ANSYS隧道结构受力实例分析.docx
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ANSYS隧道结构受力实例分析.docx
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ANSYS隧道结构受力实例分析
矿业软件与应用——Ansys考试试题
学院:
资源与安全工程学院
指导老师:
xxx
姓名:
xxx
学号:
xxxxxxxx
时间:
2014年6月21日
ANSYS隧道结构受力实例分析
某隧道工程为三心拱隧道,隧道位于地表以下10米处,洞直径10米,其具体尺寸见下图。
根据工程地质勘探报告,岩土各参数为:
密度为2700kg/m3,E=1.4×1010Pa,u=0.27,黏聚力c=2.72×106Pa,内摩擦角Φ=35°。
地面上主要为交通荷载,根据估计每米有2.5吨的荷载直接作用于地基上。
计算要求如下:
(1)交通载荷已经存在。
(2)计算结果报告中包括约束条件、荷载;位移、Y方向应力等值线图,塑性区等结果。
进行力学特性分析。
(3)提供建模、计算过程地GUI命令。
操作过程
一、创建物理环境
⒈在“开始”菜单中选取“所有程序>ANSYSProductlauncher”并点击;
⒉选中FileManagement,在WorkingDirectory栏输入工作目录“C:
\Users\dell\李懿鑫”,在“JobName”栏输入文件名“0204110112”。
⒊单击“RUN”按钮,进入ANSYS的GUI操作界面。
⒋过滤图形界面:
MainMenu>Preferences,弹出PreferencesforGUIFiltering对话框,选中Structural来对后面的分析进行菜单及相应的图形界面过滤,如图1-1。
图1-1
⒌定义工作标题:
UtilityMenu>File>ChangeTitle,在弹出的对话框中输入020*******,单OK按钮,如图1-2。
图1-2
⒍定义单元类型
1)定义PLANE82单元:
MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,弹出一个单元类型对话框,单击Add按钮。
弹出如图1-3所示对话框。
在该对话框左边滚动栏中选择“Solid”,在右边的滚动栏中选择Quad8node82单元。
然后单击OK。
图1-3
2)设定PLANE82单元选项:
MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,弹出一个单元类型对话框,选中Type2PLANE82,单击Option按钮,弹出一个PLANE82elementTypeoptions对话框,如图1-4所示。
在ElementbehaviorK3栏后面的下拉菜单中选取Planestrain,其他栏后面的下拉菜单采用ANSYS默认设置就可以,单击OK按钮。
图1-4
①通过设置PLANE82单元选项K3为Plainstrain来设定本实例分析采取平面应变模型进行分析。
因为巷道是纵向很长的实体,故计算模型可以简化为平面应变问题。
②8借点PLANE82单元每个节点有UX和UY两个自由度,比4节点PLANE42单元具有更高的精确性,对不规则网格适应性更强。
7.定义材料属性
1)定义巷道围岩1材料属性:
Main>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModel,弹出DefineMaterialModelBehavior对话框,如图1-5所示。
图1-5
在图1-6中右边栏中连续单击Structural>Linear>Elastic>Isotropic后,又弹出如图1-7-2所示LinearIsotropicPropertiesforMaterialNumber1对话框,在该对话框中EX后面输入1.4e10,在PRXY后面的输入栏中输入0.27,单击OK按钮。
再在选中Density并单击,弹出如图1-7-2对话框,,在DENS后面的输入栏中输入巷道土体材料的密度2700,单击OK按钮。
图1-6线弹性材料模型对话框图1-6材料面密度输入对话框
图1-7中右边栏中连续单击Structural>Nonlinear>ineslastic>Non-metalPlasticity后。
在Cohesion栏输入2.72e5,在FricAngle栏输入35。
图1-7-a定义材料本构模型对话框
图1-7-b定义材料本构模型对话框
二、建立模型和划分网络
1)创建隧道各个代表关键点:
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS,弹出“CreatKeypointsinActiveCoordinateSystem”对话框,如图2-1所示。
在对话框中以此输入关键点的号码,X,Y,Z的坐标值,然后点击APPLY,再输入下一个关键点的号码和坐标,直到所有的关键点全部输入后点击OK,关键点坐标依次为(0,5)、(-5,0)、(-5,-10)、(5,-10)、(5,0)(-50,15)、(-50,-60)、(50,-60)、(50,15)。
图2-1在当前坐标系创建关键点对话框
2)创建隧道模型:
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>InActiveCoord,弹出如图2-2所示的对话框。
依次连接关键点,如图2-3所示。
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Arcs>ByEndKPs&Rad,弹出如图2-4所示的对话框。
在对话框栏中输入关键点“2,5”,单击“Apply”。
在对话框栏中输入关键点“1”,弹出“ArcByEndKPs&Rad”对话框。
在“RADRadiusofthearc”栏后面输入弧线半径“5”,单击“Apply”按钮,这样就创建了弧线1。
最后单击“OK”按钮,生成隧道模型,如图2-5所示。
图2-2定义直线两端点对话框图2-3画直线
图2-4定义弧线两端点对话框图2-5巷道模型
首先通过mainmenu>preprocessor>modeling>create>areas>arbitrary>bylines由线生成2个面,然后通过mainmenu>preprocessor>modeling>operate>Booleans>divide>areasbyareas将2个面通过布尔运算的图2-6和图2-7
图2-6、2-7隧道模型
4)划分网格:
MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,在弹出的MeshTool中可以定义要划分面的类型。
划分网格时要设置网格划分份数:
在工具栏中SizeControl栏,用鼠标单击lines后面的Set弹出一个选择对话框用鼠标选择L1、L3,弹出一个ElementSizesonPickedLines对话框,在Noofelementdivision栏后面输入40,单击Apply按钮,再选择L2和L4、L5和L7、L6、L8,分别输入35、10、5、10,单击OK。
在网格划分工具栏中单击Mesh按钮,弹出一个拾取面积对话框,拾取大面积区域,单击OK按钮,生成隧道单元网格;然后将隧道结构模型重新生成,用相同的操作步骤再次划分网格,结果如图2-8所示。
如图2-8模型网格
三、施加约束和荷载
对大矩形底边施加Y方向约束:
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>Online用鼠标选取底边,单击OK按钮。
弹出ApplyU,ROTonNodes对话框,在DOFtobeconstrained栏后面选取UY,单击OK按钮,如图3-1所示:
图3-1
同理,对大矩形左右两边施加X方向约束。
施加载荷:
mainmenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>online,拾取大矩形顶部中间的线段,弹出所图所示对话框,在PREVvalue中输入经计算好的荷载25000,如图3-2所示:
图3-2
单击OK按钮,荷载施加完成,如图3-3所示:
图3-3
MainMenu>Solution>Define>Loads>Apply>Structural>Inertia>Gravity>Global,在弹出的对话框,如图3-4所示。
在Y方向中输入9.8,完成重力的加载。
如图3-4隧道顶部荷载和重力
四、求解运算
1)求解设置
指定求解类型:
MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis,弹出一个如图4-1-a所示对话框,在Typeofanalysis栏后面选中Static,单击OK按钮。
MainMenu>Solution>AnalysisType>Sol’nControls,在basic中选择大变形分析类型,如图4-1-b所示,单击OK按钮图4-1-a
如图4-1-b求解类型
2)求解
MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS,弹出一个求解选项信息和一个当前求解载荷对话框,检查无误后,单击OK,开始是求解运算,直到出现一个Solutionisdone的提示栏,表示求解结束。
如图4-2求解过程
计算时ANSYS会显示计算收敛的曲线,如图4-3所示,计算完成后会弹出Solutionisdone!
信息。
如果计算不收敛,ANSYS会给出错误信息,以便用户查找原因并改正。
图4-3求解结果
五、对计算结果进行分析
1)单元生死控制:
通过在ANSYS主菜单Solution->LoadStepOpts->Other->Birth&Death->KillElments,点击隧道单元即可实现杀死命令。
在下列操作步骤后都完成后,通过控制生死单元可以得到另一组类似的结构,并将显示在每个分析步骤中未杀死前结果的下面,在下面的操作分析步骤中就不再赘述。
2)绘制结构变形图:
MainMenu>GeneralPostprocessor>PlotResults>Deformedshape,弹出一个“PlotDeformedShape”的对话框,选中“Def+undefedge”并单击“OK”,就得到隧道结构变形图,如图5-1所示。
图5-1结构变形图
3)显示巷道位移云图:
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResult>contourPlot>NodalSolu,弹出一个ContourNodalSolutionData对话框,用鼠标依次单击NodalSolution/DOFSolution/X-Compomentofdisplacement,再单击OK按钮,就得到X方向位移云图,重复操作,依次可获得Y方向和总位移云图,如下图所示。
图5-2X方向位移云图
图5-3Y方向位移云图
图5-4总位移云图
4)绘制结构应力图:
Menu>GeneralPostprocessor>PlotResults>-ContourPlot-NodelSolution,弹出一个ContourNodalSolutionData对话框,用鼠标依次单击NodalSolution/Stress/X-
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- ANSYS 隧道 结构 实例 分析