ANSYS隧道结构受力实例分析（清楚明了）

1、矿业软件与与应用Anssys考试试试题学 院： 资源与与安全工工程学院院 指导老师： xxxx 姓 名： xxxx 学 号： xxxxxxxxxxx 时 间： 20014年6月21日 AANSYYS隧道结结构受力力实例分分析某隧道工程程为三心心拱隧道道，隧道道位于地地表以下下10米处，洞洞直径10米，其其具体尺尺寸见下下图。根根据工程程地质勘勘探报告告，岩土土各参数数为：密密度为2700kkg/mm3，E=11.410110Pa，u=00.277，黏聚聚力c=2.721066Pa，内摩摩擦角=355。地面面上主要要为交通通荷载，根根据估计计每米有有2.5吨的荷荷载直接接作用于于地基上上。 计算

2、要求如如下：交通载荷已已经存在在。计算结果报报告中包包括约束束条件、荷荷载；位位移、Y方向应应力等值值线图，塑塑性区等等结果。进进行力学学特性分分析。提供建模、计计算过程程地GUI命令。操作过程一、创建物物理环境境 在“开开始”菜单中中选取“所有程程序ANNSYSS Prroduuct lauunchher”并点击击； 选中FFilee Maanaggemeent，在Worrkinng DDireectoory栏输入入工作目目录“C:Useersdelll 李懿鑫鑫”，在“Jobb Naame”栏输入入文件名名“0200411101112”。 单击“RUN”按钮，进进入ANSSYS的GUI操作

3、界界面。 过滤图图形界面面：Maiin MMenuuPrrefeerenncess,弹出Preeferrencces forr GUUI FFiltteriing对话框框，选中中Strructturaal来对对后面的的分析进进行菜单单及相应应的图形形界面过过滤，如如图1-1。 图1-11 定义工工作标题题：Utiilitty MMenuuFiileChaangee Tiitlee，在弹弹出的对对话框中中输入00204411001122，单OK按钮，如如图1-2。 图1-2 定义单单元类型型1）定义PPLANNE822单元：Maiin MMenuuPrreprroceessoorEElemmen

4、tt TyypeAddd/Eddit/Delletee，弹出出一个单单元类型型对话框框，单击击Add按钮。弹弹出如图图1-33所示对对话框。在在该对话话框左边边滚动栏栏中选择择“Sollid”，在右右边的滚滚动栏中中选择Quaad 88nodde822单元。然然后单击击OK。图1-32）设定PPLANNE822单元选选项:Maain Mennu Prreprroceessoor Ellemeent Typpe Addd/EEditt/Deelette，弹出出一个单单元类型型对话框框，选中中Typpe2 PLAANE882，单击Opttionn按钮，弹弹出一个个PLAANE882ellemeen

5、t Typpe ooptiionss对话框框，如图图1-4所示。在在Eleemennt bbehaavioor KK3栏后面面的下拉拉菜单中中选取Plaane strrainn，其他他栏后面面的下拉拉菜单采采用ANSSYS默认设设置就可可以，单单击OK按钮。图1-4通过设置置PLAANE882单元选选项K3为Plaain strrainn来设定定本实例例分析采采取平面面应变模模型进行行分析。因因为巷道道是纵向向很长的的实体，故故计算模模型可以以简化为为平面应应变问题题。8借点PPLANNE822单元每每个节点点有UX和UY两个自自由度，比4节点PLANE42单元具有更高的精确性，对不规则网格适

6、应性更强。7.定义材材料属性性1）定义巷巷道围岩岩1材料属属性：Maiin Prreprroceessoor Maaterriall Prropss MMateeriaal MModeel，弹出Deffinee Maaterriall Moodell Beehavviorr对话框框，如图图1-5所示。 图1-5 在图1-66中右边边栏中连连续单击击StrructturaalLLineearElaastiicIIsottroppic后,又弹出出如图1-77-2所示Linnearr Issotrropiic PPropperttiess foor MMateeriaal NNumbber 1对话框

7、框，在该该对话框框中EX后面输输入1.4e110,在PRXXY后面的的输入栏栏中输入入0.227，单击OK按钮。再再在选中中Dennsitty并单单击，弹弹出如图图1-77-2对话框框，在在DENNS后面的的输入栏栏中输入入巷道土土体材料料的密度度2700，单击OK按钮。 图1-6 线弹性性材料模模型对话话框 图图1-6材料面面密度输输入对话话框图1-7中中右边栏栏中连续续单击StrructturaalNNonllineearineeslaastiicNNon-mettal Plaastiicitty后。在Cohhesiion栏输入2.772e55，在Friic AAnglle栏输入35。 图

8、图1-77-a定义义材料本本构模型型对话框框图1-7-b定义义材料本本构模型型对话框框二、建立模模型和划划分网络络 11）创建建隧道各各个代表表关键点点：Maiin MMenuu PPrepproccesssor Moodellingg CCreaateKeyypoiintssInn Acctivve CCS，弹出“Creeat Keyypoiintss inn Acctivve CCoorrdinnatee Syysteem”对话框框，如图图2-11所示。在在对话框框中以此此输入关关键点的的号码，X,YY,Z的坐标标值，然然后点击击APPPLY，再输输入下一一个关键键点的号号码和坐坐标，直直

9、到所有有的关键键点全部部输入后后点击OK，关键键点坐标标依次为为（0,5）、（-5,0）、（-5,-100）、（5,-10）、（5,0）（-500,155）、（-500,-660）、（50,-600）、（50,15）。 图2-1 在当前前坐标系系创建关关键点对对话框2）创建隧隧道模型型：Maiin MMenuuPrreprroceessoorMModeelinngCCreaateLinnesIn Acttivee Cooordd，弹出出如图22-2所所示的对对话框。依依次连接接关键点点，如图图2-33所示。Main MennuPPrepproccesssorModdeliingCreeatee

10、LiinessArrcsBy Endd KPPs & Raad，弹出出如图22-4所所示的对对话框。在在对话框框栏中输输入关键键点“2，5”，单击“Appply”。在对对话框栏栏中输入入关键点点“1”，弹出“Arcc Byy Ennd KKPs & RRad ”对话框框。在“RADD Raadiuus oof tthe arcc”栏后面面输入弧弧线半径径“5”，单击“Appply”按钮，这这样就创创建了弧弧线1。最后后单击“OK”按钮，生生成隧道道模型，如如图2-5所示示。 图2-2定定义直线线两端点点对话框框 图2-33 画直线线 图2-4 定义弧弧线两端端点对话话框 图2-55 巷道模模型

11、首先通过mmainnmennupprepproccesssormoddeliingcreeateearreassarrbittrarrybby llinees 由线生生成2个面，然后通通过maiinmeenu prreprroceessoormmodeelinngooperrateeBoooleeanssdiividdeaareaas bby aareaas 将2个面通通过布尔尔运算的的图2-6和图2-77 图2-6、2-77隧道模模型划分网格：Maiin MMenuuPrreprroceessoorMMeshhinggMeesh Toool，在弹弹出的Messh TTooll 中可以以定义要

12、要划分面面的类型型。划分分网格时时要设置置网格划划分份数数：在工工具栏中中Sizze CConttroll栏，用用鼠标单单击linnes后面的Set弹出一一个选择择对话框框用鼠标标选择L1、L3,弹出一一个Eleemennt SSizees oon PPickked Linnes对话框框，在No of eleemennt ddiviisioon栏后面面输入40，单击Appply按钮，再再选择L2和L4、L5和L7、L6、L8，分别别输入35、10、5、10，单击OK。在网网格划分分工具栏栏中单击击Messh按钮，弹弹出一个个拾取面面积对话话框，拾拾取大面积区域域,单击OK按钮，生生成隧道道单元

13、网网格；然然后将隧隧道结构构模型重重新生成成，用相相同的操操作步骤骤再次划划分网格格，结果果如图22-8所所示。 如图2-8 模型网网格 三、施加约约束和荷荷载对大矩形底底边施加加Y方向约约束：Maiin MMenuuSooluttionn DDefiine Loaads AppplyySttruccturralDissplaacemmenttOnn liine用鼠标标选取底底边，单单击OK按钮。弹弹出AppplyUU,ROOT oon NNodees对话框框，在DOFF too bee coonsttraiinedd栏后面面选取UY，单击OK按钮，如如图3-1所示： 图3-1同理，对大大矩形

14、左左右两边边施加X方向约约束。施加载荷：maiinmeenuSollutiionDeffinee LooadssAppplyy SStruuctuurall PPresssurre onllinee，拾取取大矩形形顶部中中间的线线段，弹弹出所图图所示对对话框，在PREV value中输入经计算好的荷载25000，如图3-2所示：图3-2单击OK按按钮，荷荷载施加加完成，如如图3-3所示：图3-3MainMMenuu SSoluutioon Deffinee LLoadds Appply Sttruccturral InnerttiaGraavittyGGlobbal，在弹弹出的对对话框，如如图

15、3-4所示。在在Y方向中中输入9.8，完成成重力的的加载。如图3-44 隧道顶顶部荷载载和重力力四、求解运运算1）求解设设置指定求解类类型：Maiin MMenuuSooluttionnAnnalyysiss TyypeNeww Annalyysiss，弹出出一个如如图4-1-a所示示对话框框，在Typpe oof aanallysiis栏后面面选中Staaticc，单击OK按钮。Main MennuSSoluutioonAAnallysiis TTypeeSooln CConttrolls,在bassic中选择择大变形形分析类类型，如如图4-1-b所示示，单击击OK按钮图4-11-a如图4-

16、11-b 求解类类型2）求解Main MennuSSoluutioonSSolvveCCurrrentt LSS，弹出出一个求求解选项项信息和和一个当当前求解解载荷对对话框，检检查无误误后，单单击OK，开始始是求解解运算，直直到出现现一个Sollutiion is donne的提示示栏，表表示求解解结束。如图4-22求解过过程计算时ANNSYSS会显示示计算收收敛的曲曲线，如如图4-3所示示，计算算完成后后会弹出出Sollutiion is donne!信息。如如果计算算不收敛敛，ANSSYS会给出出错误信信息，以以便用户户查找原原因并改改正。图4-3求求解结果果五、对计算算结果进进行分析析1

17、）单元生生死控制制：通过过在ANSSYS主菜单Sollutiion-Looad Steep OOptss-OOtheer-Birrth & DDeatth-Killl EElmeentss，点击击隧道单单元即可可实现杀杀死命令令。在下下列操作作步骤后后都完成成后，通通过控制制生死单单元可以以得到另另一组类类似的结结构，并并将显示示在每个个分析步步骤中未未杀死前前结果的的下面，在在下面的的操作分分析步骤骤中就不不再赘述述。2）绘制结结构变形形图：Maiin MMenuu GGeneerall Poostpproccesssor Pllot Ressultts Defformmed shaape，

18、弹出出一个“Ploot DDefoormeed SShappe”的对话话框，选选中“Deff+ uundeef eedgee”并单击“OK”，就得得到隧道道结构变变形图，如如图5-1所示示。 图5-11 结构变变形图3）显示巷巷道位移移云图：Maiin MMenuu GGeneerall PoostpproccPllot Ressulttcoontoour PlootNNodaal SSoluu，弹出出一个Conntouur NNodaal SSoluutioon DDataa 对话框框，用鼠鼠标依次次单击Noddal Sollutiion/DOFF Sooluttionn/X-Commpom

19、mentt off diispllaceemennt，再单单击OK按钮，就就得到X方向位位移云图图，重复复操作，依依次可获获得Y方向和和总位移移云图，如如下图所所示。 图5-2 X方向位位移云图图图5-3 Y方向位位移云图图图5-4 总位移移云图4）绘制结结构应力力图：MennuGGeneerall PoostpproccesssorPloot RResuultss-CConttourr Pllot- Noodell Sooluttionn，弹出一一个Conntouur NNodaal SSoluutioon DDataa 对话框框，用鼠鼠标依次次单击Noddal Sollutiion/Strresss/X-Commpommentt off sttresss，再单单击OK按钮，就就得到X方向位位移云图图，重复复操作，依依次可获获得Y方向和XY面的应应力云图图，如下下图所示示。图5-5 X方向应应力云图图图5-6 Y方向应应力云图图图5-7 XYY面应力力云图5）绘制结结构塑性性区：MMenuuGeenerral PosstprroceessoorPPlott Reesullts-Coontoour Ploot- Noddel