有限元 边坡分析

学院：建工学院班级：土木1001班姓名：XXX学号：10040000本组组员：xxxxxxxxxXXXXANSYS期末作业（1）理解，和掌握有限元方法的概念。（2）学会运用有限元软件解决一些实际问题。（3）了解边坡工程的问题特点。（4）掌握边坡工程问题分析的方法，分析过程。（5）培养我们根据实际问题特点建立相应有限元模型的能力。学习目的ANSYS框架结构的分析步骤创建物理环境建立模型和划分网格施加约束和荷载求解后处理补充说明问题描述图1边坡模型图1.过滤图形界面：MainMenu>Preferences,选中“Structural”,单击OK。2.定义标题：UtilityMenu>File>ChangeTitle,输入“bpp”,单击OK。3.定义单元类型：ET,1,PLANE82KEYOPT,1,3,2MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,选中“Type2PLANE82”,在“ElementBehaviorK3”选取“Planestrain”单击OK。4.定义材料属性：(1)围岩1属性：MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModalsEX=3.0E10PRXY=0.25DENS=2500Cohesion=9.0E5FricAngle=42（2）围岩2属性：MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModals1.创建物理环境

EX=3.2E10PRXY=0.24DENS=2700（3）复制围岩1材料属性：依次复制3,4,5,6,7,8,9,10,11,12，分别对它们进行修改。具体数值如下表：FCohesionFricAngle19.00E+0542.001.27.50E+0535.001.46.43E+0530.001.65.63E+0526.251.85.00E+0523.3324.50E+0521.002.24.09E+0519.092.43.75E+0517.502.63.46E+0516.152.83.21E+0515.0033.00E+0514.001.边坡线模型（1）输入关键点：MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS

k,1,0,0,0k,2,-800,0,0k,3,-800,-800,0k,4,-800,-1200,0k,5,1200,-1200,0k,6,1200,-800,0k,7,1200,0,0k,8,1200,380,0k,9,450,380,0

2.建立模型和划分网格

（2）创建坡线模型：MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>Straightline依次点取“1,2”“2,3”“3,4”“4,5”“5,6”“6,7”“7,1”“7,8”“8,9”“9,1”“6,3”。图2边坡线模型2.边坡面模型（1）MainMenu>PlotCtrls>Numbering,选中“AreaNumbers”—on（2）创建坡面模型：MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>byline

图3边坡线模型3.划分边坡围岩2单元网格（1）给边坡围岩2赋予材料属性：MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool(材料2)（2）设置网格划分份数：

MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool>SizeControlL3,L5---5L4,L11---26（3）划分单元网格：MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool>Mesh4.划分边坡围岩1单元网格（1）设置网格份数：MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrols>ManualSize>Layers>PickedLinesL1,L2,L6---10L8,L10---16L7,L9---12（1）给边坡围岩1赋予材料属性：MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool(材料1)（3）划分单元网格：MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool>Mesh

图4划分单元网格后边坡模型1.给边坡模型施加约束（1）给边坡模型两边施加约束：

MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnNodes,弹出ApplyU,ROTonNode拾取框，拾取边坡模型两边所有节点，单击“OK”（2）给边坡模型底部施加约束：

MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnNodes,弹出ApplyU,ROTonNode拾取框，拾取边坡模型底部所有节点，单击“OK”2.施加重力加速度MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Inertia>Gravity>Global施加约束和重力加速度后的有限元边坡模型如下图：3.施加约束和荷载图5施加约束和荷载后边坡模型1.求解设置（1）指定求解类型：

MainMenu>Solution>AnalsisType>NewAnalsis(Static)（2)设置载荷步：

MainMenu>Solution>AnalsisType>NewAnalsis(Basic)（3）设置线性搜索：

MainMenu>Solution>AnalsisType>Sol’nControl（4)设置牛顿—拉谱森:MainMenu>Solution>AnalsisType>AnalsisOptions（5）大位移求解：

MainMenu>Solution>AnalsisType>Sol’nControl>Bas（6）设置收敛条件：

MainMenu>Solution>LoadStepOpts>Nonlinear>ConvergenceCrit进行参数设置。2.边坡在强度折减系数F=1时求解（1）求解：

MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS>单击“OK”（2）结果保存：UtilityMenu>File>Saveas>F1.db同理求F=1.2，F=1.4，F=1.6，F=1.8，F=2，F=2.2，F=2.4，F=2.6，F=2.8，F=3。结果如下图：4.模型求解图6F=1收敛迭代过程图图7F=1.2收敛迭代过程图图8F=1.4收敛迭代过程图图9F=1.6收敛迭代过程图图10F=1.8收敛迭代过程图图11F=2.0收敛迭代过程图图12F=2.2收敛迭代过程图图13F=2.4收敛迭代过程图图14F=2.6不收敛迭代过程图图15F=2.8不

收敛迭代过程图图16F=3.0不

收敛迭代过程图小结：从以上图形可以看出当F=2.6时，求解不收敛，F=2.8，F=3.0也是求解不收敛。

边坡稳定性有限元分析一般采用强度折减方法来求得边坡安全系数。

求解不收敛是判断边坡不稳定的一个准则。我们主要通过观察后处理中边坡塑性应变，塑性区，位移和收敛来判断边坡稳定性与否。1.强度折减系数F=1时结果分析（1）读入F=1结果数据：UtilityMenu>File>resumefrom…(F1.db)（2）绘制边坡变形图:

MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>DeformedShape(Def+undeformed)（3）绘制边坡X方向位移云图:

MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Contour>NodalSolu(X-Compomentofdisplacement)（4）绘制边坡塑性应变云图:

MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Contour>NodalSolu(VonMisesPlastic)同理求F=1.2，F=1.4，F=1.6，F=1.8，F=2，F=2.2，F=2.4，F=2.6，F=2.8，F=3。结果如下图：5.后处理图17F=1.0边坡变形图图18F=1.0边坡X方向位移云图图19F=1.0边坡模型塑性应变云图图20F=1.2边坡变形图图21F=1.2边坡X方向位移云图图22F=1.2边坡模型塑性应变云图图23F=1.4边坡变形图图24F=1.4边坡X方向位移云图图25F=1.4边坡模型塑性应变云图图26F=1.6边坡变形图图27F=1.6边坡X方向位移云图图28F=1.6边坡模型塑性应变云图图29F=1.8边坡变形图图30F=1.8边坡X方向位移云图图31F=1.8边坡模型塑性应变云图图32F=2.0边坡变形图图33F=2.0边坡X方向位移云图图34F=2.0边坡模型塑性应变云图