隧道ansys計算程序算例——荷載結構模式

1、1 / 36 選取新建鐵路（宜）萬州（萬）鐵路線上的別巖槽隧道某斷面，該斷面設計單位采用的支護結構如圖3-3 所示。 為保證結構的安全性，采用了荷載結構模型，利用 ansys對其進行計算分析。主要參數(shù)如下：隧道腰部和頂部襯砌厚度是65cm，隧道仰拱襯砌厚度為85cm。采用 c30鋼筋混凝土為襯砌材料。隧道圍巖是級, 洞跨是 5.36 米，深埋隧道。隧道仰拱下承受水壓，水壓0.2mpa。圖 3-3 隧道支護結構斷面圖隧道圍巖級別是級， 其物理力學指標與襯砌材料c30鋼筋混凝土的物理力學指標見表3-3 所示。表 3-3 物理力學指標名稱容重（3/ mkn）彈性抗力系數(shù)k（mpz/m）彈性模量e （

2、 gpa ）泊松比v摩擦角（。）凝聚力c（mpa）級圍巖22 300 1.5 0.32 29 0.35 2 / 36 c30鋼筋混凝土25 - 30 0.2 54 2.42 表 3-4 荷載計算表荷載種類圍巖壓力結構自重水壓n/m3垂直勻布力n/m3水平勻布力n/m3值80225 16045 通過 ansys 添加200000 根據(jù)鐵路隧道設計規(guī) ，可計算出深埋隧道圍巖的垂直勻布力和水平勻布力。對于豎向和水平的分布荷載， 其等效節(jié)點力分別近似的取節(jié)點兩相臨單元水平或垂直投影長度的一般襯砌計算寬度這一面積圍的分布荷載的總和。自重荷載通過ansys程序直接添加密度施加。隧道仰拱部受到的水壓0.2m

3、pa 按照徑向方向載置換為等效節(jié)點力,分解為水平豎直方向加載。3.3.3 gui 操作方法3.3.3.1 創(chuàng)建物理環(huán)境1) 在 開始 菜單中依次選取所有程序 /ansys10.0/ansys product launcher ，得到“10.0ansys product launcher”對話框。2 ） 選 中 file management， 在 “ working directory ” 欄 輸 入 工 作 目 錄“d:ansysexample301 ” ，在“ job name”欄輸入文件名“support” 。3）單擊“ run”按鈕，進入ansys10.0的 gui 操作界面。4）過濾

4、圖形界面：main menu preferences ，彈出“ preferences for gui filtering ”對話框，選中“ structural”來對后面的分析進行菜單與相應的圖形界面過濾。5）定義工作標題：utility menu file change title，在彈出的對話框中輸入“tunnel support structural analysis ” ，單擊“ ok” ，如圖 3-4 所示。圖 3-4 定義工作標題6）定義單元類型：main menu preprocessor element type add/edit/delete ，彈出“element typ

5、es” 單元類型對話框， 如圖 3-5 所示，單擊“add” 按鈕，彈出“l(fā)ibrary of element types”單元類型庫對話框，如圖3-6 所示。在該對話框左面滾動欄中選擇“beam” ，在右邊的滾動欄中選擇“2d-elastic 3” ，單擊“ apply” ，定義了“ beam3”單元。再在左面滾動欄中3 / 36 選取“ combination ” ，右邊的滾動欄中選擇“spring-damper 14” ，如圖 3-7 所示。然后單擊“ok”按鈕，這就定義了“combin14”單元，最后單擊圖3-5 單元類型對話框中的“close”按鈕。圖 3-5 單元類型對話框3-6

6、定義 beam3 單元對話框3-7 定義 combin14 單元對話框7）定義材料屬性：main menu preprocessor material props material models，彈出4 / 36 “define material model behavior ” 對話框，如圖 3-8 所示。在右邊的欄中連續(xù)雙擊 “ structural linear elasticisotropic”后，又彈出如圖3-9 所示“ linear isotropic properties for material number 1”對話框，在該對話框中“ex ”后面的輸入欄輸入“3e10” ，在

7、“ prxy ” 后面的輸入欄輸入“ 0.2” ，單擊“ ok” 。再在定義材料本構模型對話框選中“ density”并雙擊，彈出如圖 3-10 所示“ density for material number 1” 對話框，在“dens ”后面的欄中輸入隧道襯砌混凝土材料的密度“2500” ，再單擊“ ok”按鈕。圖 3-8 定義材料本構模型對話框圖 3-9 線彈性材料模型對話框圖 3-10 材料密度輸入對話框最后單擊“ material exit ”結束，得到結果如圖3-11 所示。5 / 36 圖 3-11 材料屬性定義結果8）定義實常數(shù)：main menu preprocessor re

8、al constants add/edit/delete ，彈出“ real constants” 實常數(shù)對話框，如圖3-12 所示。單擊“ add”按鈕，彈出如圖3-13 所示的選擇單元類型對話框， 選中“type 1 beam3” ， 單擊“ ok”按鈕，彈出如圖3-14 所示“real constant for beam3”對話框， 在對話框 中分別輸入隧道腰部和頂部襯砌支護結構beam3 梁單元的橫截面積 area “0.65” 、慣性矩izz “ 0.022885417” 、高度 height “0.65” 。圖 3-12 實常數(shù)對話框圖 3-13 選擇單元類型對話框6 / 36 圖

9、 3-14 定義隧道腰部和頂部beam3 實常數(shù) 1 對話框圖 3-15 定義隧道仰拱beam3 實常數(shù) 2 對話框然后單擊“ ok”按鈕，然后在彈出的對話框中單擊“add”按鈕，彈出如圖3-13 所示的選擇單元類型對話框，選中“type 1 beam3” ，單擊“ ok”按鈕，彈出如圖3-15 所示的對話框， 在對話框中分別輸入隧道腰部和頂部襯砌支護結構beam3 梁單元的橫截面積area“0.85” 、慣性矩izz“0.051170833” 、高度height “0.85” 。這是因為隧道襯砌支護仰拱和腰部與頂部的厚度不同，所以要建立2 個 beam2 實常數(shù)。然后單擊“ ok”按鈕，在彈

10、出的對話框中單擊“add”按鈕，彈出如圖3-13 所示的選擇單元類型對話框，選中“type 2 combin14” ，單擊“ ok”按鈕，彈出如圖3-16 所示“ real constant set number 3 for combin14”對話框，在“spring constant ”欄后面輸入7 / 36 “30000000” ，單擊“ ok”按鈕，彈出如圖3-17 對話框，最后單擊“close”按鈕圖 3-16 combin14 實常數(shù)后對話框圖 3-17 定義完實常數(shù)后對話框3.3.3.2 建立模型和劃分網格1）創(chuàng)建隧道襯砌支護關鍵點：main menu preprocessor m

11、odeling createkeypointsin active cs，彈出“ creae keypoints in active cooedinate system ”對話框，如圖3-18 所示。在“npt keypoint number ”欄后面輸入 “1” ，在“x，y，z location in active cs”欄后面輸入 “ （ 0，0，0） ” ，單擊“apply”按鈕， 這樣就創(chuàng)建了關鍵點1。再依次重復在 “npt keypoint number ”欄后面輸入“ 2、3、 4、5、6、7” ，在對應“ x，y，z location in active cs”欄后面輸入“ （

12、0，3.85，0） 、 （0.88，5.5，0） 、 （2.45，6.15，0） 、 （4.02，5.5，0） 、 （4.9，3.85，0） 、 （ 4.9，0，0） ，最后單擊“ ok”按鈕，生成7 個關鍵點，如圖3-19 所示。8 / 36 圖 3-18 在當前坐標系創(chuàng)建關鍵點對話框圖 3-19 隧道支護關鍵點2）創(chuàng)建隧道襯砌支護線模型：main menupreprocessormodelingcreatelinesarcsby end kps & rad ， 彈出如圖3-20 所示的對話框。 在對話框欄中輸入關鍵點“1， 2” ， 單擊 “apply” ，彈出如圖 3-21 所示

13、對話框。在對話框欄中輸入關鍵點“6” ，彈出“ arc by end kps & rad ”對話框，如圖 3-22 所示。 在 “ rad radius of the arc”欄后面輸入弧線半徑“8.13” ，單擊“apply”按鈕，這樣就創(chuàng)建了弧線1。9 / 36 圖 3-20 定義弧線兩端點對話框圖 3-21 定義弧線曲率關鍵點對話框圖 3-22 畫弧線對話框重復以上操作步驟，分別把圖3-22 對話框欄中空欄依次輸入“3.21，2，3，6” 、 “2.22，3，4，6” 、 “ 2.22，4，5，2” 、 “3.21，5，6， 2” 、 “ 8.13，6，7，2” 、 “6，7，1

14、，4” ，最后單擊“ ok”按鈕，生成隧道襯砌支護線模型，如圖3-23 所示。10 / 36 圖 3-23 隧道襯砌支護線模型3）保存幾何模型文件；utility menu file save as，彈出一個“ save database ”對話框，在“ save database to”下面輸入欄中輸入文件名“support-geom.db ” ，單擊“ ok” 。4）給線賦予特性：main menu preprocessor meshing meshtool，彈出“ meshtool”對話框，如圖3-24 所示。在“ element attributes ”后面的下拉式選擇欄中選擇“l(fā)in

15、es” ，按“set”按鈕，彈出一個“l(fā)ines attributes ”線拾取框，在圖形界面上拾取編號為“l(fā)1、l2、l3、 l4、 l5、 l6” 的線， 單擊拾取框上的 “ok” 按鈕， 又彈出一個如圖3-25 所示的 “l(fā)ines attributes ”對話框，在 “material number ” 后面的下拉式選擇欄中選取“1” ， 在 “ real constant set number ”后面的下拉式選擇欄中選取“1” ，在“ element type number ” 后面的下拉式選擇欄中選取“1 beam3” 。單擊“ apply”再次彈出線拾取框。用一樣方法給線l7 賦

16、予特性，其他選項與“l(fā)1、l2、l3、l4、l5、l6”的線一樣，只是在“ real constant set number ” 后面的下拉式選擇欄中選取“2” ，單擊“ ok”按鈕退出。11 / 36 圖 3-24 網格劃分工具欄圖 3-25 賦予線特性對話框5）控制線尺寸：在“meshtool”對話框中的“size controls”下面的選擇欄中的“l(fā)ines”右邊單擊“ set” ， 在彈出對話框中拾取線l1 和 l6， 單擊拾取框上的 “ ok” 按鈕，彈出“element sizes on all selected lines ”對話框，如圖3-26 所示。在“ no of ele

17、ment divisions ”欄后面輸入“ 4” 。再單擊“ apply”按鈕。用一樣方法控制線l2、l3、l4、l5、l7 的尺寸， 只是線 l2、l3、l4、l5在“no of element divisions ”欄后面輸入“2” ，線 l7 在“ no of element divisions ”欄后面輸入“8” 。12 / 36 圖 3-26 線單元尺寸劃分對話框6）劃分網格：在圖3-24 網格劃分工具欄中單擊“mesh”按鈕，彈出一個對話框，單擊“ pick all ” ，生成 24 個梁單元，如圖3-27 所示。圖 3-27 隧道支護單元圖7）打開節(jié)點編號顯示：utility

18、menu plotctrls numbering ，彈出“ plot numbering controls”對話框，如圖3-28 所示。選中“ node numbers ” 選項，后面的文字由“off”變?yōu)椤?on”,單擊“ ok”關閉窗口。顯示這些節(jié)點編號目的是為后面創(chuàng)建彈簧單元準備，這些節(jié)點是彈簧單元的一個節(jié)點。13 / 36 圖 3-28 顯示節(jié)點編號對話框8）創(chuàng)建彈簧單元：main menupreprocessormodelingcreatepiping modelsdefine pipesspring support，彈出一個選擇節(jié)點對話框，選擇節(jié)點1 后，單擊“ ok”按鈕，又彈出

19、一個“ define support spring”對話框，如圖3-29 所示。在圖 3-29 對話框中，在“node at spring location ”欄后面輸入彈簧節(jié)點位置編號“1” ，在“ type of spring”后面的下拉選擇欄中選擇“translation” ，在“ spring constant”欄后面輸入彈簧系數(shù)“ 300000000” ，在“ dx，dy，dz distance to ground pt ”欄后面分別輸入彈簧另一端點的坐標值“-0.97029572，-0.241921895，0” ，因為是平面問題，dz 不用輸入，默認是0。單擊“ apply”按鈕（

20、這時就生成了節(jié)點1 的彈簧單元，編號為25） ，又彈出一個選擇節(jié)點的對話框，和生成節(jié)點1 位置彈簧方法一樣生成其它節(jié)點的彈簧單元。只是在圖3-29對話框中改變節(jié)點號和改變“dx，dy，dz distance to ground pt ”欄中值：節(jié)點2 對應“ dx，dy”為“-0.97437006，0.22495105” ，節(jié)點 3 對應“ dx，dy”為“ -0.98628560，-0.1604768” ，節(jié)點 4 對應“dx， dy” 為 “-0.99996192， - 0.00872654” ， 節(jié)點 5 對應“dx， dy” 為 “-0.98901586，0.14780941” ，節(jié)點

21、6 對應“ dx，dy”為“ -0.70710678，0.70710678” ，節(jié)點7 對應“ dx，dy” 為“ -0.88294757，0.469471561” ，節(jié)點 10 對應“dx，dy”為“ 0.70710678，0.70710678” ，節(jié)點 13 對應 “0.88294757， 0.469471561” ， 節(jié)點 12 對應 “dx， dy” 為 “0.97437006， 0.22495105” ，節(jié)點 15 對應“dx， dy” 為 “0.98901586， 0.14780941” ， 節(jié)點 16 對應 “ dx， dy” 為 “ 0.99996192，- 0.0087265

22、4” ，節(jié)點 17 對應“ dx，dy”為“ 0.98628560，-0.1604768” ，節(jié)點 14 對應“ dx，dy” 為“0.97029572，-0.241921895” ，節(jié)點 18 對應“dx，dy”為“0.30901699，-0.95105651” ，節(jié)點 24 對應 “dx， dy” 為 “-0.30901699， -0.95105651” ， 節(jié)點 19 對應 “dx， dy” 為 “0.20791169，-0.97814760” ，節(jié)點 23 對應“ dx，dy”為“ -0.20791169，-0.97814760” ，節(jié)點 20 對應“ dx，dy” 為“0.10452

23、846，-0.99452189” ，節(jié)點 22 對應“ dx，dy”為“-0.10452846，-0.99452189” ，14 / 36 節(jié)點 21 對應“ dx，dy”為“ 0，-1” ，再單擊“ ok”按鈕就完成了彈簧單元的創(chuàng)建，得到添加彈簧單元的單元網格圖，如圖3-30 所示。圖 3-29 定義彈簧單元對話框注意：?彈簧單元長度為1，實際上彈簧長度對計算結果沒有影響。?隧道頂部圍（ 90 度圍）為“脫離區(qū)” ，故不需要添加彈簧單元。?“dx，dy”是生成彈簧的另一個端點的坐標值，它是在法線方向，根據(jù)在在cad圖形中角度來計算。?圖 3-30 中一共添加了21 個彈簧單元， 如果有些彈簧

24、單元根據(jù)計算結果顯示是受拉的，必須去除，再進行重新計算。?用來模擬隧道結構與圍巖間相互作用的combin14 彈簧單元（也叫地層彈簧），對其參數(shù)設置時，只需要輸入彈性常數(shù)k，阻尼系數(shù)和非線性阻尼系數(shù)不用輸入。15 / 36 圖 3-30 添加彈簧單元后的單元網格圖3.3.3.3 施加約束和荷載1）給彈簧單元施加約束：main menusolutiondefine loadsapplystructuraldisplacement on nodes，彈出在節(jié)點上施加位移約束對話框，用鼠標選取彈簧單元最外層節(jié)點共21 個節(jié)點，單擊“ ok”按鈕，彈出“apply u,rot on nodes”對話框

25、，如圖3-31 所示。圖 3-31 給節(jié)點施加位移約束對話框在圖 3-31 對話框中：在“ dofs to be constrained”欄后面中選取“ux，uy” ，在“ apply as”欄后面的下拉菜單中選取“constant value” ，在“ displacement value ”欄后面輸入“0”值，然后單擊“ok”按鈕就完成了對彈簧節(jié)點位移的約束。2） 施加重力加速度： main menusolutiondefine loadsapplystructuralinertiagravity，彈出“ apply(gravitational)acceleration ”對話框，如圖3-

26、23 所示。只需在“global cartesian y-comp”欄后面輸入重力加速度值“9.8”就可以，單擊“ok”按鈕，就完成了重力加速度的施加。圖 3-32 施加重力加速度對話框注意：雖然在ansys中輸入的重力加速度9.8 后，其重力加速度方向顯示向上，但ansys16 / 36 默認模型施加重力時，輸入的重力加速度是9.8，不是 -9.8。3）對隧道襯砌支護施加圍巖壓力：main menusolutiondefine loadsapplystructural force/moment on nodes ，在彈出節(jié)點位置施加荷載對話框中，用鼠標選擇隧道支護線上腰部和頂部所有節(jié)點，彈出

27、“apply f/m on nodes ”對話框，如圖3-24 所示。在“ direction of force/mom ”欄后面下拉菜單中選取“fy” ，在“ force/moment ”欄中輸入圍巖垂直勻布力“-80225” 。圖 3-24 施加節(jié)點力對話框單擊“ apply” 按鈕，在彈出對話框后選擇隧道支護線剩下的節(jié)點，在“direction of force/mom ”欄后面下拉菜單中選取“fy” ，在“ force/moment ”欄中輸入圍巖垂直勻布力“80225” 。再單擊“ apply” 按鈕，又彈出一個節(jié)點位置施加荷載對話框，用鼠標選擇隧道襯砌支護線上的 1、2、3、4、5

28、、6、7、8、9、22、23、24 共 12 個節(jié)點，又彈出如圖3-24 所示的對話框，在“ direction of force/mom ”欄后面下拉菜單中選取“fx ” ，在“ force/moment ”欄中輸入圍巖水平勻布力“16045” 。再次單擊“ apply” 按鈕，又彈出一個節(jié)點位置施加荷載對話框，用鼠標選擇隧道襯砌支護線上剩下的12 個節(jié)點，又彈出如圖3-24 所示的對話框，在“direction of force/mom”欄后面下拉菜單中選取“fx ” ，在“ force/moment ”欄中輸入圍巖水平勻布力“-16045” 。單擊“ok“按鈕，就完成了對隧道襯砌支護施加

29、圍巖壓力。17 / 36 圖 3-25 施加約束和荷載后隧道結構模型輸入圍巖垂直勻布力和水平勻布力應參考節(jié)點位置來考慮力的方向，切忌加錯力的方向。4 ） 對 隧 道 仰 拱 施 加 水 壓 ： main menusolutiondefine loadsapplystructural force/moment on nodes ， 在彈出節(jié)點位置施加荷載對話框中，用鼠標選擇隧道仰拱節(jié)點18，彈出如圖 3-24 所示的對話框，在“direction of force/mom”欄后面下拉菜單中選取“fx ” ，在“ force/moment ”欄中輸入水平水壓力“-161803” 。再次單擊“ ap

30、ply” 按鈕，又彈出一個對話框，選擇節(jié)點18，又彈出圖3-24 的對話框，在“direction of force/mom ”欄后面下拉菜單中選取“ fy ” ，在“ force/moment ”欄中輸入圍巖水平勻布力“70381” ，單擊“ ok”按鈕，就完成了節(jié)點18 的水壓力的施加，同法對仰拱的其它節(jié)點施加水壓，只是數(shù)值不同：節(jié)點 19 “fy=50101” 、“fx=-182309” ； 節(jié)點 20 “fy=13093” 、“fx=-198904” ； 節(jié)點 21 “fy=125960” 、“fx=0；節(jié)點 22“ fy=13093” 、 “fx=198904” ；節(jié)點 23“fy=

31、50101” 、 “fx=-182309” ；節(jié)點 24“fy=70381” 、 “fx=-161803” 。最后得到施加約束和荷載后隧道襯砌支護結構模型圖，如圖3-25 所示。將作用在襯砌上的分布荷載置換為等效節(jié)點力。對于豎向和水平的分布荷載，其等效節(jié)點力分別近似的取節(jié)點兩相臨單元水平或垂直投影長度的一般襯砌計算寬度這一面積圍的分布荷載的總和。自重荷載通過ansys程序直接添加密度施加。水壓按照徑向方向載置換為等效節(jié)點力，分解為水平和豎直方向加載。3.3.3.4 求解1）求解運算： main menusolutionsolvecurrent ls ，彈出一個求解選項信息和一個當前求解載荷步對

32、話框，如圖3-36 和圖 3-37 所示，檢查信息無錯誤后，單擊“ok” ，開始求解運算，直到出現(xiàn)一個“solution is done”的提示欄，如圖3-38 所示，表示求解結束。18 / 36 圖 3-36 求解選項信息圖 3-37 當前求解載荷步對話框圖 3-38 求解結束提示欄3.3.3.5 后處理（對計算結果進行分析）1.計算分析修改模型1）查看隧道襯砌支護結構變形圖：main menugeneral postprocplot resultsdeformed shape，彈出一個 “ plot deformed shape”的對話框， 如圖 3-39 所示，選中“def+undefo

33、rmed ”并單擊“ ok” ，出現(xiàn)隧道襯砌支護結構變形圖，如圖3-40 所示。19 / 36 圖 3-39 查看變形圖對話框從圖 3-40 的 初次分析隧道襯砌支護結構變形圖中可以看出，彈簧33、34、35 和 36 是受拉的， 因為用來模擬隧道結構與圍巖間相互作用的地層彈簧只能承受壓力，所以這 4 根彈簧必須去掉，再重新計算，直到結構變形圖中沒有受拉彈簧為止。2）刪除受拉彈簧單元：main menupreprocessormodelingdeleteelements ，彈出一個刪除單元選取對話框，選中彈簧單元33、34、 35 和 36，然后單擊“ ok”按鈕。再執(zhí)行 main menup

34、reprocessormodelingdeletenodes ，彈出一個刪除節(jié)點選取對話框，選取彈簧單元33、34、35 和 36 最外端節(jié)點，再單擊“ok”按鈕。3）第 2 次求解： main menusolutionsolvecurrent ls ，彈出一個求解選項信息和一個當前求解載荷步對話框，接受默認設置， 單擊“ ok” ，開始求解運算， 直到出現(xiàn)一個 “solution is done”的提示欄，表示求解結束。20 / 36 圖 3-40 初次分析計算隧道襯砌支護結構變形圖4） 查看第 2 次分析計算結構變形圖：main menugeneral postprocplot resul

35、tsdeformed shape，彈出一個“ plot deformed shape”的對話框，選中“def+undeformed ”并單擊“ ok” ，出現(xiàn)第 2 次分析計算的隧道襯砌支護結構變形圖。圖形顯示，第 2 次分析計算仍有受拉彈簧。5）再次去掉受拉彈簧，重復2）4） ，直到分析計算出的隧道襯砌支護結構變形圖中沒有受拉彈簧為止。最后經過3 次反復分析計算，終于得到沒有受拉彈簧時的隧道結構模型，如圖3-41 所示。其對應的分析計算隧道襯砌支護結構變形圖如圖3-42 所示。6）保存計算結果到文件：utility menu file save as ，彈出一個“ save database

36、 ”對話框，在“ save database to”下面的輸入欄中輸入文件名“support result.db ” ，單擊“ ok” 。進行隧道結構受力分析時，用地層彈簧來模擬圍巖與結構間相互作用，在隧道頂部90 度圍，起變形背向地層， 不受圍巖的約束而自由變形，這個區(qū)域稱為 “脫離區(qū)” ，不需要添加彈簧單元。在隧道兩側與底部，結構產生朝向地層的變形，并受到圍巖約束阻止其變形，因而圍巖對襯砌產生了彈性抗力，這個區(qū)域稱為“抗力區(qū)”，需要添加彈簧單元。進行完第一次求解后，查看結構變形圖，去除受拉彈簧單元，再進行求解， 再查看結構變形圖，反復進行，直到最終計算出結構變形圖無受拉彈簧為止。21 /

37、36 圖 3-41 最后隧道結構模型圖圖 3-42 最終隧道結構變形圖2畫出主要圖形1）繪制結構變形圖：main menugeneral postprocplot resultsdeformed shape，彈出一個“ plot deformed shape”的對話框，選中“def+undeformed ”并單擊“ ok” ，就得到隧道結構變形圖，如圖3-42 所示。2）將節(jié)點彎矩、剪力、軸力制表：main menugeneral postprocelement tabledefine table，彈出一個“ element table data”對話框，如圖3-43 所示。單擊“ add”按

38、鈕，彈出一個“ define additional element table items ”對話框，如圖3-44 所示。22 / 36 圖 3-43 單元數(shù)據(jù)制表對話框圖 3-44 定義單元數(shù)據(jù)表對話框在圖 3-44 對話框中， 在“user label for item ”欄后面輸入 “imomemt” ，在“ item comp results data item”欄后面的左邊下拉菜單中選取“by sequence num” ，在右欄輸入“6” ，然后單擊“ apply”按鈕；再次在 “user label for item ”欄后面輸入 “jmomemt” ， 在“ item comp

39、 results data item ”欄后面的左邊下拉菜單中選取“by sequence num ” ，在右欄輸入“12” ，然后單擊“ apply”按鈕；這樣同樣方法依次輸入“ishear ，2” 、 “jshear ，8” 、 “ zhouli-i ，1” 、 “zhouli-j ，7” ，最后得到定義好后的單元數(shù)據(jù)表對話框，如圖3-45 所示。23 / 36 圖 3-45 定義好后的單元數(shù)據(jù)表對話框3）設置彎矩分布標題：utility menu file change title ，彈出一個“change title”對話框，如圖 3-46 所示。在“ enter new title

40、”下面的輸入欄中輸入文件名“bending moment distribution ” ，單擊“ ok” 。圖 3-46 設置標題對話框4）畫結構彎矩圖：main menugeneral postprocplot resultscontour plotline element results， 彈出一個 “plot line-element results” 對話框， 如圖 3-47 所示。在 “element table item at node i”欄后面下拉菜單選取“imoment” ，在“ element table item at node j ”欄后面下拉菜單選取“ jmoment

41、” ， 在 “optional scale factor ” 后面欄中輸入 “-0.8” ， 在 “items to be plotted on”欄后面選中“deformed shape ” ，單擊“ ok”按鈕，得到隧道襯砌支護結構的彎矩圖，如圖 3-48 所示。5) 設置剪力分布標題：utility menu file change title，彈出一個“ change title”對話框。在“enter new title ”下面的輸入欄中輸入文件名“shear force distribution” ，單擊“ok” 。24 / 36 圖 3-47 畫結構彎矩圖對話框圖 3-48 結構彎

42、矩圖（單位： n.m）6）畫結構剪力圖：main menugeneral postprocplot resultscontour plotline element results，彈出一個如圖3-49 所示的對話框。在“element table item at node i ”欄后面下拉菜單選取 “ishear ” ， 在 “ element table item at node j ” 欄后面下拉菜單選取 “jshear ” ， 在 “optional scale factor”后面欄中輸入 “-1” ，在“items to be plotted on ”欄后面選中 “deformed s

43、hape ” ，單擊“ ok”按鈕，得到隧道襯砌支護結構的剪力圖，如圖3-50 所示。25 / 36 圖 3-49 畫結構剪力圖對話框如圖 3-50 結構剪力圖（單位：n）7) 設置軸力分布標題：utility menu file change title，彈出一個“ change title”對話框。在“enter new title ” 下面的輸入欄中輸入文件名“zhouli force distribution ” ，單擊“ok” 。8）畫結構軸力圖：main menugeneral postprocplot resultscontour plotline element results

44、， 彈出一個對話框。 在 “element table item at node i ” 欄后面下拉菜單選取“zhouli-i” ，在“element table item at node j ”欄后面下拉菜單選取“zhouli-j ” ， 在“optional scale factor ”后面欄中輸入 “-0.6” ，在“items to be plotted on ”欄后面選中 “deformed shape ” ，單擊“ok”按鈕，得到隧道襯砌支護結構的軸力圖，如圖3-51 所示。26 / 36 圖 3-51 結構軸力圖（單位：n）輸出圖形設置時，輸出圖形比例因子ansys默認是 1，用

45、戶可以根據(jù)實際需要縮小或放大圖形輸出，來滿足實際需要。ansys默認輸出的彎矩圖與我們實際土木工程的彎矩圖相反，因為土木工程規(guī)定，當結構的哪一側受拉時，彎矩圖就應該畫在哪一側，策略是在輸出圖形比例因子前乘以 -1，就可以得到我們所需要的彎矩圖。輸出圖形比例因子最好設置為絕對值小于1 的數(shù)。3.列出主要數(shù)據(jù)1）選擇隧道支護線上所有節(jié)點：utility menuentities .，彈出一個“ select entities”對話框，如圖3-52 所示。在第一個下拉菜單選擇“nodes” ，在第2 個下拉菜單選擇“by num/pick” ，第 3 欄選中“ from full” ，單擊“ ok”

46、按鈕，彈出一個選擇節(jié)點對話框，用鼠標選取隧道支護線所有節(jié)點，單擊“ok”按鈕。2）選擇隧道支護線上所有單元：utility menuentities .，彈出一個“ select entities”對話框，如圖3-53 所示。在第一個下拉菜單選擇“elements” ，在第2 個下拉菜單選擇“by num/pick” ，第 3 欄選中“ also selected” ，單擊“ ok”按鈕，彈出一個選擇單元對話框，用鼠標選取隧道支護線所有單元，單擊“ok”按鈕。27 / 36 圖 3-52 選取節(jié)點對話框圖 3-53 附加選取單元對話框3）列表顯示各節(jié)點的位移：main menugeneral

47、postproclist resultsnodal solution，彈出一個“ list nodal solution ”對話框，如圖3-54 所示。用鼠標依次單擊“nodal solution ”和“ dof solution ” ，再選中“ displacement vector sum” ，然后單擊“ ok”按鈕，彈出節(jié)點位移數(shù)據(jù)文件。再次執(zhí)行 main menugeneral postproclist resultsnodal solution ，彈出一個 “l(fā)ist nodal solution”對話框，如圖3-54 所示。用鼠標依次單擊“nodal solution ”和“ do

48、f solution ” ，再選中“ rotation vector sum” ，然后單擊“ ok”按鈕，彈出節(jié)點位移數(shù)據(jù)文件。最后得到各節(jié)點的位移數(shù)據(jù)，如表3-5 所示。28 / 36 圖 3-54 列出各節(jié)點位移對話框節(jié)點位移表3-5 4） 列表顯示單元的彎矩、剪力和軸力： main menugeneral postproclist resultselement tabledata，彈出一個 “l(fā)ist element tabledata”對話框， 如圖 3-55 所示。在“ item to be listed ”欄后面下拉菜單選中“imonent、jmoment、 ishear 、 js

49、hear 、zhouli-i 、zhouli-j ” ，然后單擊“ ok”按鈕，彈出單元數(shù)據(jù)表文件，見表3-6。圖 3-55 列出單元數(shù)據(jù)表對話框表 3-6 單元數(shù)據(jù)表29 / 36 3.3.3.6退出 ansys 單擊工具條上的“quit”彈出一個“exit from ansys ”對話框，選取“quitno save!” ，單擊“ ok” ，則退出ansys軟件。3.3.4命令流實現(xiàn)（1）創(chuàng)建物理環(huán)境/com, structural ! 指定結構分析/title,tunnel support structural analysis ! 定義工作標題/filnam,support,1 ! 定

50、義工作文件名！進入前處理器/prep7 ！定義單元et,1,beam3 ! 定義梁單元et,2,combin14 ! 定義彈簧單元! 定義材料屬性mp,ex,1,3e10 30 / 36 mp,prxy,1,0.2 mp,dens,1,2500 ! 定義實常數(shù)r,1,0.65,0.65*0.65*0.65/12,0.65, r,2,0.85,0.85*0.85*0.85/12,0.85,0,0,0, r,3,300000000, , , （2）建立幾何模型! 創(chuàng)建隧道襯砌支護關鍵點k,1, ! 有節(jié)點坐標生成關鍵點k,2,3.85, k,3,.88,5.5, k,4,2.45,6.15, k,

51、5,4.02,5.5, k,6,4.9,3.85, k,7,4.9,0, ! 創(chuàng)建隧道襯砌支護線larc,1,2,6,8.13, ! 由 2 個端點與曲率中心加半徑生成弧線larc,2,3,6,3.21, larc,3,4,6,2.22, larc,4,5,2,2.22, larc,5,6,2,3.21, larc,6,7,2,8.13, larc,7,1,4,6, ！保存幾何模型save,support-geom,db,d:ansysexample301 （3）劃分網格，生成隧道襯砌支護單元31 / 36 lsel,s,line,1,6,1 ！選擇線 l1、l2、l3、l4、ll5 、l6

52、latt,1,1,1, , , , ！給所選的線賦予材料特性lsel,s, , ,7 latt,1,2,1, , , , lsel,s,line,1,6,5 lesize,all,4, ！設置網格劃分份數(shù)為4 lsel,s,line,2,5,1 lesize,all,2, lsel,s,line,7 lesize,all,8, lsel,all lmesh,all ！線網格劃分，生成支護單元（4）添加彈簧單元/pnum,node,1 ！打開節(jié)點號開關！生成 24 根彈簧單元psprng,1,tran,300000000,-0.97029572,-0.241921895, ！添加彈簧單元1 ps

53、prng,2,tran,300000000,-0.97437006,0.22495105, psprng,3,tran,300000000,-0.98628560,-0.1604761, psprng,4,tran,300000000,-0.99919612,-0.00872654, psprng,5,tran,300000000,-0.98901586,0.14780941, psprng,6,tran,300000000,-0.70710678,0.70710678, psprng,7,tran,300000000,-0.88294757,0.469471561, psprng,10,tr

54、an,300000000,0.70710678,0.70710678, psprng,13,tran,300000000,0.88294757,0.469471561, psprng,12,tran,300000000,0.97437006,0.22495105, psprng,15,tran,300000000,0.98901586,0.14780941, 32 / 36 psprng,16,tran,300000000,0.99996192,-0.00872654, psprng,17,tran,300000000,0.98628560,-0.1604768, psprng,14,tran

55、,300000000,0.97029572,-0.241921895, psprng,18,tran,300000000,0.30901699,-0.95105651, psprng,19,tran,300000000,0.20791169,-0.9781476, psprng,20,tran,300000000,0.10452846,-0.99452189, psprng,21,tran,300000000,0,-1, psprng,22,tran,300000000,-0.10452846,-0.99452189, psprng,23,tran,300000000,-0.20791169,-0.9781476, psprng,24,tran,300000000,-0.30901699