. matlab-scripts are now in API/matlab together with the matlab API and shell-interface. moody-arch.tar.gz contains folders: etc/, bin/, lib/, and include/. Unpack your OS-version in place and all should work as before. For the windows tutorial to run, I need to copy the libraries in lib/* into bin/. There is certainly a cleaner solution out there...
-- END UPDATE --

Highlights of the updates in Moody are listed below:

1. Submerged rigid bodies of Morison type. (Points and Cylinders)
   
2. New API-functions allowing the external flow to be passed to Moody. Includes a size-function, a sample function and a setFlow function for an improved flow interaction.
   
3. A first step towards Windows compatibility. This is still untested but is released here as a beta version. More updates to come. Please let me know if and how it does not work. A trailing dependency of libwinpthread-1.dll is provided in lib/ in the hope that it will be useful.
   
4. Stability improvements, bug-fixes and improved error handling.
   
5. moodyPost.x has been extended with a cleaning option. In case simulations crash or are aborted in API mode, this function ensures that the time trace and results of moody are causal and viewable via readCase.m.
   Usage: moodyPost.x yourMoodyOutput -clean
   

The current version of moody is aimed at coupled simulations. The mooring code itself is precompiled, however the coupling functionality is here released as open source. The primary aim is to release the OpenFOAM-Moody restraint which enables dynamic mooring restraints in OpenFOAM. It requires some changes to the native rirgid body motion framework, and therefore a modified src-code of the v1712+, v1806 and v1906 rigid body libraries are also included in this release. Other interfaces are to matlab and to fortran (with a road-map to FAST-v7 coupling. This has not been tested for moody-2.0).
There are two tutorials for stand-alone mooring simulations (under directory tutorials, who would have guessed...), and two tutorials for coupled simulations in the API-folder (matlab and OpenFOAM)
Please see the user manual for an extensive explanation of the installation and the usage of the code in stand alone as well as in coupled mode. Appended to the user manual is a theory manual which describes the discretisation procedure used in Moody.
This is the first update of the code since the first release for public use last year. Please contact johannes.palm@chalmers.se for any questions or feedback on the code performance.
Johannes Palm 2019-09-20 Gothenburg
 

Application of computational fluid dynamics to wave action on structures

Application of computational fluid dynamics to wave action on structures

Pablo Higuera [2015]

PhD Thesis, University of Cantabria

See below (Spanish + English version)

Citing

olaFlow now has a DOI that can be included in citations: https://doi.org/10.5281/zenodo.1297012

If you want to reference the model in your publications you can use the following phrase:

• olaFlow [DOI] is an open source project developed within the OpenFOAM® framework as a continuation of the work in Higuera et al. (xxxx). The numerical model enables simulating wave and porous structure interaction in the coastal and offshore fields.

Feel free to modify the phase and adapt it for your own needs.

You can also include any of the following references when citing the implementation, validation and applications.

OlaFlow is an open source project conceived as a continuation of the work in Pablo Higuera's thesis.

The development has been continuous since ihFoam (Jul 8, 2014 - Feb 11, 2016) and olaFoam (Mar 2, 2016 - Nov 25, 2017)

Getting Started With Abaqus | Series of SIMULIA Tutorials | Set A

Bài giảng Latex

Tài liệu ngắn gọn giới thiệu về Latex 2e

------------
Latex Beginer's Guide

----------

OpenFOAM

...

OpenFOAM (for "Open-source Field Operation And Manipulation") is a C++ toolbox for the development of customized numerical solvers, and pre-/post-processing utilities for the solution of continuum mechanics problems, including computational fluid dynamics (CFD).

The software is released as free and open-source software under the GNU General Public License Version 3. OpenFOAM has been released by OpenCFD Ltd. since 2004, the name OpenFOAM was registered as a trademark by OpenCFD Ltd.[6] in 2007 and has been non-exclusively licensed to the OpenFOAM Foundation Ltd since 2011.
History

Flow simulation using OpenFOAM and ParaView for visualization

OpenFOAM (originally, FOAM) was created by Henry Weller from the late 1980s at Imperial College, London, to develop a more powerful and flexible general simulation platform than the de facto standard at the time, FORTRAN. This led to the choice of C++ as programming language, due to its modularity and object-oriented features. Hrvoje Jasak joined Imperial College as a PhD candidate from 1993 to 1996, developing error estimation and bounded second-order schemes for FOAM.[7] In 2000, Jasak joined forces with Weller in an attempt to commercialize FOAM through the company Nabla Ltd.[8] In 2004, Nabla Ltd folded and Henry Weller, Chris Greenshields and Mattijs Janssens founded OpenCFD Ltd to develop and release OpenFOAM.[9] At the same time, Jasak founded the consulting company Wikki Ltd [10] and maintained the fork openfoam-extend, later renamed to foam-extend.
On 8 August 2011, OpenCFD was acquired by Silicon Graphics International (SGI).[11] At the same time, the copyright of OpenFOAM was transferred to the OpenFOAM Foundation Ltd., a newly founded, not-for-profit organisation established to distribute OpenFOAM. On 12 September 2012, the ESI Group announced the acquisition of OpenCFD Ltd from SGI.[12] In 2014, Weller and Greenshields left ESI Group and continue the development and management of OpenFOAM, on behalf of the OpenFOAM Foundation, at CFD Direct.[13] CFD Direct develops OpenFOAM with a sequence based identifier (e.g. 5.0), whereas ESI-OpenCFD release OpenFOAM with a date-of-release identifier (e.g. v1806).
Distinguishing featuresSyntax One distinguishing feature of OpenFOAM is its syntax for tensor operations and partial differential equations that closely resembles the equations being solved. For example,[14] the equation

${\displaystyle {\frac {\partial }{\partial t}}(\rho \mathbf {U} )+ abla \cdot (\phi \mathbf {U} )-\mu abla ^{2}\mathbf {U} =- abla p}$

is represented by the code

solve (      fvm::ddt(rho,U)    + fvm::div(phi,U)    - fvm::laplacian(mu,U)  ==    - fvc::grad(p) ); 

This syntax, achieved through the use of object-oriented programming and operator overloading, enables users to create custom solvers with relative ease. However, code customization becomes more challenging with increasing depth into the OpenFOAM library, owing to a lack of documentation and heavy use of template metaprogramming.
Extensibility Users can create custom objects, such as boundary conditions or turbulence models, that will work with existing solvers without having to modify or recompile the existing source code. OpenFOAM accomplishes this by combining virtual constructors with the use of simplified base classes as interfaces. As a result, this gives OpenFOAM good extensibility qualities. OpenFOAM refers to this capability as run-time selection.[15]
Structure of OpenFOAM OpenFOAM is constituted by a large base library, which offers the core capabilities of the code:

• Tensor and field operations
• Discretization of partial differential equations using a human-readable syntax
• Solution of linear systems[16]
• Solution of ordinary differential equations[17]
• Automatic parallelization of high-level operations
• Dynamic mesh[18]
• General physical models
  • Rheological models[19]
  • Thermodynamic models and database[20]
  • Turbulence models[21]
  • Chemical reaction and kinetics models[22]
  • Lagrangian particle tracking methods[23]
  • Radiative heat transfer models
  • Multi-reference frame and single-reference frame methodologies

The capabilities provided by the library are then used to develop applications. Applications are written using the high-level syntax introduced by OpenFOAM, which aims at reproducing the conventional mathematical notation. Two categories of applications exist:

• Solvers: they perform the actual calculation to solve a specific continuum mechanics problem.
• Utilities: they are used to prepare the mesh, set-up the simulation case, process the results, and to perform operations other than solving the problem under examination.

Each application provides specific capabilities: for example, the application called blockMesh is used to generate meshes from an input file provided by the user, while another application called icoFoam solves the Navier–Stokes equations for an incompressible laminar flow.
Finally, a set of third-party packages are used to provide parallel functionality (OpenMPI) and graphical post-processing (ParaView).
Capabilities

Simulation of burning Methane. The Graphical user interface is ParaView.

OpenFOAM solvers include:[24]

• Basic CFD solvers
• Incompressible flow with RANS and LES capabilities[25]
• Compressible flow solvers with RANS and LES capabilities[26]
• Buoyancy-driven flow solvers[27]
• DNS and LES
• Multiphase flow solvers[28]
• Particle-tracking solvers
• Solvers for combustion problems[29]
• Solvers for conjugate heat transfer[30]
• Molecular dynamics solvers[31]
• Direct simulation Monte Carlo solvers[32]
• Electromagnetics solvers[33]
• Solid dynamics solvers[34]

In addition to the standard solvers, OpenFOAM syntax lends itself to the easy creation of custom solvers.
OpenFOAM utilities are subdivided into:

• Mesh utilities
  • Mesh generation: they generate computational grids starting either from an input file (blockMesh), or from a generic geometry specified as STL file, which is meshed automatically with hex-dominant grids (snappyHexMesh)
  • Mesh conversion: they convert grids generated using other tools to the OpenFOAM format
  • Mesh manipulation: they perform specific operations on the mesh such as localized refinement, definition of regions, and others
• Parallel processing utilities: they provide tools to decompose, reconstruct and re-distribute the computational case to perform parallel calculations
• Pre-processing utilities: tools to prepare the simulation cases
• Post-processing utilities: tools to process the results of simulation cases, including a plugin to interface OpenFOAM and ParaView.
• Surface utilities
• Thermophysical utilities

License OpenFOAM is free and open-source software, released under the GNU General Public License version 3.[35]
Advantages and disadvantagesAdvantages

• Friendly syntax for partial differential equations
• Fully documented source code[36]
• Unstructured polyhedral grid capabilities
• Automatic parallelization of applications written using OpenFOAM high-level syntax
• Wide range of applications and models ready to use
• Commercial support and training provided by the developers
• No license costs

Disadvantages

• The development community suffers from fragmentation, giving rise to numerous forked projects.
• Absence of an integrated graphical user interface (stand-alone open-source and proprietary options are available)
• The Programmer's guide does not provide sufficient details, making the progress slow if you need to write new applications or add functionality

GUI and software tools integrated with OpenFOAM

• FEATool Multiphysics[37] is an easy to use physics simulation toolbox and GUI for MATLAB.
• HELYX-OS[38]
• iconCFD[39]
• InsightCAE[40] is an open source project for creating automated simulation workflows which can be controlled from a GUI ("vertical apps"). OpenFOAM is supported as the primary backend for CFD simulations.
• MantiumFlow[41] - a CLI and GUI tool which automates CFD pre and post-processing, turning simulations into Apps ("vertical apps").
• SimFlow[42]
• SimScale[43]
• simulationHub[44] - online platform with automated cloud based CFD Apps ("vertical apps"), specifically developed for Design engineer
• SwiftBloc[45] and SwiftSnap[46]
• Visual-CFD[47] is an advanced, intelligent environment for OpenFOAM including Pre and Post modules with process Automation/Customization features
• preCICE[48] is an open-source coupling library for partitioned multi-physics simulations.

See also

• ParaView an open-source multiple-platform application for interactive scientific visualization

References

1. "CFD Direct - The Architects of OpenFOAM". CFD Direct. Archived from the original on 27 March 2015.
2. "The open source CFD toolbox". OpenFOAM.
3. "OpenFOAM Version 1.0". Archived from the original on 7 June 2017.
4. "OpenFOAM® History".
5. "Release History - OpenFOAM".
6. OpenCFD. "OpenFOAM® - Official home of The Open Source Computational Fluid Dynamics (CFD) Toolbox". www.openfoam.com. Archived from the original on 22 September 2016.
7. Jasak, Hrvoje (1996). Error Analysis and Estimation for the Finite Volume Method with Applications to Fluid Flows (PDF).
8. Chen, Goong; Xiong, Qingang; Morris, Philip J.; Paterson, Eric G.; Sergeev, Alexey Sergeev; Wang, Yi-Ching. (April 2014). "OpenFOAM for Computational Fluid Dynamics". Notices of the American Mathematical Society. 61 (4): 354–363. doi:10.1090/noti1095. ISSN 0002-9920.
9. Greenshields, Chris (3 April 2016). "Release History". openfoam.org. Archived from the original on 29 July 2017.
10. "Wikki Ltd - About Us".
11. "Press Releases: SGI Acquires OpenCFD Ltd., the Leader In Open Source Computational Fluid Dynamics (CFD) Software". SGI. Archived from the original on 6 December 2012. Retrieved 18 December 2012.
12. "Acquisition of OpenCFD Ltd., The leader in Open Source software in Computational Fluid Dynamics". ESI Group. 11 September 2012. Archived from the original on 6 December 2012. Retrieved 18 December 2012.
13. "OpenFOAM". CFD Direct. 25 March 2015. Archived from the original on 29 March 2015.
14. "OpenFOAM Features - CFD Direct". openfoam.org. Archived from the original on 2 April 2015.
15. OpenFOAM's run-time selection mechanism explained Archived 8 January 2014 at the Wayback Machine
16. "OpenFOAM Features - CFD Direct". openfoam.org. Archived from the original on 2 April 2015.
17. "OpenFOAM Features - CFD Direct". openfoam.org. Archived from the original on 2 April 2015.
18. "OpenFOAM Features - CFD Direct". openfoam.org. Archived from the original on 27 March 2015.
19. "OpenFOAM v5 User Guide: 7.3 Transport/rheology models". cfd.direct. 2 March 2017. Archived from the original on 19 March 2016.
20. "OpenFOAM v5 User Guide: 7.1 Thermophysical models". cfd.direct. 2 March 2017. Archived from the original on 19 March 2016.
21. "Turbulence Modelling - OpenFOAM - CFD Direct". cfd.direct. Archived from the original on 9 August 2016.
22. "OpenFOAM Features - CFD Direct". openfoam.org. Archived from the original on 2 April 2015.
23. "OpenFOAM Features - CFD Direct". openfoam.org. Archived from the original on 2 April 2015.
24. "OpenFOAM Features - CFD Direct". openfoam.org. Archived from the original on 21 March 2015.
25. "OpenFOAM Features - CFD Direct". openfoam.org. Archived from the original on 2 April 2015.
26. "OpenFOAM Features - CFD Direct". openfoam.org. Archived from the original on 2 April 2015.
27. "OpenFOAM Features - CFD Direct". openfoam.org. Archived from the original on 2 April 2015.
28. "Multiphase Flows - OpenFOAM - CFD Direct". cfd.direct. Archived from the original on 9 August 2016.
29. "OpenFOAM Features - CFD Direct". openfoam.org. Archived from the original on 2 April 2015.
30. "OpenFOAM Features - CFD Direct". openfoam.org. Archived from the original on 2 April 2015.
31. "OpenFOAM Features - CFD Direct". openfoam.org. Archived from the original on 2 April 2015.
32. "OpenFOAM Features - CFD Direct". openfoam.org. Archived from the original on 2 April 2015.
33. "OpenFOAM Features - CFD Direct". openfoam.org. Archived from the original on 2 April 2015.
34. "OpenFOAM Features - CFD Direct". openfoam.org. Archived from the original on 2 April 2015.
35. Greenshields, Chris (28 April 2016). "Free Software Licence". openfoam.org. Archived from the original on 9 June 2012.
36. "OpenFOAM: Free, Open Source Software from the OpenFOAM Foundation". cpp.openfoam.org.
37. "FEATool 1.8 with OpenFOAM MATLAB CFD GUI Integration". featool.com. Retrieved 18 May 2018.
38. "HELYX-OS GUI for OpenFOAM | ENGYS". engys.com. Retrieved 15 January 2018.
39. Administrator. "Setup: iconCFD Process". iconcfd.com. Retrieved 15 January 2018.
40. "Open Source Engineering Software - silentdynamics". silentdynamics. Retrieved 7 June 2018.
41. "CFD simulation software using OpenFOAM® made as simple as possible". MantiumFlow. Retrieved 27 August 2018.
42. "simFlow CFD Software - OpenFOAM® GUI". simFlow CFD. Retrieved 15 January 2018.
43. "Open Source Solvers Integrated with SimScale". SimScale. Retrieved 15 January 2018.
44. "Components used in simulationHub". Retrieved 7 April 2019.
45. "Contrib/SwiftBlock - OpenFOAMWiki". openfoamwiki.net. Retrieved 15 January 2018.
46. "Contrib/SwiftSnap - OpenFOAMWiki". openfoamwiki.net. Retrieved 15 January 2018.
47. "Visual-CFD for OpenFOAM®". openfoam.com. Retrieved 5 May 2018.
48. "preCICE". Retrieved 24 March 2019.

External linksOfficial resources

• OpenFOAM Foundation website
• Download OpenFOAM
• OpenFOAM documentation
• OpenFOAM bug-reporting system

Community resources

• OpenFOAM Forum at CFD Online
• OpenFOAM wiki
• A Blog about OpenFOAM in Chinese
• OpenFOAM tutorials by Holzmann CFD
• PhD course in CFD with OpenSource Software

Other resources

• OpenCFD Ltd