ansys在地铁隧道中的运用实例Word文档下载推荐.docx
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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,
FITEM,4,13
FITEM,4,-21
NGEN,2,100,P51X,,,1,,,1,
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,
FITEM,4,2
NGEN,2,152,P51X,,,0.71,-0.71,,1,
FITEM,4,22
NGEN,2,154,P51X,,,-0.71,0.71,,1,
FITEM,4,1
NGEN,2,176,P51X,,,-0.71,-0.71,,1,
TYPE,2!
MAT,1!
REAL,2!
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
FITEM,2,2
FITEM,2,154
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,-140
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
/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!
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
Allsel!
Solve!
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普通暗挖法施工三维数值模拟分析
4.2.1有限元模型建立
1.启动程序
/TITLE,Mechanicalanalysisonsectionalmetrotunnelbasedonminemethod!
/NOPR!
/PMETH,OFF,0
KEYW,PR_SET,1
KEYW,PR_STRUC,1!
2.单元参数和几何参数定义
(1)定义相关几何参数。
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。
(3)定义单元类型、实常数、材料属性。
/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!
3.建立几何模型
(1)创建隧道支护结构上的关键点。
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!
(2)创建隧道支护结构线和被挖去部分土体面。
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。
(3)创建围岩面。
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
保存数据库,所有的面如图8-10所示。
(4)对面进行布尔操作。
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
保存数据库,经过布尔运算后的面如图8-11所示。
(5)进一步划分面5,即支护结构上的关键点1,2,6,7与面5的四个角点连成线,然后再用这些4条线将面5分割为4个面,以便可以用映射进行面的网格划分。
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!
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。
4.建立网格模型
(1)设置隧道支护结构所划分的单元数及其周围四个面的网格划分。
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
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
保存数据库,划分好的面单元网格如图8-13所示。
(2)对其他面进行网格划分。
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!
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
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
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
保存数据库,所有面单位网格模型如图8-14所示。
(3)将线模型拉伸成壳单元网格模型。
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!
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
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。
(4)创建围岩实体单元。
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!
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
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
finish!
返回到上一节主菜单
/solu!
antype,static!
设置分析类型为静态分析
保存数据库,拉伸完毕后的模型如图8-17所示。
4.2.2加载与求解
1.加载与自重应力场求解
(1)施加边界条件以及重力加速度。
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!
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
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
acel,,10!
施加重力加速度
保存数据库,带边界条件的有限元模型如图8-19所示。
(2)设定分析选项。
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
(3)初始地应力的计算。
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!
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!
solve!
进行自重地应力场模拟计算
Save!
2.开挖过程的模拟分析
基本思路:
将开挖部分土体设置为“死属性”,同时激活支护结构壳单元。
采用循环语句来实现,假设每天开挖进尺5m,共50m需要10天完成施工。
其命令流如下:
*do,ii,1,10,1!
循环开始
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
esln,r,1
ealive,all
nsle,s
dd
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