ANSYS隧道結(jié)構(gòu)受力實例分析

1、八礦業(yè)軟件與應板用凹案芭Ansy瓣s埃考試試題襖學埃 昂 扮院：斑 瓣 芭資源與安全工程學頒院胺 安指導老師：阿 巴xxx敗 柏 拜姓啊 哀 氨名：板 把xxx昂 鞍 版學芭 扒 搬號：啊 芭xxxxxxxx熬 爸 佰時愛 板 跋間：懊 20般1胺4笆年芭6熬月霸2隘1敖日白 靶 般 邦ANSY頒S骯隧道結(jié)構(gòu)受力實例芭分析擺某隧道工程為三心霸拱隧道，隧道位于岸地表以敗下凹1唉0般米處，洞直懊徑胺1般0藹米，其具體尺寸見傲下圖。根據(jù)工程地氨質(zhì)勘探報告，巖土按各參數(shù)為：密度阿為板2罷7般00kg/m愛3礙，瓣E=1.410半1跋0礙P吧a稗，阿u=0.2昂7搬，黏聚敗力頒c=翱2.72熬10襖6阿

2、P八a跋，內(nèi)摩擦頒角哀稗=35芭哀。地面上主要為交隘通荷載，根據(jù)估計八每米有八2斑.艾5懊噸的荷載直接作用頒于地基上。 計算要求如下：半交通載荷已經(jīng)存在唉。翱計算結(jié)果報告中包岸括約束條件、荷載翱；位移奧、八Y斑方向應力等值線圖皚，塑性區(qū)等結(jié)果。藹進行力學特性分析芭。暗提供建模、計算過把程骯地愛GU按I辦命令。操作過程一、創(chuàng)建物理環(huán)境板氨 辦在扮“稗開奧始絆”叭菜單中選翱取芭“阿所有程岸序絆ANSYS P隘roduct l稗aunche吧r擺”隘并點擊；哀骯 埃選中叭File Man吧agemen絆t芭，埃在傲Working 壩Director癌y鞍欄輸入工作目背錄扮“絆C:Users矮疤del

3、l巴 皚捌李懿鑫八”岸，埃在拌“敗Job Nam矮e般”般欄輸入文件扒名唉“拔02041101百12百”安。氨盎 叭單邦擊藹“奧RU矮N八”般按鈕，進敖入半ANSY阿S罷的耙GU疤I拌操作界面。礙笆 阿過濾圖形界面癌：拌Main Men半uPrefer巴ences拔,澳彈絆出啊Preferen拌ces for 按GUI Filt耙erin扮g翱對話框，選芭中爸Structur半al把來對后面的分析進吧行菜單及相應的圖按形界面過濾，如背圖暗1-扳1凹。壩 邦 唉 胺 氨 背圖爸1-1斑瓣 笆定義工作標題礙：奧Utility 俺MenuFil胺eChange氨 Titl扒e巴，在彈出的對話框拔中輸

4、入背02041101白12辦，翱單頒O盎K斑按鈕，如圖隘1-2礙。案 圖1-2 定義單元類型疤1拜）定版義巴PLANE8捌2百單元阿：頒Main Men挨uPrepro疤cessorE藹lement T斑ypeAdd/敗Edit/Del襖et辦e挨，彈出一個單元類捌型對話框，單八擊瓣Ad按d耙按鈕。彈出如圖隘1-3把所示對話框。在該壩對話框左邊滾動欄安中選百擇皚“盎Soli暗d傲”襖，在右邊的滾動欄翱中選佰擇耙Quad 8no頒de8皚2芭單元。然后單俺擊擺O澳K胺。圖1-3班2盎）設盎定阿PLANE8懊2癌單元選把項芭:Main Me斑nu Pre案processo愛r Element Ty

5、pe白 Add/E骯dit/Dele耙t靶e跋，彈出一個單元類安型對話框，選氨中唉Type2 PL扳ANE8昂2凹，單昂擊案Optio案n壩按鈕，彈出一板個拜PLANE82e爸lement T按ype opti襖on骯s傲對話框，如敖圖頒1-暗4辦所示。扮在澳Element 艾behavior傲 K稗3隘欄后面的下拉菜單八中選埃取愛Plane st敗rai瓣n八，其他欄后面的下氨拉菜單采八用隘ANSY版S俺默認設置就可以，礙單隘擊靶O絆K昂按鈕。圖1-4俺爸通過設敖置爸PLANE8俺2唉單元選靶項芭K般3安為敗Plain st版rai癌n唉來設定本實例分析稗采取平面應變模型八進行分析。因為巷案

6、道是縱向很長的實斑體，故計算模型可拔以簡化為平面應變般問題。扳鞍8巴借般點哎PLANE8瓣2懊單元每個節(jié)點吧有U笆X阿和背U岸Y版兩個自由度，八比按4案節(jié)扮點絆PLANE4俺2昂單元具有更高的精擺確性，對不規(guī)則網(wǎng)哎格適應性更強。7.定義材料屬性敗1搬）定義巷道圍巴巖把1半材料屬性扳：俺Main P捌reproces啊sor Ma拔terial P扳rops Ma捌terial M霸ode盎l巴，彈按出藹Define M敗aterial 癌Model Be爸havio爸r稗對話框，如版圖疤1-版5盎所示芭。絆 按 圖1-5 俺在哀圖耙1擺-6愛中右邊欄中連續(xù)單矮擊頒Structur拔alLine

7、a案rElasti唉cIsotro俺pi辦c捌后拌,礙又彈出如辦圖案1-7-佰2艾所瓣示半Linear I版sotropic拌 Propert伴ies for 藹Material挨 Number 癌1頒對話框，在該對話胺框隘中安E扮X澳后面輸入頒1.4e10熬,阿在哎PRX背Y岸后面的輸入欄中輸傲入霸0.2擺7稗，單扳擊耙O佰K敖按鈕。再在選中傲Density靶并單擊，彈出如版圖暗1-7-版2斑對話框，伴在骯DEN把S癌后面的輸入欄中輸爸入巷道土體材料的百密懊度疤2叭7胺0唉0拌，單板擊爸O般K案按鈕。 瓣圖擺1-耙6昂 骯線彈性材料模型對敗話框靶 哀圖罷1-拌6捌材料面密度輸入對捌話框礙圖靶

8、1-傲7敖中右邊欄中連續(xù)單安擊哀Structur按alNonli澳nearine芭slastic霸Non-meta扳l Plasti案cit襖y版后。邦在Cohesio擺n扮欄輸?shù)K入罷2.72e叭5熬，捌在板Fric Ang藹l白e八欄輸岸入佰3班5伴。壩 版 藹 稗圖襖1-7艾-a吧定義材料本構(gòu)模型昂對話框癌圖拜1-7安-b叭定義材料本構(gòu)模型挨對話框按二、建立模型和劃邦分網(wǎng)絡唉 按1埃）創(chuàng)建隧道各個代吧表關鍵點敖：邦Main Men哎u Prepr唉ocessor吧 Modelin耙g Creat斑eKeypoi案ntsIn A芭ctive C版S阿，彈班出“翱Creat Ke笆ypoint

9、s 壩in Activ版e Coordi氨nate Sys俺te扮m半”擺對話框，如圖叭2-1皚所示。在對話框中班以此輸入關鍵點的伴號碼扮，稗X,Y,佰Z拔的坐標值，然后點隘擊板APPL頒Y懊，再輸入下一個關矮鍵點的號碼和坐標挨，直到所有的關鍵哀點全部輸入后點癌擊百O岸K罷，關鍵點坐標依次扒為阿（跋0,啊5扒）、凹（扮-5,靶0班）、敖（按-5,-1皚0版）、辦（叭5,-1啊0艾）、愛（氨5,扮0澳）稗（捌-50,1芭5阿）、胺（盎-50,-6暗0癌）、懊（安50,-6澳0盎）、拜（版50,1氨5叭）。伴 柏 澳圖2-1扳 唉在當前坐標系創(chuàng)建斑關鍵點對話框襖2岸）創(chuàng)建隧道模型背：澳Main M

10、en藹uPrepro骯cessorM頒odeling挨CreateL澳inesIn 拜Active C笆oor芭d按，彈出如圖吧2-2埃所示的對話框。依斑次連接關鍵點，如巴圖案2-3皚所示。唉Main Men把uPrepro安cessorM安odeling按CreateL矮inesArc吧sBy End罷 KPs & R板a辦d懊，彈出如圖熬2-4跋所示的對話框。在版對話框欄中輸入關敖鍵拜點哀“懊2拌，傲5白”背，單百擊邦“笆Appl佰y辦”拌。在對話框欄中輸熬入關鍵般點拌“礙1熬”挨，彈辦出矮“辦Arc By E拔nd KPs &版 Rad邦 挨”佰對話框。般在耙“罷RAD Radi稗us

11、of th傲e ar背c唉”把欄后面輸入弧線半澳徑把“般5”跋，單啊擊佰“礙Appl斑y癌”癌按鈕，這樣就創(chuàng)建巴了弧翱線柏1拔。最后單哀擊矮“背O頒K奧”敖按鈕，生成隧道模八型，如圖埃2-5擺所示。白 壩 八 澳圖哀2-2霸定義直線兩端點對挨話板框瓣 柏 按 白 挨圖隘2-3俺 把 擺畫直線 叭圖搬2-4翱 擺定義弧線兩端點對背話辦框佰 捌 哀圖斑2-5隘 扒巷道模型半首先通扳過絆mainmenu絆preproc鞍essormo俺delingc班reatear笆easarbi壩traryby斑 lines絆 壩由線生哎成背2扳個面挨，敗然后通班過哎mainmenu版 prepro把cessor

12、m啊odeling阿operate佰Booleans矮divide拌areas by般 areas愛 八將捌2百個面通過布爾運算氨的稗圖礙2-瓣6癌和敗圖案2-7瓣 版 跋 暗 把 罷圖啊2-佰6版、版2-7拌隧道模型跋劃分網(wǎng)格：暗Main Men敖uPreproc按essorMe捌shingMe般sh Too挨l百，在彈出瓣的白Mesh Too笆l藹 哎中可以定義要劃分面的類型。劃分網(wǎng)擺格時要設置網(wǎng)格劃骯分份數(shù)：在工具欄凹中鞍Size Con搬t(yī)ro捌l半欄，用鼠標單跋擊扮line拌s拜后面埃的拜Se艾t佰彈出一個選擇對話哀框用鼠標選把擇哀L1佰、巴L3岸,跋彈出一胺個瓣Element 唉S

13、izes on爸 Picked 笆Line斑s鞍對話框，矮在癌No of el靶ement di隘visio哀n案欄后面輸熬入把4鞍0唉，單昂擊扳Appl耙y拔按鈕，再選笆擇翱L伴2百和俺L柏4扮、罷L俺5霸和愛L班7把、擺L搬6、八L按8傲，分別輸吧入捌3岸5奧、罷1板0絆、稗5扒、佰1安0翱，單佰擊唉O鞍K啊。在網(wǎng)格劃分工具擺欄中單唉擊氨Mes稗h隘按鈕，彈出一個拾百取面積對話框，拾把取翱大啊面積般區(qū)域半,暗單艾擊皚O半K胺按鈕，生成隧道單百元網(wǎng)格；然后將隧巴道結(jié)構(gòu)模型重新生柏成，用相同的操作拜步驟再次劃分網(wǎng)格笆，結(jié)果如圖癌2-8邦所示。俺 凹 巴 奧 半 拔如圖案2-8啊 癌模型網(wǎng)格哀

14、鞍三、施加約束和荷昂載艾對大矩形底邊施唉加疤Y氨方向約束伴：柏Main Men搬uSoluti佰on Defi昂ne Loads拜 Apply拔Structur般alDispl癌acement擺On lin敖e胺用鼠標選取底邊，稗單叭擊拔O斑K敗按鈕。彈哎出鞍ApplyU,R柏OT on No襖de凹s盎對話框，八在伴DOF to b笆e constr巴aine瓣d癌欄后面選埃取礙U半Y拔，單版擊白O拔K疤按鈕，如圖岸3半-擺1岸所示氨：靶 圖3-1般同理，對大矩形左啊右兩邊施吧加般X疤方向約束。澳施加載荷壩：擺mainmenu隘Solutio氨nDefine搬 LoadsA凹pply St岸

15、ructural半 Pressu懊re onli拔n胺e癌，拾取大矩形頂部隘中間的線段，彈出所圖所示對話框，拜在笆PREV val扮u八e拔中輸入經(jīng)計算好的搬荷載暗25000版，如圖班3-2盎所示：圖3-2絆單半擊叭O唉K絆按鈕，荷載施加完氨成，如圖伴3藹-艾3隘所示：圖3-3懊Main耙Menu So扳lution 俺Define 唉Loads A礙pply St壩ructural鞍 Inerti礙aGravit巴yGloba耙l百，在彈出的對話框吧，如圖暗3癌-擺4柏所示。挨在氨Y澳方向中輸安入9.埃8頒，完成板重力的拔加載。昂如圖愛3柏-半4搬 昂 邦隧道頂部荷載和重傲力四、求解運算1）

16、求解設置拔指定求解類型傲：埃Main Men耙uSoluti叭onAnaly搬sis Type骯New Ana案lysi伴s襖，彈出一個如圖跋4氨-1-a耙所示對話框，扮在哀Type of 擺analysi辦s爸欄后面選邦中稗Stati跋c凹，單按擊哀O跋K啊按鈕。埃Main Men傲uSoluti佰onAnaly拜sis Type斑Sol疤疤n Contro皚ls案,傲在隘basi版c耙中選擇大變形分析扳類型，如圖昂4疤-藹1叭-b半所示，單半擊埃O拜K按按鈕扮圖捌4-1扳-a挨如圖絆4-1吧-b笆 版 襖求解類型2）求解辦Main Men盎uSoluti皚onSolve壩Current澳

17、L白S皚，彈出一個求解選哀項信息和一個當前挨求解載荷對話框，哀檢查無誤后，單藹擊絆O艾K柏，開始是求解運算隘，直到出現(xiàn)一奧個哀Solution案 is don拜e斑的提示欄，表示求頒解結(jié)束。艾如圖百4埃-埃2版求解過程柏計算白時罷ANSY靶S襖會顯示計算收斂的襖曲線，如圖癌4-3背所示，計算完成后皚會彈拔出板Solution埃 is done扒!吧信息。如果計算不愛收斂背，奧ANSY唉S壩會給出錯誤信息，佰以便用戶查找原因頒并改正。圖4-3求解結(jié)果半五、對昂計算結(jié)果進行分析翱1澳）單元生死控制：扒通過疤在安ANSY癌S八主菜版單般Solution哎-Load S把tep Opts疤-Other

18、-瓣Birth &艾 Death-八Kill Elm哀ent哎s澳，點擊跋隧道單元即可實現(xiàn)半殺死命令。在下列跋操作步驟后佰都完成后敗，通過控制生死單邦元可以得到另一組皚類似的結(jié)構(gòu)，并將壩顯示在每個分析步奧驟中未殺死前結(jié)果拌的下面，在下面的奧操作分析步驟中就擺不再贅述。霸2哎）繪制結(jié)構(gòu)變形圖扒：巴Main Men凹u Gener骯al Postp叭rocessor巴 Plot R傲esults 骯Deformed敖 shap巴e扮，彈出一扮個擺“艾Plot Def稗ormed Sh笆ap哎e骯”凹的對話框，選爸中傲“礙Def+ undef edg矮e胺”吧并單傲擊八“拔O八K霸”瓣，就得到隧道結(jié)

19、構(gòu)班變形圖，如圖笆5-1芭所示。埃 百 稗 皚 艾 翱圖拔5-1啊 懊 艾結(jié)構(gòu)變形圖愛3案）叭顯示巷道位移云圖半：盎Main Men凹u Gener板al Postp靶rocPlot背 Result白contour 隘PlotNod癌al Sol壩u啊，彈出一翱個絆Contour 哎Nodal So扮lution D鞍ata阿 凹對話框，用鼠標依白次單懊擊斑Nodal So背lution/D啊OF Solut板ion/X-Co矮mpoment 岸of displ愛acemen皚t埃，再單瓣擊班O骯K暗按鈕，就得板到翱X愛方向位移云圖，重氨復操作，依次可獲巴得百Y翱方向和總位移云圖扮，如下圖所示

20、。骯 般圖凹5-2癌 佰X暗方向位移云圖瓣圖班5-3皚 案Y暗方向位移云圖八圖敖5-4柏 澳總位移云圖奧4斑）背繪制結(jié)構(gòu)應力圖霸：霸MenuGen半eral Pos岸tprocess半orPlot 哀Results版-Contour奧 Plot- N靶odel Sol靶utio挨n盎，昂彈出一俺個胺Contour 俺Nodal So岸lution D昂ata八 擺對話框，用鼠標依矮次單霸擊俺Nodal So疤lution/S哀tress/X-胺Compomen皚t of str吧es艾s胺，再單哎擊爸O吧K岸按鈕，就得爸到鞍X傲方向位移云圖，重頒復操作，依次可獲搬得愛Y骯方向版和伴X盎Y胺面的應力云圖，如啊下圖所示。岸圖鞍5-5骯 霸X敗方向應力云圖暗圖皚5-6敗 瓣Y暗方向應力云圖跋圖扒5-壩7 X跋Y敗面應力云圖辦5胺