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: 20_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=1.41010Pa,u=0.27,黏聚力c=2.72106Pa,内摩擦角=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 在“开始”菜单中选取“所有程序ANSYS Product launcher”并点击； 选中File Management,在Working Directory栏输入工作目录“C:Usersdell 李懿鑫”,在“Job Name”栏输入文件名“0204110112”。 单击“RUN”按钮,进入ANSYS的GUI操作界面。 过滤图形界面:Main MenuPreferences,弹出Preferences for GUI Filtering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 定义工作标题:Utility MenuFileChange Title,在弹出的对话框中输入0204110112,单OK按钮,如图1-2。 图1-2 定义单元类型1)定义PLANE82单元:Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/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Quad 8node82单元。然后单击OK。图1-32)设定PLANE82单元选项:Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete,弹出一个单元类型对话框,选中Type2 PLANE82,单击Option按钮,弹出一个PLANE82element Type options对话框,如图1-4所示。在Element behavior K3栏后面的下拉菜单中选取Plane strain,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通过设置PLANE82单元选项K3为Plain strain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。8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 Material Props Material Model,弹出Define Material Model Behavior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StructuralLinearElasticIsotropic后,又弹出如图1-7-2所示Linear Isotropic Properties for Material Number 1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StructuralNonlinearineslasticNon-metal Plasticity后。在Cohesion栏输入2.72e5,在Fric Angle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:Main Menu Preprocessor Modeling CreateKeypointsIn Active CS,弹出“Creat Keypoints in Active Coordinate System”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:Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesIn Active Coord,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。Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesArcsBy End KPs & 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“Arc By End KPs & Rad ”对话框。在“RAD Radius of the arc”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mainmenupreprocessormodelingcreateareasarbitraryby lines 由线生成2个面,然后通过mainmenu preprocessormodelingoperateBooleansdivideareas by areas 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:Main MenuPreprocessorMeshingMesh Tool,在弹出的Mesh Tool 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Size Control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Element Sizes on Picked Lines对话框,在No of element division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:Main MenuSolution Define Loads ApplyStructuralDisplacementOn line用鼠标选取底边,单击OK按钮。弹出ApplyU,ROT on Nodes对话框,在DOF to be constrained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:mainmenuSolutionDefine LoadsApply 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按钮,荷载施加完成,如图3-3所示:图3-3MainMenu Solution Define Loads Apply Structural InertiaGravityGlobal,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:Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis,弹出一个如图4-1-a所示对话框,在Type of analysis栏后面选中Static,单击OK按钮。Main MenuSolutionAnalysis TypeSoln Controls,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Main MenuSolutionSolveCurrent LS,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Solution is done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Solution is done!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-Load Step Opts-Other-Birth & Death-Kill Elments,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:Main Menu General Postprocessor Plot Results Deformed shape,弹出一个“Plot Deformed Shape”的对话框,选中“Def+ undef edge”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:Main Menu General PostprocPlot Resultcontour PlotNodal Solu,弹出一个Contour Nodal Solution Data 对话框,用鼠标依次单击Nodal Solution/DOF Solution/X-Compoment of displacement,再单击OK按钮,就得到X方向位移云图,重复操作,依次可