ANSYS隧道结构受力实例分析培训课件.docx

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ANSYS隧道结构受力实例分析培训课件

矿业软件与应用——Ansys考试试题

学院：

资源与安全工程学院

指导老师：

xxx

姓名：

xxx

学号：

xxxxxxxx

时间：

2014年6月21日

ANSYS隧道结构受力实例分析

某隧道工程为三心拱隧道，隧道位于地表以下10米处，洞直径10米，其具体尺寸见下图。

根据工程地质勘探报告，岩土各参数为：

密度为2700kg/m3，E=1.4×1010Pa，u=0.27，黏聚力c=2.72×106Pa，内摩擦角Φ=35°。

地面上主要为交通荷载，根据估计每米有2.5吨的荷载直接作用于地基上。

计算要求如下：

（1）交通载荷已经存在。

（2）计算结果报告中包括约束条件、荷载；位移、Y方向应力等值线图，塑性区等结果。

进行力学特性分析。

（3）提供建模、计算过程地GUI命令。

操作过程

一、创建物理环境

⒈在“开始”菜单中选取“所有程序>ANSYSProductlauncher”并点击；

⒉选中FileManagement，在WorkingDirectory栏输入工作目录“C:

\Users\dell\李懿鑫”，在“JobName”栏输入文件名“020*******”。

⒊单击“RUN”按钮，进入ANSYS的GUI操作界面。

⒋过滤图形界面：

MainMenu>Preferences,弹出PreferencesforGUIFiltering对话框，选中Structural来对后面的分析进行菜单及相应的图形界面过滤，如图1-1。

图1-1

⒌定义工作标题：

UtilityMenu>File>ChangeTitle，在弹出的对话框中输入020*******，单OK按钮，如图1-2。

图1-2

⒍定义单元类型

1）定义PLANE82单元：

MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete，弹出一个单元类型对话框，单击Add按钮。

弹出如图1-3所示对话框。

在该对话框左边滚动栏中选择“Solid”，在右边的滚动栏中选择Quad8node82单元。

然后单击OK。

图1-3

2）设定PLANE82单元选项:

MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete，弹出一个单元类型对话框，选中Type2PLANE82，单击Option按钮，弹出一个PLANE82elementTypeoptions对话框，如图1-4所示。

在ElementbehaviorK3栏后面的下拉菜单中选取Planestrain，其他栏后面的下拉菜单采用ANSYS默认设置就可以，单击OK按钮。

图1-4

①通过设置PLANE82单元选项K3为Plainstrain来设定本实例分析采取平面应变模型进行分析。

因为巷道是纵向很长的实体，故计算模型可以简化为平面应变问题。

②8借点PLANE82单元每个节点有UX和UY两个自由度，比4节点PLANE42单元具有更高的精确性，对不规则网格适应性更强。

7.定义材料属性

1）定义巷道围岩1材料属性：

Main>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModel，弹出DefineMaterialModelBehavior对话框，如图1-5所示。

图1-5

在图1-6中右边栏中连续单击Structural>Linear>Elastic>Isotropic后,又弹出如图1-7-2所示LinearIsotropicPropertiesforMaterialNumber1对话框，在该对话框中EX后面输入1.4e10,在PRXY后面的输入栏中输入0.27，单击OK按钮。

再在选中Density并单击，弹出如图1-7-2对话框，，在DENS后面的输入栏中输入巷道土体材料的密度2700，单击OK按钮。

图1-6线弹性材料模型对话框图1-6材料面密度输入对话框

图1-7中右边栏中连续单击Structural>Nonlinear>ineslastic>Non-metalPlasticity后。

在Cohesion栏输入2.72e5，在FricAngle栏输入35。

图1-7-a定义材料本构模型对话框

图1-7-b定义材料本构模型对话框

二、建立模型和划分网络

1）创建隧道各个代表关键点：

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS，弹出“CreatKeypointsinActiveCoordinateSystem”对话框，如图2-1所示。

在对话框中以此输入关键点的号码，X,Y,Z的坐标值，然后点击APPLY，再输入下一个关键点的号码和坐标，直到所有的关键点全部输入后点击OK，关键点坐标依次为（0,5）、（-5,0）、（-5,-10）、（5,-10）、（5,0）（-50,15）、（-50,-60）、（50,-60）、（50,15）。

图2-1在当前坐标系创建关键点对话框

2）创建隧道模型：

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>InActiveCoord，弹出如图2-2所示的对话框。

依次连接关键点，如图2-3所示。

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Arcs>ByEndKPs&Rad，弹出如图2-4所示的对话框。

在对话框栏中输入关键点“2，5”，单击“Apply”。

在对话框栏中输入关键点“1”，弹出“ArcByEndKPs&Rad”对话框。

在“RADRadiusofthearc”栏后面输入弧线半径“5”，单击“Apply”按钮，这样就创建了弧线1。

最后单击“OK”按钮，生成隧道模型，如图2-5所示。

图2-2定义直线两端点对话框图2-3画直线

图2-4定义弧线两端点对话框图2-5巷道模型

首先通过mainmenu>preprocessor>modeling>create>areas>arbitrary>bylines由线生成2个面，然后通过mainmenu>preprocessor>modeling>operate>Booleans>divide>areasbyareas将2个面通过布尔运算的图2-6和图2-7

图2-6、2-7隧道模型

4）划分网格：

MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool，在弹出的MeshTool中可以定义要划分面的类型。

划分网格时要设置网格划分份数：

在工具栏中SizeControl栏，用鼠标单击lines后面的Set弹出一个选择对话框用鼠标选择L1、L3,弹出一个ElementSizesonPickedLines对话框，在Noofelementdivision栏后面输入40，单击Apply按钮，再选择L2和L4、L5和L7、L6、L8，分别输入35、10、5、10，单击OK。

在网格划分工具栏中单击Mesh按钮，弹出一个拾取面积对话框，拾取大面积区域,单击OK按钮，生成隧道单元网格；然后将隧道结构模型重新生成，用相同的操作步骤再次划分网格，结果如图2-8所示。

如图2-8模型网格

三、施加约束和荷载

对大矩形底边施加Y方向约束：

MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>Online用鼠标选取底边，单击OK按钮。

弹出ApplyU,ROTonNodes对话框，在DOFtobeconstrained栏后面选取UY，单击OK按钮，如图3-1所示：

图3-1

同理，对大矩形左右两边施加X方向约束。

施加载荷：

mainmenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>online，拾取大矩形顶部中间的线段，弹出所图所示对话框，在PREVvalue中输入经计算好的荷载25000，如图3-2所示：

图3-2

单击OK按钮，荷载施加完成，如图3-3所示：

图3-3

MainMenu>Solution>Define>Loads>Apply>Structural>Inertia>Gravity>Global，在弹出的对话框，如图3-4所示。

在Y方向中输入9.8，完成重力的加载。

如图3-4隧道顶部荷载和重力

四、求解运算

1）求解设置

指定求解类型：

MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis，弹出一个如图4-1-a所示对话框，在Typeofanalysis栏后面选中Static，单击OK按钮。

MainMenu>Solution>AnalysisType>Sol’nControls,在basic中选择大变形分析类型，如图4-1-b所示，单击OK按钮

图4-1-a

如图4-1-b求解类型

2）求解

MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS，弹出一个求解选项信息和一个当前求解载荷对话框，检查无误后，单击OK，开始是求解运算，直到出现一个Solutionisdone的提示栏，表示求解结束。

如图4-2求解过程

计算时ANSYS会显示计算收敛的曲线，如图4-3所示，计算完成后会弹出Solutionisdone!

信息。

如果计算不收敛，ANSYS会给出错误信息，以便用户查找原因并改正。

图4-3求解结果

五、对计算结果进行分析

1）单元生死控制：

通过在ANSYS主菜单Solution->LoadStepOpts->Other->Birth&Death->KillElments，点击隧道单元即可实现杀死命令。

在下列操作步骤后都完成后，通过控制生死单元可以得到另一组类似的结构，并将显示在每个分析步骤中未杀死前结果的下面，在下面的操作分析步骤中就不再赘述。

2）绘制结构变形图：

MainMenu>GeneralPostprocessor>PlotResults>Deformedshape，弹出一个“PlotDeformedShape”的对话框，选中“Def+undefedge”并单击“OK”，就得到隧道结构变形图，如图5-1所示。

图5-1结构变形图

3）显示巷道位移云图：

MainMenu>GeneralPostproc>PlotResult>contourPlot>NodalSolu，弹出一个ContourNodalSolutionData对话框，用鼠标依次单击NodalSolution/DOFSolution/X-Compomentofdisplacement，再单击OK按钮，就得到X方向位移云图，重复操作，依次可获得Y方向和总位移云图，如下图所示。

图5-2X方向位移云图

图5-3Y方向位移云图

图5-4总位移云图

4）绘制结构应力图：

Menu>GeneralPostprocessor>PlotResults>-ContourPlot-NodelSolution，弹出一个ContourNodalSolutionData对话框，用鼠标依次单击NodalSolution/Stress/X-Compomentofstress，再单击OK按钮，就得到X方向位移云图，重复操作，依次可获得Y方向和XY面的应力云图，如下图所示。

我们从小学、中学到大学，学的知识总是限制在一定范围内，缺乏在商业统计、会计，理财税收等方面的知识；也无法把自己的创意准确而清晰地表达出来，缺少个性化的信息传递。

对目标市场和竞争对手情况缺乏了解，分析时采用的数据经不起推敲，没有说服力等。

这些都反映出我们大学生创业知识的缺乏；图5-5X方向应力云图

（4）牌子响

“碧芝”最吸引人的是那些小巧的珠子、亮片等，都是平日里不常见的。

据店长梁小姐介绍，店内的饰珠有威尼斯印第安的玻璃珠、秘鲁的陶珠、奥地利的施华洛世奇水晶、法国的仿金片、日本的梦幻珠等，五彩缤纷，流光异彩。

按照饰珠的质地可分为玻璃、骨质、角质、陶制、水晶、仿金、木制等种类，其造型更是千姿百态：

珠型、圆柱型、动物造型、多边形、图腾形象等，美不胜收。

全部都是进口的，从几毛钱一个到几十元一个的珠子，做一个成品饰物大约需要几十元，当然，还要决定于你的心意尽管售价不菲，却仍没挡住喜欢它的人。

图5-6Y方向应力云图

2、价格“适中化”

（3）心态问题

图5-7XY面应力云图

5）绘制结构塑性区：

Menu>GeneralPostprocessor>PlotResults>-ContourPlot-NodelSolution，弹出一个ContourNodalSolutionData对话框，用鼠标依次单击NodalSolution/Plasticstrain/Equivalentplasticstrain，再单击OK按钮，就得到结构塑性区，如图5-8所示。

在我们学校大约有4000多名学生，其中女生约占90%以上。

按每十人一件饰品计算，大概需要360多件。

这对于开设饰品市场是很有利的。

女生成为消费人群的主体。

但这些困难并非能够否定我们创业项目的可行性。

盖茨是由一个普通退学学生变成了世界首富，李嘉诚是由一个穷人变成了华人富豪第一人，他们的成功表述一个简单的道理：

如果你有能力，你可以从身无分文变成超级富豪；如果你无能，你也可以从超级富豪变成穷光蛋。

图5-8结构塑性区变形

6）绘制地面变形：

Menu>GeneralPostprocessor>PathOperations>DefinePath>ByNodes,创建地面路径，Menu>GeneralPostprocessor>PathOperations>MapeOntoPath和PlotPathItem>OnGraph,显示地面变形结果。

（四）DIY手工艺品的“个性化”

Ｂｅａｄｗｒｋｓ公司还组织各国的“芝自制饰品店”定期进行作品交流，体现东方女性聪慧的作品曾在其他国家大受欢迎；同样，自各国作品也曾无数次启发过中国姑娘们的灵感，这里更是创作的源泉。

图2-9

六、力学特性分析

（三）大学生购买消费DIY手工艺品的特点分析由应力分布云图可知，隧道顶板中点水平应力在周边附近一定范围内为拉应力，越往围岩内部，拉应力逐渐减弱，然后又转化为压应力；隧道顶底板中点铅垂应力为零，越往围岩内部，应力越大；两帮中点水平应力为零，越往围岩内部，应力越大；两帮中点铅垂应力为零，越往围岩内部，应力逐渐减小。

转角处产生较大的应力集中现象，不利于隧道的稳定。

可以看出隧道顶板变形较大，对于隧道的稳定来说同样也是很不利的因素。