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