ansys在铁路和地铁中的运用.docx
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ansys在铁路和地铁中的运用
/TITLE,Mechanicalanalysisoncutandcovertunnellining!
确定分析标题
/NOPR!
菜单过滤设置
/PMETH,OFF,0
KEYW,PR_SET,1
KEYW,PR_STRUC,1!
保留结构分析部分菜单
/COM,
/COM,PreferencesforGUIfilteringhavebeensettodisplay:
/COM,Structural
/PREP7!
进入前处理器
ET,1,BEAM3!
设置梁单元类型
ET,2,COMBIN14!
设置弹簧单元类型
R,1,0.5,0.0104167,0.5,,,,!
设置梁单元几何常数
R,2,50e6,,,!
设置弹簧单元几何常数
MPTEMP,,,,,,,,!
设置材料模型
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,30e9!
输入弹性模量
MPDATA,PRXY,1,,0.2!
输入泊松比
MPTEMP,,,,,,,,!
设置材料模型
MPTEMP,1,0
MPDATA,DENS,1,,2500!
输入密度
SAVE!
保存数据库
K,1,,,,!
创建关键点
K,2,4.7,,,
K,3,4.7,5,,
K,4,0,5,,
LSTR,1,2!
创建直线
LSTR,2,3
LSTR,3,4
LSTR,4,1
SAVE!
保存数据，生成的直线如图4-7所示。
LESIZE,ALL,0.5,,,,1,,,1,!
设置单元大小，本次划分成0.5m长
TYPE,1!
设置将要创建单元的类型
MAT,1!
设置将要创建单元的材料
REAL,1!
设置将要创建单元的几何常数
FLST,2,4,4,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,-4
LMESH,P51X!
将所有直线划分单元
/PNUM,KP,0!
以下为显示单元编号和颜色
/PNUM,ELEM,1
/REPLOT!
重新显示
SAVE
FLST,4,9,1,ORDE,2!
选择要复制的节点数量和起始点
FITEM,4,23
FITEM,4,-31
NGEN,2,100,P51X,,,,1,,1,!
复制生成新的节点，Y坐标增加1，节点号增加100
FLST,4,9,1,ORDE,2
FITEM,4,3
FITEM,4,-11
NGEN,2,100,P51X,,,,-1,,1,
FLST,4,9,1,ORDE,2
FITEM,4,13
FITEM,4,-21
NGEN,2,100,P51X,,,1,,,1,
FLST,4,9,1,ORDE,2
FITEM,4,32
FITEM,4,-40
NGEN,2,100,P51X,,,-1,,,1,
FLST,4,1,1,ORDE,1
FITEM,4,12
NGEN,2,140,P51X,,,0.71,0.71,,1,
FLST,4,1,1,ORDE,1
FITEM,4,2
NGEN,2,152,P51X,,,0.71,-0.71,,1,
FLST,4,1,1,ORDE,1
FITEM,4,22
NGEN,2,154,P51X,,,-0.71,0.71,,1,
FLST,4,1,1,ORDE,1
FITEM,4,1
NGEN,2,176,P51X,,,-0.71,-0.71,,1,
SAVE
TYPE,2!
设置将要创建单元的类型
MAT,1!
设置将要创建单元的材料
REAL,2!
设置将要创建单元的几何常数
FLST,2,2,1!
选择要创建单元的两个节点
FITEM,2,12
FITEM,2,152
E,P51X!
创建弹簧单元
FLST,2,2,1
FITEM,2,23
FITEM,2,123
E,P51X
……!
依次继续直到所有的弹簧单元创建完成
FLST,2,2,1
FITEM,2,2
FITEM,2,154
E,P51X
Finish!
返回MainMenu主菜单
/SOL!
进入求解器
FLST,2,40,1,ORDE,10!
选择要施加约束的节点
FITEM,2,103
FITEM,2,-111
FITEM,2,113
FITEM,2,-121
FITEM,2,123
FITEM,2,-140
FITEM,2,152
FITEM,2,154
FITEM,2,176
FITEM,2,-177
D,P51X,,,,,,UX,UY,,,,!
在“Ux”和“Uy”两个方向的施加约束
ACEL,0,10,0,!
在Y方向施加重力加速度
F,1,FY,41125!
在节点上施加Y方向集中力
F,2,FY,41125!
在底边上施加力
F,3,FY,82250
F,4,FY,82250
F,5,FY,82250
F,6,FY,82250
F,7,FY,82250
F,8,FY,82250
F,9,FY,82250
F,10,FY,82250
F,11,FY,82250
F,12,FY,-32700!
在顶边上施加力
F,22,FY,-32700
F,23,FY,-65400
F,24,FY,-65400
F,25,FY,-65400
F,26,FY,-65400
F,27,FY,-65400
F,28,FY,-65400
F,29,FY,-65400
F,30,FY,-65400
F,31,FY,-65400
F,2,FX,-32700!
在右边上施加力
F,13,FX,-62400!
在X方向施加力
F,14,FX,-59400
F,15,FX,-56400
F,16,FX,-53400
F,17,FX,-50400
F,18,FX,-47400
F,19,FX,-44400
F,20,FX,-41400
F,21,FX,-38400
F,12,FX,-17700
F,22,FX,17700!
在左边上施加力
F,32,FX,38400
F,33,FX,41400
F,34,FX,44400
F,35,FX,47400
F,36,FX,50400
F,37,FX,53400
F,38,FX,56400
F,39,FX,59400
F,40,FX,62400
F,41,FX,32700
NROPT,FULL,,!
采用全牛顿－拉普森法进行求解
Allsel!
选择所有内容
Outres,all,all!
输出所有内容
Solve!
求解计算
Finish!
求解结束返回MainMenu主菜单
SAVE
/POST1!
进入后处理器
PLDISP,1!
绘制变形和未变形图
ETABLE,,SMISC,6!
6、12表示弯矩
ETABLE,,SMISC,12
ETABLE,,SMISC,1!
1、7表示轴力
ETABLE,,SMISC,7
ETABLE,,SMISC,2!
2、8表示剪力
ETABLE,,SMISC,8
查看内力，
PLLS,SMIS6,SMIS12,-1,0!
绘制弯矩图
ESEL,U,TYPE,,2!
仅显示单元类型2
PLLS,SMIS1,SMIS7,1,0!
绘制轴力图
PLLS,SMIS2,SMIS8,1,0!
绘制剪力图
Finish!
结束后处理器操作
/sol!
进入求解器
FLST,2,36,2!
选择单元
FITEM,2,50
FITEM,2,49
FITEM,2,48
FITEM,2,47
FITEM,2,46
FITEM,2,45
FITEM,2,44
FITEM,2,43
FITEM,2,42
FITEM,2,80
FITEM,2,79
FITEM,2,78
FITEM,2,77
FITEM,2,76
FITEM,2,75
FITEM,2,74
FITEM,2,73
FITEM,2,72
FITEM,2,70
FITEM,2,69
FITEM,2,68
FITEM,2,67
FITEM,2,66
FITEM,2,65
FITEM,2,64
FITEM,2,63
FITEM,2,62
FITEM,2,60
FITEM,2,59
FITEM,2,58
FITEM,2,57
FITEM,2,56
FITEM,2,55
FITEM,2,54
FITEM,2,53
FITEM,2,52
EKILL,P51X!
杀死所选择的单元
SAVE
Allsel!
选择所有内容
Solve!
求解计算
Finish!
求解结束返回MainMenu主菜单
SAVE
1．查看最后计算结果
/POST1
ETABLE,REFL!
更新单元表数据
PRETAB,SMIS6,SMIS12,SMIS1,SMIS7,SMIS2,SMIS8!
打印单元表数据
PRNSOL,DOF,!
打印节点位移
4.2二次衬砌结构力学分析
/TITLE，Mechanicalanalysisonrailwaytunnel2ndlining!
确定分析标题
/NOPR!
菜单过滤设置
/PMETH，OFF，0
KEYW，PR_SET，1
KEYW，PR_STRUC，1!
保留结构分析部分菜单
/COM，
/COM，PreferencesforGUIfilteringhavebeensettodisplay:
/COM，Structural
!
/PREP7!
进入前处理器
ET，1，BEAM3!
设置梁单元类型
ET，2，COMBIN14!
设置弹簧单元类型
R，1，0.4，0.0053333，0.4，，，，!
设置梁单元几何常数
R，2，400e6，，，!
设置弹簧单元几何常数
MPTEMP，，，，，，，，!
设置材料模型
MPTEMP，1，0
MPDATA，EX，1，，30.0e9!
输入弹性模量
MPDATA，PRXY，1，，0.2!
输入泊松比
MPTEMP，，，，，，，，!
设置材料模型
MPTEMP，1，0
MPDATA，DENS，1，，2500!
输入密度
SAVE!
保存数据库
1．建立几何模型
K,1,,,,!
创建关键点（隧道二次衬砌）
K,2,4.71,-1.82,,
K,3,-4.71,-1.82,,
K,4,0,-3.75,,
K,5,0,5.05,,
K,20,5.6,-2.162,,!
创建关键点（地层弹簧）
K,30,-5.6,-2.16,,
K,40,0,-4.75,,
K,50,0,6,,
!
创建隧道衬砌线
LARC,2,5,1,5.05,!
创建圆弧线（拱顶部）
LARC,5,3,1,5.05,
LARC,2,3,4!
创建圆弧线（仰拱部）
!
创建地层弹簧线
LARC,20,50,1,6,!
创建圆弧线（拱顶部）
LARC,50,30,1,6,
LARC,20,30,40!
创建圆弧线（仰拱部）
SAVE!
保存数据
2．单元网格划分
设置单元大小并将所有直线划分单元，其单元图如图5-8所示。
LESIZE,ALL,,,10,,1,,,1,!
设置单元大小,每条弧线划分成10个单元
TYPE,1!
设置将要创建单元的类型
MAT,1!
设置将要创建单元的材料
REAL,1!
设置将要创建单元的几何常数
LMESH,1,6,1!
将所有直线划分单元
/PNUM,KP,0!
以下为显示单元编号和颜色
/PNUM,ELEM,1
/REPLOT!
重新显示
SAVE
TYPE,2!
设置将要创建单元的类型
MAT,1!
设置将要创建单元的材料
REAL,2!
设置将要创建单元的几何常数
E,1,31!
通过两个节点创建弹簧单元
E,2,32
E,3,33
E,4,34
E,5,35
E,6,36
E,7,37
E,8,38
E,9,39
E,10,40
E,11,41
E,12,42
E,13,43
E,14,44
E,15,45
E,16,46
E,17,47
E,18,48
E,19,49
E,20,50
E,21,51
E,22,52
E,23,53
E,24,54
E,25,55
E,26,56
E,27,57
E,28,58
E,29,59
E,30,60
Lclear,4,6,1!
清除用于创建地层弹簧单元的外层梁单元
LDELE,4,6,1,1!
删除外层直线
Finish!
返回MainMenu主菜单
4.2.2加载与求解
/SOL!
进入求解器
d,31,ux,0,0,60,1,uy,!
在“Ux”和“Uy”两个方向的施加约束
ACEL,0,10,0,!
在Y方向施加重力加速度
F,2,Fx,0!
在节点上施加X方向集中力
F,13,Fx,43554.43356
F,14,Fx,86574.64508
F,15,Fx,128464.6048
F,16,Fx,168285.8813
F,17,Fx,204799.5937
F,18,Fx,236448.4444
F,19,Fx,261396.9365
F,20,Fx,277795.0781
F,21,Fx,283894.0611
F,12,Fx,247397.3915
F,30,Fx,190308.0663
F,29,Fx,149683.6899
F,28,Fx,103226.8339
F,27,Fx,52665.0399
F,26,Fx,0
F,25,Fx,-52665.0399
F,24,Fx,-103226.8339
F,23,Fx,-149683.6899
F,22,Fx,-190308.0663
F,1,Fx,-247397.3915
F,3,Fx,-283894.0611
F,4,Fx,-277795.0781
F,5,Fx,-261396.9365
F,6,Fx,-236448.4444
F,7,Fx,-204799.5937
F,8,Fx,-168285.8813
F,9,Fx,-128464.6048
F,10,Fx,-86574.64508
F,11,Fx,-43554.43356
F,2,Fy,-449636.88!
在节点上施加Y方向集中力
F,13,Fy,-441210
F,14,Fy,-416229.66
F,15,Fy,-375629.1
F,16,Fy,-320951.4
F,17,Fy,-254238.6
F,18,Fy,-178008.6
F,19,Fy,-95102.7
F,20,Fy,0
F,21,Fy,82772.64
F,12,Fy,259324.92
F,30,Fy,413398.46
F,29,Fy,454320.04
F,28,Fy,484308
F,27,Fy,502604.08
F,26,Fy,508719.08
F,25,Fy,502604.08
F,24,Fy,484308
F,23,Fy,454320.04
F,22,Fy,413398.46
F,1,Fy,259324.92
F,3,Fy,82772.64
F,4,Fy,0
F,5,Fy,-95102.7
F,6,Fy,-178008.6
F,7,Fy,-254238.6
F,8,Fy,-320951.4
F,9,Fy,-375629.1
F,10,Fy,-416229.66
F,11,Fy,-441210
Save
NROPT,FULL,,!
采用全牛顿－拉普森法进行求解
Allsel!
选择所有内容
Outres,all,all!
输出所有内容
Solve!
求解计算
Finish!
求解结束返回MainMenu主菜单
SAVE
4.2.3后处理
1．初次查看内力和变形结果
/POST1!
进入后处理器
PLDISP,1!
绘制变形和未变形图
ETABLE,,SMISC,6!
6、12表示弯矩
ETABLE,,SMISC,12
ETABLE,,SMISC,1!
1、7表示轴力
ETABLE,,SMISC,7
ETABLE,,SMISC,2!
2、8表示剪力
ETABLE,,SMISC,8
查看内力,包括弯矩、轴力和剪力，如图5-12、图5-13和图5-14所示。
路径：
GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>LineElemRes。
PLLS,SMIS6,SMIS12,-1,0!
绘制弯矩图
ESEL,R,TYPE,,1!
仅显示单元类型1
PLLS,SMIS1,SMIS7,1,0!
绘制轴力图
PLLS,SMIS2,SMIS8,1,0!
绘制剪力图
2．去除受拉弹簧再计算
Finish!
结束后处理器操作
/sol!
进入求解器
Ekill,62!
杀死62号地层弹簧单元
Ekill,71
Ekill,70
Ekill,73
Ekill,74
Ekill,88
Ekill,86
Ekill,87
Ekill,85
Ekill,86
SAVE
Allsel!
选择所有内容
Solve!
求解计算
Finish!
求解结束返回MainMenu主菜单
SAVE
3．查看最后计算结果
/POST1
ETABLE,REFL!
更新单元表数据
PRETAB,SMIS6,SMIS12,SMIS1,SMIS7,SMIS2,SMIS8!
打印单元表数据
PRNSOL,DOF,!
打印节点位移
4.3台阶法施工过程仿真分析
1．材料、实常数和单元类型定义
/TITLE，Mechanicalanalysisonrailwaytunnel1ndlining!
确定分析标题
/NOPR!
菜单过滤设置
/PMETH，OFF，0
KEYW，PR_SET，1
KEYW，PR_STRUC，1!
保留结构分析部分菜单
/COM，PreferencesforGUIfilteringhavebeensettodisplay:
/COM，Structural
/PREP7!
进入前处理器
ET,1,PLANE42!
设置实体单元类型
KEYOPT,1,1,0
KEYOPT,1,2,0
KEYOPT,1,3,2!
设置为平面应变模式
KEYOPT,1,5,0
KEYOPT,1,6,0
ET，2，BEAM3!
设置梁单元类型
ET,3,LINK1!
设置杆单元类型
R,1,0.2,0.0008,0.2,,,,!
设置梁单元几何常数
R,2,0.0005,,!
设置杆单元几何常数
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,3.2e9!
输入弹性模量（围岩）
MPDATA,PRXY,1,,0.32!
输入泊松比（围岩）
MPDATA,DENS,1,,2200!
输入密度（围岩）
MPDATA,EX,2,,27.5e9!
输入弹性模量（喷射混凝土）
MPDATA,PRXY,2,,0.2!
输入泊松比（喷射混凝土）
MPDATA,DENS,2,,2500!
输入密度（喷射混凝土）
MPDATA,EX,3,,200e9!
输入弹性模量（锚杆）
MPDATA,PRXY,3,,0.3!
输入泊松比（锚杆）
MPDATA,DENS,3,,7800!
输入密度（锚杆）
SAVE!
保存数据库
2．建立几何模型
K,1,0,0,,!
创建隧道轮廓线关键点
K,2,5.45,0,,
K,3,0,5.45,,
K,4,-5.45,0,,
K,5,-5.0838,-1.964,,
K,6,0,-4.15,,
K,7,5.0838,-1.964,,
K,8,8.45,0,,!
创建锚杆加固区域关键点
K,9,0,8.45,,
K,10,-8.45,0,,
K,11,13,0,,
K,12,0,13,,
K,13,-13,0,,
K,14,-13,13,,
K,15,13,13,,
K,16,8.45,-8.45,,
K,17,-8.45,-8.45,,
K,18,-13,-13,,
K,19,13,-13,,
K,20,0,26,,!
创建计算区域关键点
K,21,13,26,,
K,22,-13,26,,
K,23,-13,-34,,
K,24,13,-34,,
K,25,0,-34,,
K,26,50,-34,,
K,27,-50,-34,,
K,28,-50,26,,
K,29,50,26,,
K,30,50,13,,
K,31,50,0,,
K,32,50,-13,,
K,33,-50,-13,,
K,34,-50,0,,
K,35,-50,13,,
K,36,0,-8.45
K,37,0,-13
K,38,2.8653,-3.5371
K,39,-2.8653,-3.5371
SAVE
LARC,2,3,1,5.45,!
*画隧道轮廓线
LARC,3,4,1,5.45,!
*
LARC,4,5,1,5.45,
LARC,5,6,39!
*
LARC,7,2,1,5.45,
LARC,8,9,1,8.4
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