معرفی نرم افزار پلکسیس plaxis

دسته بندی :

تاریخ درج :

حجم فایل :

معرفی نرم افزار پلکسیس plaxis

نرم افزار پلکسیس Plaxis چیست؟
نرم افزار پلکسیس (Plaxis) یکی از بهترین برنامه های مدل سازی است که بر اساس روش المان محدود (Finite Element) طراحی شده است.
پلکسیس که به سفارش سازمان مدیریت منابع آبی هلند و در یکی از دانشگاه های معروف آن ساخته شده است، امروزه در سراسر دنیا مورد استفاده قرار می گیرد.
در محیط این نرم افزار از المان های مثلثی 6 و 15 گرهی استفاده می شود.
پلکسیس قادر است رفتار غیر خطی و وابسته به زمان خاک را به کمک مدل های رفتاری پیشرفته شبیه سازی کند.
تحلیل سازه هایی مانند تونل، خاکریز، گودبرداری ها، فونداسیون و معادن نیز با استفاده از این برنامه امکان پذیر است.
نرم افزار پلکسیس را می توان از جمله نرم افزار های قدرتمند در رشته مهندسی عمران گرایش مطالعات خاک معرفی کرد که کاربرد گسترده ای در این زمینه دارد.

تاریخچه نرم افزار پلکسیس
پلکسیس بسته نرم‌افزاری بر اساس روش اجزاء محدود است که برای تحلیل تغییرشکل، پایداری و جریان آب زیرزمینی در مهندسی ژئوتکنیک بکار می‌رود. توسعه پلکسیس در سال 1987 در دانشگاه دلف هلند (Delft University of Technology) شروع شد و هدف اولیه آن توسعه برنامه اجزاء محدود دوبعدی با کاربرد آسان برای تحلیل خاکریز رودخانه‌ها در خاک‌های نرم مناطق کم‌ارتفاع هلند بود اما به تدریج برای حل دامنه وسیع‌تری از مسائل مهندسی ژئوتکنیک توسعه یافت. با توجه به گسترش روزافزون فعالیت‌های مهندسی، شرکت پلکسیس (Plaxis BV) در سال 1993 بنیان‌گذاری شد. در سال 2018 شرکت آمریکایی بنتلی سیستمز (Bentley Systems) که در برنامه‌ریزی، طراحی و نگهداری پروژه‌های زیرساختی در سطح بین‌المللی فعالیت دارد شرکت پلکسیس را به تملک خود درآورد.
در سال 1998 اولین نسخه پلکسیس دوبعدی (Plaxis 2D)) برای ویندوز منتشر شد. در همین زمان هسته محاسباتی اجزاء محدود سه بعدی در حال توسعه بود که در سال 2001 به معرفی برنامه 3DTunnel انجامید. در ادامه برنامه 3DFoundation در سال 2004 منتشر شد. با این حال هیچکدام از این دو برنامه،3DTunnel و 3DFoundation قادر به مدلسازی هندسه دلخواه سه‌بعدی نبودند و تنها اشکال ساده سه‌بعدی را مدل می‌کردند. برنامه Plaxis 3D برنامه اجزاء محدود سه‌بعدی پیشرفته‌ای بود که با بکارگیری رابط گرافیکی امکان مدلسازی کامل هندسه سه‌بعدی را فراهم آورد. اولین نسخه این برنامه در سال 2010 در دسترس قرار گرفت.
نرم افزار پلکسیس ابزاری است که امکان تحلیل مسائل مهندسی ژئوتکنیک را برای کسانی فراهم کرده است که لزوما در حوزه تحلیل‌های عددی متخصص نیستند. از دیدگاه عموم مهندسان، انجام تحلیل‌های غیرخطی اجزا محدود بسیار پیچیده و زمان‌بر است. با این وجود توسعه‌دهندگان پلکسیس سعی بر آن دارند که با بکارگیری روش‌های محاسباتی درست و پایدار بلحاظ تئوری و ارائه آن در قالبی ساده و منطقی و کاربرپسند، امکان استفاده مهندسان از قابلیت‌های اجزا، محدود را فراهم کنند. به همین دلیل امروزه بسیاری از مهندسان ژئوتکنیک در سراسر جهان این ابزار را برای مقاصد مهندسی و طراحی بکار می‌برند.
بعد از انتقال مالکیت شرکت پلکسیس و پیوستن به بنتلی سیستمز تغییرات اساسی در پلکسیس بوجود آمد و در سال 2020 نسخه PLAXIS 2D CONNET Edition V20 /PLAXIS 3D CONNECT Edition V20 و نسخه های بعد از آن با امکاناتی جدید عرضه شد. این امکانات علاوه بر قابلیت‌های جدید مدلسازی، شامل دسترسی به محیط داده بنتلی بعنوان ساختاری یکپارچه برای همکاری، تصمیم‌گیری و انجام بهتر پروژه‌ها می‌باشد.

چرا Plaxis را انتخاب کنید
نرم‌افزار پلکسیس مدل‌های رفتاری متنوعی چون موهرـ‌کلمب، سخت‌شوندگی هذلولی، نرم‌شوندگی و نرم‌شوندگی خزشی را پوشش می‌دهد. با استفاده از این مدل‌ها و اعمال اندرکنش، تحلیل مسائل پایداری و تغییرشکل خاک و سنگ در پلکسیس ممکن می‌شود. در این نرم‌افزار امکان به‌کارگیری المان‌های گوناگونی چون ورق، مفصل، فنرهای دورانی و المان‌های تماسی در فرآیند مدل‌سازی وجود دارد.
با شبیه‌سازی سطح آب زیرزمینی در پلکسیس، می‌توان مسائل هیدرواستاتیک و غیرهیدرواستاتیک فشار منفذی در خاک را تحلیل کرد. در این نرم‌افزار با فعال یا غیرفعال کردن المان‌های مدل در مرحله‌ی‌ محاسبات، فرآیند ساخت و حفاری مدل‌سازی می‌شود. مش‌بندی دوبعدی و ایجاد مدل سه‌بعدی در پلکسیس خودکار است. تحلیل لایه به لایه در مسائل پایداری شیب‌ها، سدها و تونل‌ها از جمله قابلیت‌های این نرم‌افزار به‌شمار می‌آید.

نسخه دو بعدی نرم افزار Plaxis
مهم ترین کاربردهای پلکسیس دو بعدی عبارتند از:
    تحلیل کرنش صفحه ای
    تحلیل تقارن محوری
    تحلیل پایداری
    تحلیل شرایط مرزی جریان آب
    تحلیل شرایط مرزی هندسه مدل
    امکان مدل سازی فرآیند تحکیم و فشار آب منفذی اولیه
    اعمال بارگذاری ها به دو صورت بار کنترل و تغییر مکان کنترل
    محاسبه ضریب اطمینان به روش کاهش C – Ф

نسخه سه بعدی نرم افزار Plaxis
نسخه سه بعدی نرم افزار پلکسیس در قالب دو نرم افزار Foundation و Tunnel ارائه شده که نسبت به نسخه دو بعدی، قابلیت های محدودتری دارند.
طراحی و تحلیل سه بعدی تونل ها و پی ها به کمک این دو نرم افزار انجام می شود.
از برنامه Plaxis 3D Tunnel جهت آنالیز مسائل مربوط به تونل ها استفاده می شود.
شبیه سازی تونل در این برنامه به صورتی است که مقطع تونل در یک صفحه ساخته شده و در بعد دیگر تکرار می شود. به همین دلیل “شبیه سازی دو و نیم بعدی تونل و سازه های مشابه” تعریف بهتری از این نرم افزار را در خود دارد.
از Plaxis 3D Foundation جهت آنالیز مسائل مربوط به پی ها استفاده می شود؛
اما در این برنامه امکان تعریف و تغییر شرایط مرزی، تغییر مش بندی در عمق و تحلیل پایداری وجود نداشته و
علاوه بر این، قادر به شبیه سازی ژئوگریدها و ژئوتکستایل ها، تحلیل فشار آب منفذی اولیه و محاسبه ضریب اطمینان نیست.

ویژگی های نرم افزار پلکسیس
امکان تعریف گمانه ها
لایه های خاک را به وسیله گمانه ها تعریف می کنند.
برای تعریف یک لایه خاک غیر افقی یا سطوح شیب دار نیز می توان چندین گمانه در هندسه مدل قرار داد.
نرم افزار پلکسیس به طور اتوماتیک، موقعیت سطح زمین و لایه های خاک را در میان گمانه ها جای گذاری می کند.
امکان ورود گرافیکی مدل های هندسی
وارد کردن داده های خاک، سازه، مراحل ساخت، بارها و شرایط مرزی بر مبنای فرآیند ترسیمی برنامه اتوکد می باشد.
نرم افزار plaxis این امکان را به کاربر می دهد تا مدل های هندسی خود را با جزئیات دقیق به آن وارد کند.
امکان استفاده از المان ها
در نرم افزار پلکسیس دو بعدی برای مدل سازی تنش ها و تغییر شکل خاک می توان از
یکی از المان های 6 گرهی مثلثی یا 15 گرهی استفاده کرد.
دارا بودن انواع بارها
نرم افزار محبوب پلکسیس دارای انواع بارها از جمله بارهای نقطه ای، خطی و گسترده است که
می توان آن ها را در هر مرحله از مدل سازی فعال کرد.
شبیه سازی مراحل ساخت و ساز
با استفاده از چنین قابلیتی می توان فرآیندهای ساخت و ساز و حفاری را به وسیله فعال و یا غیر فعال کردن گره المان ها، اعمال بارها و تغییر توزیع فشار آب، به صورت واقعی شبیه سازی کرد.
این فرآیند سبب ارزیابی دقیق تنش ها و جا به جایی های ایجاد شده می شود.
ارائه نتایج
پردازشگرهای نرم افزار پلکسیس بسیار قدرتمند بوده و توانایی آنالیز شرایط پیچیده را دارند.
مقدار تنش ها و کرنش ها و جدول های دقیق حاصل از محاسبات پیچیده در بستر این برنامه، در نتایج خروجی آن ارائه می شود.

قابلیت های نرم افزار پلکسیس
از جمله سایر قابلیت های نرم افزار باید به موارد زیر اشاره کرد:
    امکان ایجاد مدل ترکیبی و شبیه سازی های وابسته به زمان و غیر خطی
    قابلیت حل مسائل هیدرواستاتیکی و موارد مربوط به فشار آب در خاک
    شبیه سازی درون کنش خاک و سازه
    شبیه سازی انواع مدل های رفتاری مانند انقباضی، انبساطی و…
    در نظر گرفتن سطح آب زیرزمینی
    گزارش خروجی بسیار کامل
از آن جایی که نرم افزار پلکسیس یک برنامه المان محدود مناسب برای طراحی های ژئوتکنیکی است،
رفتار خاک را می توان به شکل های مختلف در آن شبیه سازی کرد.
این مدل ها برای آنالیز دو بعدی یا سه بعدی تغییر شکل ها، پایداری ها و جریان آب های زیرزمینی در مهندسی ژئوتکنیک مورد استفاده قرار می گیرند.
نرم افزار پلکسیس دارای ابزارهایی است که قادر به هماهنگی با جنبه های مختلف سازه های پیچیده ژئوتکنیکی هستند.

معرفی برخی منوهای کاربردی نرم‌افزار پلکسیس – Plaxis
در این بخش به معرفی چند منو که از آن‌ها معمولاُ در اعمال تنظیمات اولیه‌ی مدل‌سازی استفاده می‌شود می‌پردازیم. در منوی ورودی (Input Menu) همه‌ی امکانات لازم برای معرفی داده‌ها تعبیه شده است. میله‌ی ابزار کلی (General Toolbar) از گزینه‌های مختلفی به‌منظور اجرای عملیات روی دیسک، چاپ، بزرگنمایی و انتخاب موضوعات تشکیل شده است. در این منو گزینه‌های دیگری نیز به‌منظور اجرای سایر برنامه‌های نرم‌افزار پلکسیس – Plaxis نظیر Calculation، Curves و Output قرار گرفته است. از میله‌ی ابزار هندسه (Geometry Toolbar) برای معرفی هندسه‌ی مدل استفاده می‌شود.
• منوی Loads در نرم‌افزار پلکسیس – Plaxis
منوی Loads از گزینه‌هایی به‌منظور وارد کردن بارهای گسترده، بارهای متمرکز و نشست‌های تکیه‌گاهی اولیه در مدل هندسی تشکیل شده است. نشست‌های اولیه با هدف کنترل نشست‌ها در خط‌های هندسی در آن‌ها اعمال می‌گردند. همچنین با استفاده از گزینه‌های این منو می‌توان به اعمال بارها و نشست‌های تکیه‌گاهی در شرایط مرزی نیز پرداخت.
• منوی Materials در نرم‌افزار پلکسیس – Plaxis
از منوی Materials برای معرفی و اصلاح ویژگی‌های مواد به‌کاررفته در خاک‌ها و اندرکنش‌ها (Soil and Interfaces)، میله‌ها (Beams)، ژئوتکستایل (Geotextile) و انکورها (Anchors) استفاده می‌شود. در نرم‌افزار پلکسیس – Plaxis ویژگی‌های خاک‌ها و مصالح سازه‌ای در مجموعه‌های اطلاعات مصالح ذخیره می‌شوند. برای دسترسی به این بایگانی می‌توان آن را با انتخاب گزینه‌ی مربوطه در میله‌ی ابزار فعال کرد.
اطلاعات مربوط به خصوصیات مواد در نرم‌افزار پلکسیس – Plaxis
اطلاعات مربوط به خصوصیات مواد در نرم‌افزار پلکسیس – Plaxis به سه دسته‌ی General، Parameters و Interfaces تقسیم می‌شوند. در صفحه‌ی General نوع مدل، نوع رفتار و دیگر خصوصیات کلی خاک مانند وزن مخصوص و نفوذپذیری تعیین می‌شود. صفحه‌ی Parameters برای تنظیم پارامترهای سختی مدل خاک انتخاب‌شده به‌کار می‌رود. صفحه‌ی Interfaces نیز پارامترهای خصوصیات اندرکنش خاک را شامل می‌گردد. در ادامه هر کدام از این سه بخش را با جزئیات بیشتری معرفی می‌کنیم.
• صفحه‌ی General
همان‌طور که دیدیم اطلاعات کلی خاک در نرم‌افزار پلکسیس – Plaxis با استفاده از فیلدهای تعبیه‌شده در صفحه‌ی General تنظیم می‌شود. این صفحه از بخش‌های مختلفی نظیر Material Set، General Properties، Permeability و Comments تشکیل شده است. همچنین کاربران با انتخاب گزینه‌ی Advanced می‌توانند اطلاعات بیشتری را برای مدل‌سازی پیشرفته اعمال نمایند. در قسمت مدل ماده (Material Model) از بخش Material Set مدل‌های مختلفی برای شبیه‌سازی رفتار خاک و دیگر اجزای سازه‌ای تعبیه شده که کاربران بنا به نیاز خود می‌توانند به انتخاب هر کدام از آن‌ها بپردازند.
• مدل ماده در صفحه‌ی General
از مدل الاستیک خطی (Linear Elastic Model) برای مدل‌سازی رفتار خاک بسیار محدود استفاده می‌شود. در این مدل با دو پارامتر مدول یانگ و ضریب پوآسون فرموله شده است و بر اساس قانون هوک کار می‌کند. مدل مور – کولمب (Mohr – Coulomb Model) از جمله پراستفاده‌ترین مدل‌های نرم‌افزار پلکسیس – Plaxis است و به‌عنوان اولین روش تقریب رفتار خاک به‌کار می‌رود. مدل خاک سخت‌شونده (Hardening Soil Model) یک مدل سهموی الاستوپلاستیک است و بر اساس پلاستیسیته‌ی سخت‌شونده‌ی اصطکاکی فرموله شده است. مدل خاک نرم (Soft Soil Model) برای مدل‌سازی رفتار خاک‌های نرم و خاک‌های آلی به‌کار می‌رود. معمولاً این مدل در تراکم‌های بالا کاربرد زیادی دارد. مدل خزشی خاک نرم (Soft Soil Creep Model) یک مدل درجه‌دوم به‌شمار می‌رود و بر اساس ویسکوپلاستیسیته فرمول‌بندی شده است. از این مدل معمولاً به‌منظور شبیه‌سازی تابع زمان در خاک‌های نرم استفاده می‌شود.
• نوع رفتار ماده
در نرم‌افزار پلکسیس – Plaxis به‌منظور در نظر گرفتن حالت‌های متنوع وجود آب در خاک از سه نوع رفتار مختلف استفاده می‌شود که عبارتند از حالت زهکشی‌شده (Drained)، زهکشی‌نشده (Undrained) و بدون تخلخل (Non-porous). کاربران می‌توانند یکی از این سه رفتار را از طریق گزینه‌ی Material Type در بخش Material Set انتخاب نمایند. در بخش نفوذپذیری (Permeability) کاربران می‌توانند پارمترهای kx و ky را تعریف کنند. در نرم‌افزار پلکسیس – Plaxis، kx نشانگر نفوذپذیری افقی و ky نشانگر نفوذپذیری عمودی است و این دو از هم تفکیک می‌شوند. دلیل تفکیک پارامترهای نفوذپذیری در نرم‌افزار پلکسیس – Plaxis اختلاف قابل‌توجه برقرار میان آن‌ها در بعضی خاک‌ها مثل خاک‌های آلی است. پارامترهای نفوذپذیری تنها در محاسبات مربوط به جریان‌های زیرزمینی و آنالیز تحکمی کاربرد دارند.
همان‌طور که قبلاً هم اشاره شد، از گزینه‌ی Advanced در صفحه‌ی General برای اعمال اطلاعاتی که در مدل‌سازی‌های پیشرفته‌تر به‌کار گرفته می‌شوند استفاده می‌گردد. با انتخاب این گزینه‌ی پنجره‌ی دیگری با عنوان Advanced General Properties باز می‌شود که از دو بخش اصلی Void Ratio و Change of Permeability تشکیل شده است. از بخش Void Ratio نسبت تخلخل تعیین می‌شود و از بخش Change of Permeability ضریب نفوذپذیری تغییر پیدا می‌کند.
• صفحه‌ی Parameters
پارامترهای مرتبط با مقاومت مدل در نرم‌افزار پلکسیس – Plaxis از طریق صفحه‌ی Parameters تعیین می‌شوند. نرم‌افزار پلکسیس – Plaxis از مدول یانگ به‌عنوان مدول اصلی سختی در مدل‌های الاستیک و موهر – کولمب بهره می‌برد، با این حال سایر مدول‌های سختی نیز در نرم‌افزار تعریف شده‌اند و امکان استفاده از آن‌ها وجود دارد. پارامتر چسبندگی که با C نشان داده می‌شود از دیگر پارامترهای مهم قابل تعریف در پلکسیس است. کاربران به‌راحتی با صفر در نظر گرفتن مقدار C خاک‌های بدون چسبندگی نظیر ماسه‌ها را در نرم‌افزار پلکسیس – Plaxis مدل کنند. در نرم‌افزار زوایای اصطکاک و اتساع نیز بر حسب درجه نمایش داده می‌شوند.
• صفحه‌ی Interfaces
صفحه‌ی Interfaces پارامترهای مرتبط با اندرکنش‌ها را دربرمی‌گیرد. این صفحه از سه بخش اصلی Strength، Permeability و Real Interface Thickness تشکیل شده است. کاربران می‌توانند در بخش Strength یکی از دو حالت Rigid یا Manual را به‌منظور تنظیم مقاومت اندرکنش انتخاب نمایند. همچنین از طریق فیلد Rinter می‌توانند به تعیین مقدار سختی اندرکنش بپردازند. از بخش Real Interface Thickness ضخامت واقعی اندرکنش مشخص می‌شود. این ضخامت درواقع محدوده‌ی برشی بین سازه و خاک را معلوم می‌کند. این مقدار تنها در صورت به‌کارگیری اندرکنش در Hardening Soil Model اهمیت می‌یابد. از بخش Permeability در صفحه‌ی Interfaces برای تعیین نفوذپذیری اندرکنش‌ها استفاده می‌شود. ضریب نفوذپذیری اندرکنش‌ها درصدی از ضریب نفوذپذیری خاک مبنا به‌شمار می‌رود.

نسخه‌های پلکسیس موجود در بازار
تا سال ۲۰۰۹ برنامه‌های Plaxis 2D و Plaxis 3D Foundation / Tunnel نسخه‌های دوبعدی و سه‌بعدی موجود این نرم‌افزار بودند. اما پس از آن نسخه‌ی دوبعدی با تغییر در الگوریتم تحلیل، به بسته‌ی Plaxis 2D Suite ارتقا یافت. نسخه‌ی سه‌بعدی نیز با تلفیق دو نرم‌افزار موجود و اصلاح نقایص و محدودیت‌ها، به‌صورت بسته‌ی Plaxis 3D Suite عرضه شد.
نرم‌افزار Plaxis 2D Suite شامل ماژول‌های PlaxFlow، Dynamics و Thermal است.
کاربر با استفاده از ماژول PlaxFlow قادر به تحلیل پیشرفته‌ی جریان آب زیرزمینی است.
مدل‌سازی جامع بارگذاری دینامیکی با ماژول Dynamics و مدل‌سازی حرارتی ـ ژئوتکنیکی نیز با ماژول Thermal انجام می‌شود.
نرم‌افزار Plaxis 3D Suite هم‌چون نسخه‌ی دوبعدی شامل ماژول‌های PlaxFlow و Dynamics است.
تنها تفاوت این است که تحلیل‌ها و مدل‌سازی‌ها در فضای سه‌بعدی انجام می‌شوند.
با توجه به هزینه‌ی بالای خرید آخرین نسخه‌های پلکسیس، ترجیح مهندسان بر این است که از نسخه‌های قدیمی استفاده کنند.