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精品文檔礦業(yè)軟件與應(yīng)用Ansys考試試題學(xué) 院: 資源與安全工程學(xué)院 指導(dǎo)老師: xxx 姓 名: xxx 學(xué) 號: xxxxxxxx 時 間: 2014年6月21日 ANSYS隧道結(jié)構(gòu)受力實(shí)例分析某隧道工程為三心拱隧道,隧道位于地表以下10米處,洞直徑10米,其具體尺寸見下圖。根據(jù)工程地質(zhì)勘探報告,巖土各參數(shù)為:密度為2700kg/m3,E=1.41010Pa,u=0.27,黏聚力c=2.72106Pa,內(nèi)摩擦角=35。地面上主要為交通荷載,根據(jù)估計每米有2.5噸的荷載直接作用于地基上。 計算要求如下:(1) 交通載荷已經(jīng)存在。(2) 計算結(jié)果報告中包括約束條件、荷載;位移、Y方向應(yīng)力等值線圖,塑性區(qū)等結(jié)果。進(jìn)行力學(xué)特性分析。(3) 提供建模、計算過程地GUI命令。操作過程一、創(chuàng)建物理環(huán)境 在“開始”菜單中選取“所有程序ANSYS Product launcher”并點(diǎn)擊; 選中File Management,在Working Directory欄輸入工作目錄“C:Usersdell 李懿鑫”,在“Job Name”欄輸入文件名“0204110112”。 單擊“RUN”按鈕,進(jìn)入ANSYS的GUI操作界面。 過濾圖形界面:Main MenuPreferences,彈出Preferences for GUI Filtering對話框,選中Structural來對后面的分析進(jìn)行菜單及相應(yīng)的圖形界面過濾,如圖1-1。 圖1-1 定義工作標(biāo)題:Utility MenuFileChange Title,在彈出的對話框中輸入0204110112,單OK按鈕,如圖1-2。 圖1-2 定義單元類型1)定義PLANE82單元:Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete,彈出一個單元類型對話框,單擊Add按鈕。彈出如圖1-3所示對話框。在該對話框左邊滾動欄中選擇“Solid”,在右邊的滾動欄中選擇Quad 8node82單元。然后單擊OK。圖1-32)設(shè)定PLANE82單元選項:Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete,彈出一個單元類型對話框,選中Type2 PLANE82,單擊Option按鈕,彈出一個PLANE82element Type options對話框,如圖1-4所示。在Element behavior K3欄后面的下拉菜單中選取Plane strain,其他欄后面的下拉菜單采用ANSYS默認(rèn)設(shè)置就可以,單擊OK按鈕。圖1-4通過設(shè)置PLANE82單元選項K3為Plain strain來設(shè)定本實(shí)例分析采取平面應(yīng)變模型進(jìn)行分析。因?yàn)橄锏朗强v向很長的實(shí)體,故計算模型可以簡化為平面應(yīng)變問題。8借點(diǎn)PLANE82單元每個節(jié)點(diǎn)有UX和UY兩個自由度,比4節(jié)點(diǎn)PLANE42單元具有更高的精確性,對不規(guī)則網(wǎng)格適應(yīng)性更強(qiáng)。7.定義材料屬性1)定義巷道圍巖1材料屬性:Main Preprocessor Material Props Material Model,彈出Define Material Model Behavior對話框,如圖1-5所示。 圖1-5 在圖1-6中右邊欄中連續(xù)單擊StructuralLinearElasticIsotropic后,又彈出如圖1-7-2所示Linear Isotropic Properties for Material Number 1對話框,在該對話框中EX后面輸入1.4e10,在PRXY后面的輸入欄中輸入0.27,單擊OK按鈕。再在選中Density并單擊,彈出如圖1-7-2對話框,在DENS后面的輸入欄中輸入巷道土體材料的密度2700,單擊OK按鈕。 圖1-6 線彈性材料模型對話框 圖1-6材料面密度輸入對話框圖1-7中右邊欄中連續(xù)單擊StructuralNonlinearineslasticNon-metal Plasticity后。在Cohesion欄輸入2.72e5,在Fric Angle欄輸入35。 圖1-7-a定義材料本構(gòu)模型對話框圖1-7-b定義材料本構(gòu)模型對話框二、建立模型和劃分網(wǎng)絡(luò) 1)創(chuàng)建隧道各個代表關(guān)鍵點(diǎn):Main Menu Preprocessor Modeling CreateKeypointsIn Active CS,彈出“Creat Keypoints in Active Coordinate System”對話框,如圖2-1所示。在對話框中以此輸入關(guān)鍵點(diǎn)的號碼,X,Y,Z的坐標(biāo)值,然后點(diǎn)擊APPLY,再輸入下一個關(guān)鍵點(diǎn)的號碼和坐標(biāo),直到所有的關(guān)鍵點(diǎn)全部輸入后點(diǎn)擊OK,關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)依次為(0,5)、(-5,0)、(-5,-10)、(5,-10)、(5,0)(-50,15)、(-50,-60)、(50,-60)、(50,15)。 圖2-1 在當(dāng)前坐標(biāo)系創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)對話框2)創(chuàng)建隧道模型:Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesIn Active Coord,彈出如圖2-2所示的對話框。依次連接關(guān)鍵點(diǎn),如圖2-3所示。Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesArcsBy End KPs & Rad,彈出如圖2-4所示的對話框。在對話框欄中輸入關(guān)鍵點(diǎn)“2,5”,單擊“Apply”。在對話框欄中輸入關(guān)鍵點(diǎn)“1”,彈出“Arc By End KPs & Rad ”對話框。在“RAD Radius of the arc”欄后面輸入弧線半徑“5”,單擊“Apply”按鈕,這樣就創(chuàng)建了弧線1。最后單擊“OK”按鈕,生成隧道模型,如圖2-5所示。 圖2-2定義直線兩端點(diǎn)對話框 圖2-3 畫直線 圖2-4 定義弧線兩端點(diǎn)對話框 圖2-5 巷道模型首先通過mainmenupreprocessormodelingcreateareasarbitraryby lines 由線生成2個面,然后通過mainmenu preprocessormodelingoperateBooleansdivideareas by areas 將2個面通過布爾運(yùn)算的圖2-6和圖2-7 圖2-6、2-7隧道模型4) 劃分網(wǎng)格:Main MenuPreprocessorMeshingMesh Tool,在彈出的Mesh Tool 中可以定義要劃分面的類型。劃分網(wǎng)格時要設(shè)置網(wǎng)格劃分份數(shù):在工具欄中Size Control欄,用鼠標(biāo)單擊lines后面的Set彈出一個選擇對話框用鼠標(biāo)選擇L1、L3,彈出一個Element Sizes on Picked Lines對話框,在No of element division欄后面輸入40,單擊Apply按鈕,再選擇L2和L4、L5和L7、L6、L8,分別輸入35、10、5、10,單擊OK。在網(wǎng)格劃分工具欄中單擊Mesh按鈕,彈出一個拾取面積對話框,拾取大面積區(qū)域,單擊OK按鈕,生成隧道單元網(wǎng)格;然后將隧道結(jié)構(gòu)模型重新生成,用相同的操作步驟再次劃分網(wǎng)格,結(jié)果如圖2-8所示。 如圖2-8 模型網(wǎng)格 三、施加約束和荷載對大矩形底邊施加Y方向約束:Main MenuSolution Define Loads ApplyStructuralDisplacementOn line用鼠標(biāo)選取底邊,單擊OK按鈕。彈出ApplyU,ROT on Nodes對話框,在DOF to be constrained欄后面選取UY,單擊OK按鈕,如圖3-1所示: 圖3-1同理,對大矩形左右兩邊施加X方向約束。施加載荷:mainmenuSolutionDefine LoadsApply Structural Pressure online,拾取大矩形頂部中間的線段,彈出所圖所示對話框,在PREV value中輸入經(jīng)計算好的荷載25000,如圖3-2所示:圖3-2單擊OK按鈕,荷載施加完成,如圖3-3所示:圖3-3MainMenu Solution Define Loads Apply Structural InertiaGravityGlobal,在彈出的對話框,如圖3-4所示。在Y方向中輸入9.8,完成重力的加載。如圖3-4 隧道頂部荷載和重力四、求解運(yùn)算1)求解設(shè)置指定求解類型:Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis,彈出一個如圖4-1-a所示對話框,在Type of analysis欄后面選中Static,單擊OK按鈕。Main MenuSolutionAnalysis TypeSoln Controls,在basic中選擇大變形分析類型,如圖4-1-b所示,單擊OK按鈕圖4-1-a如圖4-1-b 求解類型2)求解Main MenuSolutionSolveCurrent LS,彈出一個求解選項信息和一個當(dāng)前求解載荷對話框,檢查無誤后,單擊OK,開始是求解運(yùn)算,直到出現(xiàn)一個Solution is done的提示欄,表示求解結(jié)束。如圖4-2求解過程計算時ANSYS會顯示計算收斂的曲線,如圖4-3所示,計算完成后會彈出Solution is done!信息。如果計算不收斂,ANSYS會給出錯誤信息,以便用戶查找原因并改正。圖4-3求解結(jié)果五、對計算結(jié)果進(jìn)行分析1)單元生死控制:通過在ANSYS主菜單Solution-Load Step Opts-Other-Birth & Death-Kill Elments,點(diǎn)擊隧道單元即可實(shí)現(xiàn)殺死命令。在下列操作步驟后都完成后,通過控制生死單元可以得到另一組類似的結(jié)構(gòu),并將顯示在每個分析步驟中未殺死前結(jié)果的下面,在下面的操作分析步驟中就不再贅述。2)繪制結(jié)構(gòu)變形圖:Main Menu General Postprocessor Plot Results Deformed shape,彈出一個“Plot Deformed Shape”的對話框,選中“Def+ undef edge”并單擊“OK”,就得到隧道結(jié)構(gòu)變形圖,如圖5-1所示。 圖5-1 結(jié)構(gòu)變形圖3)顯示巷道位移云圖:Main Menu General PostprocPlot Resultcontour PlotNodal Solu,彈出一個Contour Nodal Solution Data 對話框,用鼠標(biāo)依次單擊Nodal Solution/DOF Solution/X-Compoment of displacement,再單擊OK按鈕,就得到X方向位移云圖,重復(fù)操作,依次可獲得Y方向和總位移云圖,如下圖所示。 圖5-2 X方向位移云圖圖5-3 Y方向位移云圖圖5-4 總位移云圖4)繪制結(jié)構(gòu)應(yīng)力圖:MenuGeneral PostprocessorPlot Results-Contour Plot- Nodel Solution,彈出一個Contour Nodal Solution Data 對話框,用鼠標(biāo)依次單擊Nodal Solution/Stress/X-Compoment of stress,再單擊OK按鈕,就得到X方向位移云圖,重復(fù)操作,依次可獲得Y方向和XY面的應(yīng)力云圖,如下圖所示。圖5-5 X方向應(yīng)力云圖圖5-6 Y方向應(yīng)力云圖圖5-7 XY面應(yīng)力云圖5)繪制結(jié)構(gòu)塑性區(qū):MenuGeneral PostprocessorPlot Results-Contour Plot- Nodel Solution,彈出一個Contour Nodal Solution Data 對話框,用鼠標(biāo)依次單擊Nodal Solution/Plastic strain/Equivalent plastic strain,再單擊OK按鈕,就得到結(jié)構(gòu)塑性區(qū),如圖5-8所示。圖5-8 結(jié)構(gòu)塑性區(qū)變形6)繪制地面變形:MenuGeneral PostprocessorPath OperationsDefine PathBy Nodes,創(chuàng)建地面路徑,MenuGeneral PostprocessorPath Oper
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