最新ANSYS公路隧道二次衬砌受力分析.docx
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最新ANSYS公路隧道二次衬砌受力分析
ANSYS公路隧道二次衬砌受力分析
课程设计任务书
题目公路隧道二次衬砌受力分析
一、设计的目的
学会利用ANSYS的功能分析隧道二次衬砌等一些相对复杂的结构，使对ANSYS的操作更加娴熟，更好的投入实际应用。
二、设计的内容及要求
设计内容：
某高速公路隧道，采用矿山法施工，隧道V级围岩中。
其围岩埋深为21.173m，隧道内断面轮廓如下图，采用C30混凝土，厚度为50cm。
做出内力图，列出各单元内力值。
《二衬荷载按照计算荷载的30%计算，并保留三位小数》
操作步骤：
1.1指定工作文件名。
执行“开始→程序→ANSYS→ANSYSProductLauncher”菜单命令创建JobName为MechanicalanalysisonpermanentliningoftunnelinExpress-way
1.2定义分析标题
执行“UtilityMenu→File→ChangeTitle”菜单命令，在对话框中输入“MechanicalanalysisonpermanentliningoftunnelinExpress-way”
MainMenu→preferencers在弹出的菜单选择structural.
1.3定义单元类型
执行“MainMenu→Preprocess→ElementType→Add/Edit/Delete”然后执行：
add→beam→2Delastic3→OK；再Add→COMBIN→Spring-damper14→OK关闭窗口。
1.4定义单元实常数
执行MainMenu→Preprocessor→RealConstants→Add/Edit/Delete→add→ok→Type1BEAM3→OK→RealConstantSetNo.栏中输入1，在AREA栏输入0.5→在IZZ（惯性矩）栏输入0.5*0.5*0.5*/12→HEIGHT（高度）栏输入0.5→Apply;同理定义弹簧实常数k，100e6。
1.5定义材料属性
1、执行：
MainMenu→Preprocessor→Materialprops→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→在弹性模量EX栏输入30e9→在PRXY栏输入0.2→OK，再点击Density，DENS栏输入2500→执行“Meterial→NewModle”，单击OK，双击Isotropic，在EX栏填写1E9，在PRXY栏填写0.35，单击OK，双击Density，在DENS栏填写1800，单击OK，关闭对话框；
1.6定义截面属性
MainMenu→Preprocessor→sections→Beam→Commonsections→B中输入,1→在H中输入0.5→ok
1.7建立几何模型
⑴执行：
MainMenu→preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→inactiveCS→依次输入坐标点1（0,0）点击Apply,如此依次输入，2（-3.34，0），3（3.34,0），4（0,11.37），点击OK。
⑵执行命令circle,1,5.65
circle,2,2.52circle,3,2.52circle,4,14.25circle,1,6.65circle,2,3.52circle,3,3.52circle,4,15.25生成八个圆。
⑶执行Modeling→operate→booleans→overlay然后根据需要两根线搭接生成关键点。
⑷执行Modeling→delete→linesonly选择不需要的线点击Apply→OK.
⑸执行PlotCtrls→Symbols→LDIRLine将off打√变为on→OK.
⑹执行Modeling→move/modify→reverseNormols→oflines→on打√变为yes→OK.
1.8划分单元
GUI执行：
MainCMenu→preprocessor→Meshing→Meshtool→ElementAttributes选择lines→set→选择L1、L2、L6、L10、L9、L11、L12、L8的8段→Apply→OK;SizeControls→lines→set→选择L3、L4、L1、L2的4段→Apply在NDIV输入16→OK；同理分别选择L5、L6、L7、L8、L10、L14、L12、L16→输入2；L9、L11、L13、L15→输入10；点击OK，点击Mesh,点击PickAll.
1.9生成弹簧
执行：
PlotCtrls→Numbering→勾选Nodenumber为on
执行：
MainMenu→Preprocessor→Modeling→Creat→Eelement→ElemAttributes→选择所有都为第二项→OK。
执行：
MainMenu→Preprocessor→Modeling→Creat→Eelement→AutoNumbered→thruNodes→然后相应节点相连接，即生成弹簧单元。
执行Meshing→clear→选中外面的线→点击OK。
执行Modeling→delete→linesonly选择不需要的线点击Apply→OK.
2.0加约束，荷载
（1）执行：
Main→Menu→solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→onnodes→在弹簧末端施加UX、UY方向约束;
（2）执行
F,
17
fx,
-1396.85
fy,
-123119
F,
16
fx,
-2809.83
fy,
-121337
F,
15
fx,
-4253.78
fy,
-118387
F,
14
fx,
-5741.03
fy,
-114297
F,
13
fx,
-7280.22
fy,
-109106
F,
12
fx,
-8875.4
fy,
-102865
F,
11
fx,
-10525.2
fy,
-95632.5
F,
10
fx,
-12222.4
fy,
-87479.3
F,
9
fx,
-13953.5
fy,
-78483.6
F,
8
fx,
-15699
fy,
-68732
F,
7
fx,
-17433.5
fy,
-58318.6
F,
6
fx,
-19126.1
fy,
-47343.4
F,
5
fx,
-20741.8
fy,
-35912.4
F,
4
fx,
-22241.9
fy,
-24135.5
F,
3
fx,
-23585.9
fy,
-12126.1
F,
1
fx,
-27049.8
fy,
0
F,
72
fx,
-30500.5
fy,
0
F,
71
fx,
-25909.2
fy,
0
F,
109
fx,
-18697.7
fy,
0
F,
99
fx,
-12293.4
fy,
0
F,
108
fx,
-7808.54
fy,
0
F,
107
fx,
-7028.54
fy,
0
F,
106
fx,
-6218.13
fy,
0
F,
105
fx,
-5380.78
fy,
0
F,
104
fx,
-4520.12
fy,
0
F,
103
fx,
-3639.86
fy,
0
F,
102
fx,
-2743.81
fy,
0
F,
101
fx,
-1835.85
fy,
0
F,
100
fx,
-992.454
fy,
0
F,
2
fx,
0
fy,
-123714
F,
19
fx,
1396.846
fy,
-123119
F,
20
fx,
2809.825
fy,
-121337
F,
21
fx,
4253.781
fy,
-118387
F,
22
fx,
5741.026
fy,
-114297
F,
23
fx,
7280.218
fy,
-109106
F,
24
fx,
8875.395
fy,
-102865
F,
25
fx,
10525.21
fy,
-95632.5
F,
26
fx,
12222.4
fy,
-87479.3
F,
27
fx,
13953.54
fy,
-78483.6
F,
28
fx,
15699.04
fy,
-68732
F,
29
fx,
17433.46
fy,
-58318.6
F,
30
fx,
19126.09
fy,
-47343.4
F,
31
fx,
20741.76
fy,
-35912.4
F,
32
fx,
22241.93
fy,
-24135.5
F,
33
fx,
23585.93
fy,
-12126.1
F,
18
fx,
27049.78
fy,
0
F,
74
fx,
30500.54
fy,
0
F,
73
fx,
25909.15
fy,
0
F,
86
fx,
18697.68
fy,
0
F,
75
fx,
12293.39
fy,
0
F,
77
fx,
7808.54
fy,
0
F,
78
fx,
7028.54
fy,
0
F,
79
fx,
6218.125
fy,
0
F,
80
fx,
5380.782
fy,
0
F,
81
fx,
4520.12
fy,
0
F,
82
fx,
3639.859
fy,
0
F,
83
fx,
2743.807
fy,
0
F,
84
fx,
1835.849
fy,
0
F,
85
fx,
992.4544
fy,
0
（3）自重荷载Main→Menu→solution→DefineLoads→Apply→Structural→Inertia→Gravity→Global→ACELY栏中输入10→OK
2.1求解
GUI执行：
Main→Menu→solution→solve→currentLS→ok，得到一个计算结果。
2.2计算变形图。
执行：
selectentities选择Elements和Reselect，选择衬砌。
单击OK。
执行；Plotctrls→style→sizeandshape→Displayofelement→勾选为On
执行：
Main→Menu→Geaneralpostproc→Plotresult→Deformedshape→得出变形图。
执行：
File→ReportGenerator-Append,生成一个抓图工具，抓取变形图。
2.3定义轴力、剪力、弯矩
GUI执行：
Main→Menu→Geaneralpostproc→Elementtable→Dfinetable→add→Bysequencenum→定义轴力在lab栏中输入→IN→SMISC,1→Apply；在lab栏中输入→IN→SMISC,7→Apply；同理定义剪力IQ、JQ,分别对应SMISC,2、SMISC,8；同理定义弯矩IM、JM，分别对应SMISC,6、SMISC,12。
2.4分别绘制出轴力、剪力、弯矩图
（1）执行：
Main→Menu→Geaneralpostproc→PlotResults→contorplot→lineelemres→LabI选择1,LabJ选择7→OK得出了轴力图。
（2）执行：
Main→Menu→Geaneralpostproc→PlotResults→contorplot→lineelemres→LabI选择2,LabJ选择8→OK得出了剪力图。
（3）执行：
Main→Menu→Geaneralpostproc→PlotResults→contorplot→lineelemres→LabI选择6,LabJ选择12，Fact栏中输入-1→OK得出了弯矩图。
若受力图不对，则可能是因为上部弹簧受拉造成。
则执行命令nropt,full,,
allsel
outres,all,all
再执行：
solution→loadstepopts→other→Dirth&death→kirlelement选择上面相对称的弹簧→OK。
再执行上面操作查看内力图，直到满足要求为止。
得到图形如下：
受力图：
变形图：
轴力图：
剪力图：
弯矩图：
再执行列表显示单元的轴力、剪力、弯矩：
执行“MainMenu→GeneralPostproc→ListResults→ElemTableData”，在对话框中选择IN、JN、IQ、JQ、IM、JM，单击OK，即得各个单元轴力、剪力、弯矩，见后附表
PRINTELEMENTTABLEITEMSPERELEMENT
*****POST1ELEMENTTABLELISTING*****
STATPREVIOUSPREVIOUSPREVIOUSPREVIOUSPREVIOUSPREVIOUS
ELEMINJNIQJQIMJM
1-0.34069E+06-0.33376E+069648.69308.67533.62278.1
2-0.32359E+06-0.31673E+06-943.05-1960.02278.13082.9
3-0.29772E+06-0.29100E+06-5066.2-6750.33082.96358.8
4-0.26319E+06-0.25666E+06-4940.1-7275.06358.89745.3
5-0.22068E+06-0.21441E+06-2457.5-5420.89745.311929.
6-0.17137E+06-0.16542E+06962.90-2600.211929.12383.
7-0.11685E+06-0.11128E+064375.3246.6212383.11102.
8-59036.-53900.7229.62575.211102.8383.8
9-39.5894614.99269.34133.98383.84668.0
1057926.62055.10433.4866.04668.0426.65
110.11265E+060.11622E+0610774.4829.4426.65-3899.2
120.16203E+060.16499E+0610405.4139.6-3899.2-7931.4
130.20414E+060.20648E+069458.42932.7-7931.4-11367.
140.23735E+060.23903E+068068.71345.6-11367.-13977.
150.26035E+060.26137E+066362.5-493.28-13977.-15604.
160.27226E+060.27260E+064457.6-2464.9-15604.-16156.
170.27260E+060.27226E+062464.9-4457.6-16156.-15604.
180.26137E+060.26035E+06493.28-6362.5-15604.-13977.
190.23903E+060.23735E+06-1345.6-8068.7-13977.-11367.
200.20648E+060.20414E+06-2932.7-9458.4-11367.-7931.4
210.16499E+060.16203E+06-4139.6-10405.-7931.4-3899.2
220.11622E+060.11265E+06-4829.4-10774.-3899.2426.65
2362055.57926.-4866.0-10433.426.654668.0
244614.9-39.590-4133.9-9269.34668.08383.8
25-53900.-59036.-2575.2-7229.68383.811102.
26-0.11128E+06-0.11685E+06-246.62-4375.311102.12383.
27-0.16542E+06-0.17137E+062600.2-962.9012383.11929.
28-0.21441E+06-0.22068E+065420.82457.511929.9745.3
29-0.25666E+06-0.26319E+067275.04940.19745.36358.8
30-0.29100E+06-0.29772E+066750.35066.26358.83082.9
31-0.31673E+06-0.32359E+061960.0943.053082.92278.1
32-0.33376E+06-0.34069E+06-9308.6-9648.62278.17533.6
69-0.36463E+06-0.35656E+0662454.63876.67470.26030.
70-0.35117E+06-0.34298E+0627955.28432.26030.7533.6
71-0.34298E+06-0.35117E+06-28432.-27955.7533.626030.
72-0.35656E+06-0.36463E+06-63876.-62454.26030.67470.
73-0.38257E+06-0.38455E+0696649.0.10247E+0638327.-10609.
74-0.39728E+06-0.39905E+0647427.53309.-10609.-35367.
75-0.41015E+06-0.41172E+0613575.19515.-35367.-43499.
76-0.42121E+06-0.42258E+06-7160.6-1170.1-43499.-41452.
77-0.43057E+06-0.43173E+06-17811.-11777.-41452.-34180.
*****POST1ELEMENTTABLELISTING*****
STATPREVIOUSPREVIOUSPREVIOUSPREVIOUSPREVIOUSPREVIOUS
ELEMINJNIQJQIMJM
78-0.43833E+06-0.43928E+06-21374.-15304.-34180.-25166.
79-0.44455E+06-0.44529E+06-20381.-14281.-25166.-16647.
80-0.44926E+06-0.44979E+06-16724.-10602.-16647.-9931.0
81-0.45244E+06-0.45276E+06-11672.-5536.4-9931.0-5701.6
82-0.45416E+06-0.45427E+06-5997.9145.41-5701.6-4263.3
83-0.38438E+06-0.38943E+0631135.34916.67470.50804.
84-0.39682E+06-0.40102E+0622368.27079.50804.38327.
97-0.45427E+06-0.45416E+06-145.415997.9-4263.3-5701.6
98-0.45276E+06-0.45244E+065536.411672.-5701.6-9931.0
99-0.44979E+06-0.44926E+0610602.16724.-9931.0-16647.
100-0.44529E+06-0.44455E+0614281.20381.-16647.-25166.
101-0.43928E+06-0.43833E+0615304.21374.-25166.-34180.
102-0.43173E+06-0.43057E+0611777.17811.-34180.-41452.
103-0.42258E+06-0.42121E+061170.17160.6-41452.-43499.
104-0.41172E+06-0.41015E+06-19515.-13575.-43499.-35367.
105-0.39905E+06-0.39728E+06-53309.-47427.-35367.-10609.
106-0.38455E+06-0.38257E+06-0.10247E+06-96649.-10609.38327.
107-0.40102E+06-0.39682E+06-27079.-22368.38327.50804.
108-0.38943E+06-0.38438E+06-34916.-31135.508
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