Ansys实例.docx

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Ansys实例

/TITLE，Mechanicalanalysisonsectionalmetrotunnelbasedonminemethod!

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

fini

/cle

*set,x1,-12!

以下为面2的几何参数，该面为矩形，最左下角顶点

!

坐标为x1和y1，矩形的宽度为w1、高为h1。

*set,y1,-12!

所有长度单位为m

*set,w1,28.9

*set,h1,30.15

*set,x2,-25!

面3的几何参数

*set,y2,-12

*set,w2,13

*set,h2,30.15

*set,x3,16.9!

面4的几何参数

*set,y3,-12

*set,w3,13

*set,h3,30.15

*set,x4,-25!

面5的几何参数

*set,y4,-30

*set,w4,54.9

*set,h4,18

*set,th,0.4!

支护结构的厚度

*set,length_z,50!

隧道纵向的长度，这里为了简化计算，只是说明应用情况，

!

取纵向长度为50m，每天开挖5米，10天施工完成。

/prep7

et,1,mesh200,2!

3-D线单元2节点

et,2,mesh200,6!

3-D面单元4节点

et,3,SHELL63!

用于模拟支护结构的壳单元

et,4,SOLID45!

用于模拟围岩的三维实体单元

r,1,th!

壳单元的厚度，单位

mp,ex,1,3.0e10!

支护结构材料属性，弹性模型，单位Pa

mp,prxy,1,0.2

mp,dens,1,2700

mp,ex,2,2.5e8!

围岩材料属性

mp,prxy,2,0.32!

泊松比，无单位

mp,dens,2,2200

mp,ex,3,2.5e8!

开挖部分土体的材料属性与围岩材料一样

mp,prxy,3,0.32

mp,dens,3,2200!

材料密度，单位kg/m3

save!

保存数据库

k,,0,0!

关键点的序号暗默认值从小到大递增，坐标为0和0

k,,0,3.85

k,,0.88,5.5

k,,2.45,6.15

k,,4.02,5.5

k,,4.9,3.85

k,,4.9,0!

创建的关键点如图8-7所示。

Save!

保存数据库

larc,1,2,6,8.13!

由两个端点（K1和K2），曲率中心上的任意一点（K6）以及

!

半径8.13m生成一条弧线

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

a,1,2,3,4,5,6,7!

由7条圆弧线生成被挖去部分土体面，如图8-8和图8-9所示。

Save!

保存数据库

Blc4,x1,y1,w1,h1!

创建面2

Blc4,x2,y2,w2,h2!

创建面3

Blc4,x3,y3,w3,h3!

创建面4

Blc4,x4,y4,w4,h4!

创建面5

/pnum,area,1!

显示面编号

Aplot!

显示面

Save!

保存数据库，所有的面如图8-10所示。

aovl,1,2,3,4,5!

对5个面进行重叠操作

nummrg,all,,,,low!

合并重复各元素并保留低编号号码

numcmp,all!

压缩各元素编号号码

Save!

保存数据库，经过布尔运算后的面如图8-11所示。

l,1,8!

通过两个关键点创建从四个角点上连接出四条直线

l,7,9

l,6,10

l,2,11

lsel,s,line,,21,22,1!

选择线21到22

lsel,a,line,,7!

再选择线7

asbl,5,all!

进行布尔操作，用所选择的7,21,22三条线分割面5

lsel,s,line,,21,24,3

lsel,a,line,,1

asbl,7,all!

用7,21,24三条线分割面

lsel,s,line,,22,23,1

lsel,a,line,,6

asbl,8,all!

用6,22,23三条线分割面

nummrg,all,,,,low!

合并重复各元素并保留低编号号码

numcmp,all!

压缩各元素编号号码

Save!

保存数据库，经过线分割面布尔运算后的面5如图8-12所示。

lsel,s,line,,2,5,1!

选择线2～5

LCCAT,all!

将线2~5暂时叠加为一条线

lesize,all,,,3!

将4条线的单元数均设置为3

lsel,s,line,,9,11,2!

选择线9和12

lsel,a,line,,6!

再选线6

lsel,a,line,,1!

再选线1

lesize,all,,,8!

设置单元数为8

lsel,s,line,,8,10,2!

选择线8和10

lsel,a,line,,7!

再选线7

lesize,all,,,12!

设置单元数为12

lsel,s,line,,21,24,1!

选择线21～24

lesize,all,,,10,2!

设置单元数为10，比率为2，从里面到外侧单元长度越来越长

type,2!

选择单元类型2

asel,s,area,,5,8,1!

选择面5～8

amesh,all!

对面5~8进行网格划分

Save!

保存数据库，划分好的面单元网格如图8-13所示。

asel,s,area,,1!

选择面1

amesh,1!

对面1进行网格划分

lsel,s,line,,12,13,1!

选择线12和13

lesize,all,,,8!

设置单元数为8

lsel,s,line,,15,18,1!

选择线15～18

lesize,all,,,6,2!

设置单元数为6，比率为2

asel,s,area,,2,3,1!

选择面2和3

amesh,all!

对面2和3进行网格划分

lsel,s,line,,14!

选择线14

lesize,all,,,24!

设置单元数为24

lsel,s,line,,19,20,1!

选择线19和20

lesize,all,,,6,2!

设置单元数为6，比率为2

lsel,s,line,,15,17,2!

选择线15和17

lsel,a,line,,8!

再选择线8

LCCAT,all!

对线进行叠加操作

asel,s,area,,4!

选择面4

amesh,all!

对面4进行网格划分

LSEL,s,LCCA!

选择叠加的线

LDELE,all!

删除前面暂时整合在一起的线

nummrg,all,,,,low!

合并重复各元素并保留低编号号码

numcmp,all!

压缩各元素编号号码

Save!

保存数据库，所有面单位网格模型如图8-14所示。

Allsel!

选择所有的元素

k,1000,,,-length_z!

定义一个辅助关键点

l,1,1000!

定义一条辅助线

/view,1,1,1,1!

设置为三维模型显示

/replot!

刷新显示区

EXTOPT,ESIZE,10,0,!

在拉伸线上设置成10个单元

LSEL,S,LINE,,1,7,1!

选择线1～线7

ADRAG,all,,,,,,25!

沿着线25拉伸线1～线7

Gplot!

更新显示内容

type,3!

选择单元类型3，表示壳单元

real,1!

选择壳单元实常数

mat,1!

选择壳单元实材料常数

ASEL,S,loc,z,-25!

选择z=-25的面

APLOT!

显示面

lsel,s,loc,z,-25!

选择z=-25的线

lesize,all,,,10!

设置单元数为10

MSHAPE,0,2D!

设置单元为2D

MSHKEY,1!

采用四边形单元

amesh,all!

对选择的面划分单元

Save!

保存数据库，几何模型如图8-15所示，面单位网格模型如图8-16所示。

ASEL,invert!

对面元素进行反向选择操作，得到当前有效面为Z=0的面

Aplot!

显示面

EXTOPT,ESIZE,10,0,!

由面拉伸成体的相关属性设置，拉伸方向设置成10个单元

EXTOPT,ACLEAR,1!

清除面单元（被拉伸的面单元）

TYPE,4!

设置单元类型4，围岩实体单元

MAT,2!

设置单元材料常数为2

asel,r,area,,2,8,1!

选择面2～面8

VDRAG,all,,,,,,25!

沿着线25拉伸面2～面8，为周围围岩实体单元网格

Allsel!

选择所有元素

MAT,3!

设置单元材料常数为3

VDRAG,1,,,,,,25!

沿着线25拉伸面1，为被挖掉围岩部分实体单元网格

EPLOT!

显示单元网格

nummrg,all,,,,low!

合并重复各元素并保留低编号号码

numcmp,all!

压缩各元素编号号码

finish!

返回到上一节主菜单

/solu!

进入求解器

antype,static!

设置分析类型为静态分析

Save!

保存数据库，拉伸完毕后的模型如图8-17所示。

asel,s,loc,x,x2!

选择左侧面

asel,a,loc,x,x2+w4!

选择右侧面

da,all,ux,0!

对左右面上所有节点施加x方向位移约束

allsel!

选择所有元素

asel,s,loc,y,y4!

选择底面

da,all,uy,0!

对底面上所有节点施加y方向位移约束

allsel!

选择所有元素

asel,s,loc,z,-length_z!

选择后面

asel,a,loc,z,0!

选择前面

da,all,uz,0!

对前后面上所有节点施加z方向位移约束

allsel!

选择所有元素

acel,,10!

施加重力加速度

Save!

保存数据库，带边界条件的有限元模型如图8-19所示。

deltim,0.1,0.05,0.2!

时间步设置，总长0.1，最小0.05，最大0.2

autots,on!

使用自动时间步

pred,on!

打开时间步长预测器

lnsrch,on!

打开线性搜索

nlgeom,on!

打开大位移效果

nropt,full!

设定牛顿-拉普森选项

cnvtol,f,,0.02,2,0.5!

设定力收敛条件

Save!

保存数据库

esel,s,type,,3!

选择单元类型3（壳单元）

ekill,all!

杀死单元类型3，即在隧道未修建前的自重应力场中不存在壳单元

esel,all!

选择所有元素

esel,s,live!

选择活单元，即所有围岩实体单元

nsle,s!

选择生单元上的节点

nsel,invert!

反向选择，即选择了死单元上的节点

d,all,all!

将死单元上的节点约束所有位移，使其不参与矩阵运算

nsel,all!

选择所有节点

esel,all!

选择所有单元

Save!

保存数据库

solve!

进行自重地应力场模拟计算

Save!

保存数据库

!

以下进行土体的开挖操作，先选择每次开挖的围岩单元，然后将其赋予“死属性”

esel,s,mat,,3

nsle,s

nsel,r,loc,z,0.1-（ii-1）*5,-（5.1+（ii-1）*5）

esln,r,1

ekill,all

!

以下进行支护结构的施加操作，先选择支护结构壳单元，然后将其赋予“生属性”

esel,s,type,,3

nsle,s

nsel,r,loc,z,0.1-（ii-1）*5,-（5.1+（ii-1）*5）

esln,r,1

ealive,all

nsle,s

ddele,all,all

!

选择生单元，即包括支护结构壳单元和未开挖部分围岩实体单元

esel,all

esel,s,live

nsle,s

!

反向选择，并将死单元上的节点约束所有自由度

nsel,invert

d,all,all,

nsel,all!

选择所有节点

esel,all!

选择所有单元

solve!

求解

*enddo!

循环结束

Finish!

返回到上一节主菜单

Save!

保存数据库

/post1!

进入后处理器

/DEVICE,VECTOR,1

ESEL,S,type,,3!

选择单元类型3（支护结构壳单元）

SET,1,LAST,1,!

设置自重应力场计算步

PLNSOL,U,Y,0,1!

绘制Y方向的位移

SET,2,LAST,1,!

设置第1次开挖进尺计算步

PLNSOL,U,Y,0,1!

绘制Y方向的位移

SET,6,LAST,1,!

设置第5次开挖进尺计算步

PLNSOL,U,Y,0,1!

绘制Y方向的位移

SET,11,LAST,1,!

设置第10次开挖进尺计算步

PLNSOL,U,Y,0,1!

绘制Y方向的位移

Save!

保存数据库

/DEVICE,VECTOR,0

SET,1,LAST,1,!

设置自重应力场计算步

PLNSOL,S,EQV,0,1!

绘制等效应力

SET,2,LAST,1,!

设置第1次开挖进尺计算步

PLNSOL,S,EQV,0,1!

绘制等效应力

SET,6,LAST,1,!

设置第5次开挖进尺计算步

PLNSOL,S,EQV,0,1!

绘制等效应力

SET,11,LAST,1,!

设置第10次开挖进尺计算步

PLNSOL,S,EQV,0,1!

绘制等效应力

Save!

保存数据库

/TITLE，Mechanicalanalysisonsectionalmetrotunnelbasedoncutandcover!

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,PLANE42!

设置实体单元类型，用于模拟围岩

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，用于模拟临时支撑，连续墙和隧道衬砌结构

R,1,0.2,6.67e-4,0.2,,,,!

设置梁单元几何常数（连续墙）

R,2,0.108,1.2e-5,0.003,,,,!

设置梁单元几何常数（临时支撑）

R,3,0.5,1.0417e-2,0.5,,,,!

设置梁单元几何常数（隧道衬砌结构）

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,1,,0.008e9!

输入弹性模量（围岩）

MPDATA,PRXY,1,,0.38!

输入泊松比（围岩）

MPDATA,DENS,1,,1800!

输入密度（围岩）

TB,DP,1,,,!

采用DP准则进行弹塑性分析

TBMODIF,1,1,0.04e6!

输入凝聚力（围岩）

TBMODIF,1,2,15.8!

输入摩擦角（围岩）

TBMODIF,1,3,

MPDATA,EX,2,,25.5e9!

输入弹性模量（地下连续墙）

MPDATA,PRXY,2,,0.2!

输入泊松比（地下连续墙）

MPDATA,DENS,2,,2500!

输入密度（地下连续墙）

MPDATA,EX,3,,200e9!

输入弹性模量（临时支撑）

MPDATA,PRXY,3,,0.3!

输入泊松比（临时支撑）

MPDATA,DENS,3,,7800!

输入密度（临时支撑）

MPDATA,EX,4,,200e9!

输入弹性模量（隧道衬砌结构）

MPDATA,PRXY,4,,0.3!

输入泊松比（隧道衬砌结构）

MPDATA,DENS,4,,7800!

输入密度（隧道衬砌结构）

SAVE!

保存数据库

K,,0,0,0,!

创建关键点，共25个

K,,-2.6,0,0,

K,,2.6,0,0,

K,,2.6,3,0,

K,,-2.6,3,0,

K,,-2.6,5.5,0,

K,,2.6,5.5,0,!

以上6个点为隧道周围关键点

K,,2.6,8,0,

K,,-2.6,8,0,

K,,-2.6,10.5,0,

K,,2.6,10.5,0,

K,,2.6,-9.5,0,

K,,-2.6,-9.5,0,!

以上6个点为地下连续墙上的关键点

K,,-20,-9.5,0,

K,,20,-9.5,0,

K,,20,0,0,

K,,-20,0,0,

K,,-20,3,0,

K,,20,3,0,

K,,20,5.5,0,

K,,-20,5.5,0,

K,,-20,8,0,

K,,20,8,0,

K,,20,10.5,0,

K,,-20,10.5,0,!

以上12个点为左右边界上的关键点

SAVE!

保存数据库

LSTR,2,3!

通过两关键点画直线，共38条线

LSTR,3,4

LSTR,4,7

LSTR,7,6

LSTR,6,5

LSTR,5,2!

以上6条线为隧道上的线

LSTR,5,4!

为隧道中的横撑线

LSTR,7,8

LSTR,8,11

LSTR,10,9

LSTR,9,6

LSTR,2,13

LSTR,12,3!

以上6条线为地下连续墙上的线

LSTR,9,8

LSTR,10,11

LSTR,14,13

LSTR,13,12

LSTR,12,15

LSTR,15,16

LSTR,16,19

LSTR,19,20

LSTR,20,23

LSTR,23,24

LSTR,24,11

LSTR,10,25

LSTR,25,22

LSTR,22,21

LSTR,21,18!

以上15条线隧道计算边界上的

LSTR,18,17

LSTR,17,14

LSTR,17,2

LSTR,18,5

LSTR,21,6

LSTR,22,9

LSTR,8,23

LSTR,7,20

LSTR,4,19

LSTR,3,16!

以上10条线为区域分割线

/PNUM,KP,0!

不显示关键点编号

/PNUM,LINE,1!

显示线编号

/PNUM,AREA,0!

不显示面编号

/PNUM,VOLU,0!

不显示体编号

/PNUM,NODE,0!

不显示节点编号

/PNUM,ELEM,0!

不显示单元编号

/REPLOT!

重新绘制

LPLOT!

绘制线图，带编号，如图8-30所示。

SAVE!

保存数据库

Al,1,2,7,6,!

采用线创建面，依次创建15个面

Al,3,4,5,7,!

以上2个面为隧道所在的面

Al,4,8,14,11,

Al,9,15,10,14,!

以上2个面为明挖土体所在的面

Al,17,13,1,12,!

为隧道下方面

Al,10,25,26,34,

Al,11,34,27,33,

Al,5,33,28,32,

Al,6,32,29,31,

Al,12,31,30,16,!

以上5个面为左侧边界面

Al,9,35,23,24,

Al,8,36,22,35,

Al,3,37,21,36,

Al,2,38,20,37,

Al,13,18,19,38,!

以上5个面为右侧边界面

/PNUM,KP,0

/PNUM,LINE,0

/PNUM,AREA,1

APLOT!

绘制带编号的面,生成的面如图8-31所示。

SAVE!

保存数据,

lesize,2,3,1,4,,,,,1!

设置单元大小,即线L2和L3被划分成4个单元

lesize,5,6,1,4,,,,,1!

设置单元大小,即线L5和L6被划分成4个单元

lesize,20,21,1,4,,,,,1!

设置单元大小,即线L20和L21被划分成4个单元

lesize,28,29,1,4,,,,,1!

设置单元大小,即线L28和L29被划分成4个单元

lesize,8,11,1,3,,,,,1!

设置单元大小,即线L8～L11被划分成3个单元

lesize,22,23,1,3,,,,,1!

设置单元大小,即线L22和L23被划分成3个单元

lesize,26,27,1,3,,,,,1!

设置单元大小,即线L26和L27被划分成3个单元

lesize,1,7,3,6,,,,,1!

设置单元大小,即线L1、L4、L7被划分成6个单元

lesize,12,15,1,6,,,,,1!

设置单元大小,即线L12～L15被划分成6个单元

lesize,17,19,2,6,,,,,1!

设置单元大小,即线L17和L19被划分成6个单元

lesize,30,,,6,,,,,1!

设置单元大小,即线L30被划分成6个单元

lesize,18,25,7,12,,,,,2!

设置单元大小,即线L18和L25被划分成12个单元

lesize,35,38,1,12,,,,,2!

设置单元大小,即线L35～L38被划分成12个单元

lesize,16,24,8,12,,,,,0.5!

设置单元大小,即线L16和L24被划分成12个单元

lesize,31,34,1,12,,,,,0.5!

设置单元大小,即线L31～L34被划分成12个单元

/PNUM,LINE,1!

显示线编号

LPLOT!

绘制线图，带编号和单元数。

SAVE!

保存数据

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

amesh,1,15,1!

划分面1～1