地鐵盾構(gòu)隧道掘進(jìn)施工過程三維仿真分析-ANSYS命令流

1、10.110.210.310.410.510.610.710.810.910.1010.1110.1210.1310.1410.1510.1610.1710.1810.19模型的建立/title， 3d analysis on shield tunnel in metro! 確定分析標(biāo)題/nopr!菜單過濾設(shè)置/pmeth ， off， 0keyw ， pr_set， 1keyw ， pr_struc ，1!保留結(jié)構(gòu)分析部分菜單/com ，/com ， preferences for gui filtering have been set to display:/com ，structural

2、1材料、實(shí)常數(shù)和單元類型定義/clear!更新數(shù)據(jù)庫/prep7!進(jìn)入前處理器et,1,solid45!設(shè)置單元類型et,2,mesh200,6save!保持?jǐn)?shù)據(jù)（ 2）定義模型中的材料參數(shù)。!土體材料參數(shù)mp,ex,1,3.94e6!地表層土彈性模量mp,prxy,1,0.35!地表層土泊松比mp,dens,1,1828!地表層土密度mp,ex,2,20.6e6!盾構(gòu)隧道所在地層參數(shù)mp,prxy,2,0.30mp,dens,2,2160mp,ex,3,500e6!基巖地層參數(shù)mp,prxy,3,0.33mp,dens,3,2160!管片材料參數(shù)，管片襯砌按各向同性計(jì)算mp,ex,4,27.

3、6e9! 管片襯砌彈性模量mp,prxy,4,0.2!管片襯砌泊松比mp,dens,4,2500!管片襯砌密度!注漿層，參數(shù)按水泥土取值mp,ex,5,1e9!注漿層彈性模量mp,prxy,5,0.2!注漿層泊松比mp,dens,5,2100!注漿層密度save!保持?jǐn)?shù)據(jù)2建立平面內(nèi)模型并劃分單元（ 1）在隧道中心線定義局部坐標(biāo)，便于后來的實(shí)體選取。local,11,0,0,0,0! 局部笛卡兒坐標(biāo)local,12,1,0,0,0!局部極坐標(biāo)csys,11!將當(dāng)前坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為局部坐標(biāo)wpcsys,-1!同時(shí)將工作平面轉(zhuǎn)換到局坐標(biāo)cyl4,2.7,90!畫部分圓半徑為 2.7cyl4,0,0,2.

4、7,0,3,90!畫管片層部分圓cyl4,0,0,3,0,3.2,90!畫注漿層部分圓rectng,0,4.5,0,4.5!畫外邊界矩形aovlap,all!做面遞加nummrg,all!合并所有元素numcmp,all!壓縮所有元素編號(hào)rectng,4.5,31.5,0,4.5!畫矩形面nummrg,all! 合并所有元素numcmp,all!壓縮所有元素編號(hào)save!保持?jǐn)?shù)據(jù)（ 2）劃分單元，如圖10-1 所示。meshkey,1!選擇劃分方式為映射劃分type,2!采用 mesh 200 進(jìn)行平面內(nèi)的單元?jiǎng)澐謑esize,1,6!對(duì)線設(shè)置單元數(shù)lesize,2,6lesize,3,6am

5、esh,1!對(duì)面 1 劃分單元lesize,4,6!對(duì)線設(shè)置單元數(shù)lesize,8,2lesize,9,2amesh,2!對(duì)面 2 劃分單元lesize,5,6!對(duì)線設(shè)置單元數(shù)lesize,10,1lesize,11,1amesh,3!對(duì)面 3 劃分單元lesize,12,3!對(duì)線設(shè)置單元數(shù)lesize,13,3lesize,6,3lesize,7,3lesize,14,8,2lesize,16,8,0.5amap,4,7,6,8,10!對(duì)面 4 采用 map 方式劃分單元amap,5,9,8,11,12!對(duì)面 4 采用 map 方式劃分單元save!保持?jǐn)?shù)據(jù)（ 3）利用對(duì)稱性劃分單元得到下半

6、部分模型，如圖10-2 所示。arsym,y,all!以 y 軸為對(duì)稱軸進(jìn)行鏡像操作nummrg,all!合并所有元素numcmp,all!壓縮所有元素編號(hào)allsel,all!選擇所有元素save!保持?jǐn)?shù)據(jù)（ 4）建立隧道下方土層模型，如圖10-3 所示。rectng,0,4.5,-4.5,-26!繪制下邊界矩形面rectng,4.5,31.5,-4.5,-26nummrg,all!合并所有元素numcmp,all!壓縮所有元素編號(hào)lesize,28,3!對(duì)線設(shè)置單元數(shù)lesize,29,5,0.5lesize,30,5,2lesize,32,5,0.5lesize,31,8,2amesh,

7、11!對(duì)面 11 和 12 劃分單元amesh,12save!保持?jǐn)?shù)據(jù)（ 5）建立隧道上方土層模型，如圖10-4 所示。rectng,0,4.5,4.5,15!繪制上邊界矩形面rectng,4.5,31.5,4.5,15lesize,34,3!對(duì)線設(shè)置單元數(shù)lesize,35,4lesize,33,4lesize,36,4lesize,37,8,0.5amesh,13!對(duì)面 13 和 14 劃分單元amesh,14nummrg,all! 合并所有元素numcmp,all!壓縮所有元素編號(hào)save!保持?jǐn)?shù)據(jù)（ 5）利用對(duì)稱性得到平面內(nèi)的全部模型，如圖10-5 所示。allsel,all!選擇所有

8、元素arsym,x,all!以 x 軸為對(duì)稱軸進(jìn)行鏡像操作nummrg,all!合并所有元素numcmp,all!壓縮所有元素編號(hào)save!保存數(shù)據(jù)庫3建立三維有限元模型（ 1）通過沿隧道軸線進(jìn)行拉伸，得到隧道及其所在地層的三維實(shí)體模型!沿隧道軸線定義一系列關(guān)鍵點(diǎn)，點(diǎn)間距為3m*do,i,1,20k,0,0,-3*i!循環(huán) 20 次!每次增加3m（縱向）*enddo!沿著這些點(diǎn)建立線，便于后來體的拉伸l,3,38!根據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)生成線*do,i,1,19l,37+i,38+i!通過關(guān)鍵點(diǎn)號(hào)循環(huán)增加生成線*enddo*do,i,1,20lesize,64+i,1!循環(huán)對(duì)線設(shè)置單元數(shù)*enddo!進(jìn)行

9、拉伸，拉伸后建立的完整模型如圖10-6 所示type,1!選擇拉伸單元為 solid 45mat,1! 賦予拉伸單元材料參數(shù)esys,11!選擇單元坐標(biāo)extopt,aclear,1!設(shè)置拉伸選項(xiàng)，即拉伸完成后刪除母單元mesh 200csys,12*do,i,1,20asel,s,loc,z,-3*(i-1)!選擇拉伸的面vdrag,all,64+i!進(jìn)行拉伸*enddoallsel,all!選擇所有元素nummrg,all!合并所有元素numcmp,all!壓縮所有元素編號(hào)allsel,all!選擇所有元素save! 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫（ 2）分層賦給土體材料參數(shù)。!賦予隧道所在地層材料參數(shù)csy

10、s,0!改變坐標(biāo)系nsel,s,loc,y,-10.5,5!選擇節(jié)點(diǎn)esln,s!選擇單元mpchg,2,all!改變材料參數(shù)!賦予基巖材料參數(shù)nsel,s,loc,y,-11,-26! 選擇節(jié)點(diǎn)esln,s!選擇單元mpchg,3,all!改變材料參數(shù)10.20 施工過程三維仿真分析10.20.1加載 與自 重應(yīng) 力 場(chǎng)求 解1施加邊界條件（ 1）并進(jìn)行求解設(shè)置。finish/solucsys,0/view,1,-1,0.5,1/reploteplotsavensubst,10nlgeom,onnropt,fullpred,onlnsrch,onoutres,all,last!返回上一次主菜

11、單!進(jìn)入求解器!改變坐標(biāo)系!改變視圖顯示方向!重新繪制!顯示單元圖! 保存數(shù)據(jù)庫!指定荷載子步! 指定大變形! 指定 newton-lapnace 迭代!啟用非線性求解預(yù)測(cè)器!啟用線性搜索!選擇將每一子步的最后一個(gè)迭代計(jì)算步結(jié)果保存（ 2）施加約束條件。nsel,s,loc,x,-31.5d,all,uxnsel,s,loc,x,31.5d,all,uxnsel,s,loc,y,-26d,all,uynsel,s,loc,z,0!選擇節(jié)點(diǎn)!施加 x 方向約束!選擇節(jié)點(diǎn)!施加 x 方向約束!選擇節(jié)點(diǎn)!施加 y 方向約束!選擇節(jié)點(diǎn)nsel,a,loc,z,-60d,all,uz!施加z 方向約束a

12、llsel,allacel,0,10,0step=0save!施加重力!用于記錄計(jì)算步的參數(shù)!存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫2自重應(yīng)力場(chǎng)求解與后處理（ 1）求解自重應(yīng)力場(chǎng)。time,1solvesavefinish!第 1 個(gè)荷載步（時(shí)間步）!求解! 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫!返回上一次主菜單（ 2）自重應(yīng)力場(chǎng)后處理。/post1!進(jìn)入后處理器plnsol,s,y,0,1!sy 應(yīng)力圖如圖10-8 所示plnsol,u,y,0,1!uy 位移圖如圖10-9 所示10.20.2加載 與自 重應(yīng) 力 場(chǎng)求 解1第 1 步開挖模擬分析（1）第 1 步開挖中第1 個(gè)計(jì)算步的命令流。/solu!進(jìn)入求解器antype,rest! 設(shè)定分

13、析類型為重啟動(dòng)分析，重啟動(dòng)點(diǎn)默認(rèn)為上次求解結(jié)束時(shí)time,2!設(shè)定時(shí)間步autots,1!自動(dòng)增加計(jì)算步deltim,0.1,0.001,0.2,1!時(shí)間步選項(xiàng)設(shè)置csys,12!將當(dāng)前坐標(biāo)變?yōu)榍懊孀远x的極座標(biāo)wpcsys,-1vsel,s,loc,x,0,3.2!選擇體vsel,r,loc,z,0,-3! 再選擇體eslv,s!選擇單元ekill,all!殺死開挖土體單元，包括核心圖、管片層、注漿層asel,s,loc,x,0,3.19! 選擇面asel,r,loc,z,-3sfa,all,1,pres,0.3e6!施加掌子面頂進(jìn)壓力asel,s,loc,x,3.2!選擇面asel,r,l

14、oc,z,0,-2.9sfa,all,1,pres,0.15e6!施加注漿壓力allsel,all!選擇所有元素solve!求解save! 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫finish!返回上一主菜單（ 2）第 1 步開挖中第1 個(gè)計(jì)算步的命令流。/solu!進(jìn)入求解器antype,rest!重新啟動(dòng)time,3!第三次計(jì)算autots,1deltim,0.1,0.001,0.2,1csys,12!改變坐標(biāo)系wpcsys,-1!改變工作坐標(biāo)系vsel,s,loc,x,0,2!選擇體vsel,r,loc,z,0,-3eslv,s!選擇單元ekill,all!殺死核心土單元vsel,s,loc,x,2,2.3!選擇體v

15、sel,r,loc,z,0,-3eslv,s!選擇單元mpchg,4,all! 改變管片單元材料參數(shù)vsel,s,loc,x,2.3,2.7!選擇體vsel,r,loc,z,0,-3eslv,s! 選擇單元mpchg,5,all!改變注漿層材料參數(shù)asel,s,loc,x,0,3.19! 選擇面asel,r,loc,z,-3sfa,all,1,pres,0.3e6!在面上施加壓力asel,s,loc,x,3.2asel,r,loc,z,0,-2.9sfa,all,1,pres,0! 取消注漿壓力allsel,all!選擇所有元素solve!求解save! 保存數(shù)據(jù)庫finish! 返回上一層主

16、菜單2開挖循環(huán) mac 文件的編寫（ 1）將第 1 步開挖，第1 個(gè)計(jì)算步中的命令流改寫為以step（開挖步）為參數(shù)的命令流形式，并將其文件名命為constr1.mac。!*constr1.mac*time,2*stepautots,1deltim,0.1,0.001,0.2,1csys,12wpcsys,-1vsel,s,loc,x,0,2vsel,r,loc,z,0,-3*(step-1)eslv,sekill,allvsel,s,loc,x,2,2.3vsel,r,loc,z,0,-3*(step-1)eslv,smpchg,4,allvsel,s,loc,x,2.3,2.7vsel,r

17、,loc,z,0,-3*(step-1)eslv,smpchg,5,allvsel,s,loc,x,0,3.2vsel,r,loc,z,-3*(step-1),-3*stepeslv,sekill,allasel,s,loc,x,0,3.19asel,r,loc,z,-3*(step-1)sfa,all,1,pres,0e6asel,s,loc,x,0,3.19asel,r,loc,z,-3*stepsfa,all,1,pres,0.3e6asel,s,loc,x,3.2asel,r,loc,z,-3*(step-1)-0.1,-3*step+0.1sfa,all,1,pres,0.15e6a

18、llsel,allsolvesave（ 2）將第 1 步開挖，第2的命令流形式，并將其文件名命為個(gè)計(jì)算步中的命令流改也寫為以constr2.mac，代碼如下：step（開挖步）為參數(shù)!*constr2.mac*time,2*step+1autots,1deltim,0.1,0.001,0.2,1csys,12wpcsys,-1vsel,s,loc,x,0,2vsel,r,loc,z,0,-3*stepeslv,sekill,allvsel,s,loc,x,2,2.3vsel,r,loc,z,0,-3*stepeslv,smpchg,4,allvsel,s,loc,x,2.3,2.7vsel,r

19、,loc,z,0,-3*stepeslv,smpchg,5,allasel,s,loc,x,0,3.19asel,r,loc,z,-3*stepsfa,all,1,pres,0.3e6asel,s,loc,x,3.2asel,r,loc,z,-3*(step-1)-0.1,-3*step+0.1sfa,all,1,pres,0allsel,allsolvesave3第 2 步到第 13 步的開挖模擬分析（ 1）第 2 步開挖模擬分析，!以下的中文說明也與第一步開挖一致，在此省去。/soluantype,reststep=2constr1.mac/soluantype,reststep=2con

20、str2.mac（ 2）第 3 步開挖模擬分析。/soluantype,reststep=3constr1.mac/soluantype,reststep=3constr2.mac（ 3）第 4 步開挖模擬分析。/soluantype,reststep=4constr1.mac/soluantype,reststep=4constr2.mac（ 4）第 5 步開挖模擬分析。/soluantype,reststep=5constr1.mac/soluantype,reststep=5constr2.mac（ 5）第 6 步開挖模擬分析。/soluantype,reststep=6constr1.

21、mac/soluantype,reststep=6constr2.mac（ 6）第 7 步開挖模擬分析。/soluantype,reststep=7constr1.mac/soluantype,reststep=7constr2.mac（ 7）第 8 步開挖模擬分析。/soluantype,reststep=8constr1.mac/soluantype,reststep=8constr2.mac（ 8）第 9 步開挖模擬分析。/soluantype,reststep=9constr1.mac/soluantype,reststep=9constr2.mac（ 9）第 10 步開挖模擬分析。/

22、soluantype,reststep=10constr1.mac/soluantype,reststep=10constr2.mac（ 10）第 11 步開挖模擬分析。/soluantype,reststep=11constr1.mac/soluantype,reststep=11constr2.mac（ 11）第 12 步開挖模擬分析。/soluantype,reststep=12constr1.mac/soluantype,reststep=12constr2.mac（ 12）第 13 步開挖模擬分析。/soluantype,reststep=13time,2*stepautots,1d

23、eltim,0.1,0.001,0.2,1csys,12wpcsys,-1vsel,s,loc,x,0,2vsel,r,loc,z,0,-3*(step-1)eslv,sekill,allvsel,s,loc,x,2,2.3vsel,r,loc,z,0,-3*(step-1)eslv,smpchg,4,allvsel,s,loc,x,2.3,2.7vsel,r,loc,z,0,-3*(step-1)eslv,smpchg,5,allvsel,s,loc,x,0,3.2vsel,r,loc,z,-3*(step-1),-60eslv,sekill,allasel,s,loc,x,0,3.19asel,r,loc,z,-3*(step-1)sfa,all,1,pres,0e6asel,s,loc,x,3.2asel,r,loc,z,-3*(step-1)-0.1,-60sfa,all,1,pres,0.15e6allsel,allsolvesave!以上為開挖中的第一個(gè)計(jì)算步/soluantype,reststep=13time,2*step+1autots,1delti