立隧道ANSYS有限元分析模型.docx

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1、立隧道ANSYS模型运用ANSYS软件建立隧道围岩模型和求解步骤比较复杂，篇幅很长，图片也很多，大约45页左右，这是本次毕业设计的主体部分，也是本次毕业设计的难点。先选择安装本次毕业设计的有限元软件，根据老师的要求及软件功能的考虑,选择ANSYS Mechanical APDL 10.0软件进行毕业设计。ANSYS Mechanical APDL 10.0版本，大小相较其他版本很小（安装后仅仅1.5G左右），占电脑内存小，而且单元类型较多（比后续的新版多一些简单的模型），对初学者很方便和友善，完全满足本次毕业设计的要求。接下来就详细记述本次设计的围岩受力模型的具体步骤（共计15步）。1、新建初

2、始的物理环境：点主菜单的ANSYS Main Menu，再点“Preferences,弹出Preferences fbrGUI Filtering”为题的窗口，之后点“Structural”，跟着点击“OK”键，如图3.2所示。这样操作就完成了新建初始的物理环境（图形界面的过滤）。图3.2图形界面过滤2、命名工作标题：再次回到主菜单寻找ANSYS主界面最上方的“Utility Menu”，先点“File”，再点“Change Title”，在弹出的对话框中写上此次毕业设计的围岩结构标题名“structure A.db”,点“OK”，如图 3.3 所示。图3.3命名工作标题3、定义单元类型:在主

3、菜单点“Main Menu,点Preprocessor，点 “Element Type”,点“Add/Edit/Delete”，在界面上会弹出一个窗口，点“Add”,如图3.4所示；接下来再次弹出一个窗口。选“Beam”（梁），再选“2D elastic 3，如图3.5所示；点“Apply”。在左面选“combination”，在右侧选“Spring-damper 14，如图3.6所示；最后再点“0K”，再次点如图3.7所示的窗口的“Close”。具体操作的步骤由图3.4到3.7所图3.4 Element Type元素类型图 3.5 Beam 2D elastic 3 梁 2D 弹性 3 维图

4、 3.6 combination Spring-damper 14 组合 弹簧阻尼 14图3.7单元类型建立完毕4、定义材料属性：点主菜单的“Main Menu”，接着点“Preprocessor”，再点“Material Props，最终点“Material Models”，界面上显示“Define Material Model Behavior”窗 口,就算是进入了材料属性的设置界面，如图3.8所示。A Define Material Model Behavior=）回 汉图3.8 Define Material Model Behavior定义材料的模型属性接下来在图 3.8 的右栏连点

5、“Structural”； “Linear”； “Elastic”； “Isotropic”后，弹出名称为“Linear Isotropic Properties for Material Number 1”的窗口，在窗口中“EX”右面的栏中填“2.55E10”，之后在“PRXY”的右而的栏填“0.2”，上述过程如图3.9所示，点“OK”。接下来选中“Density”并双击，弹出Density for MaterialNumber 1”窗口，在“DENS”后面的栏中填隧道衬砌碎材料密度“2400”，上述过程如图3.10所示，在最后点“OK”按钮。最终结果如图3.11所示。整个步骤如3.8至3.

6、11所示。图3.9材料1的线性各向同性的性质图 3.1() Density for Material Number I I 号材料的密度图3.11材料属性定义完毕5、定义材料实常数:点主菜单“Main Menu,再点Preprocessor,之后点Real constants,最后点“Add/Edit/Delete”，弹出名为“Real constants”的窗口。上述过程如图3.12所示。A Real ConstantsDefined Real Constant SetsNONE成丽函Add. Edit. 3seletrCloseHelp图3.12 Real constants实常数的定义接

7、下来要点“Add”按钮，选“Type 1 BEAM 3”选项，点“OK”，弹出名为“Realconstant for BEAM 3”的窗口，窗口中输入隧道的衬砌支护结构BEAM 3梁单元的截面积 AREA=015”；惯性矩 IZZ=0.00028125“；高度 HEIGHT-。15”。过程如图3.13所示。图3.13 Real constant for BEAM 3 3维梁实常数的定义输入完毕后点“OK”，接着在刚才弹出的窗口中点“Add”，弹出了选择单元类型的窗口，选择“Type 2 combinl4，点“OK”，出现名为“Real constant Set Number1 for COMB

8、IN14”的窗口，最后在“SPRING CONSTANT K”后面输“30000000”，点“OK”，点下方的“Close”结束,出现2个设置项（Set 1和Set 2）,该过程如图3.14和3.15所示。图 3.14 Real constant Set Number 1 for COMBIN 14 组合 14 的实常数集 I图3.15材料的实常数定义完成6、给隧道模型建立衬砌支护的关键点(共计8个)：按照老师所给的曼当1号隧道的施工设计资料图，可以大致在CAD描绘出一个隧道“三心圆”的模型即可基本展现表现出隧道的轮廓，通过这样的尺寸来进行建模，以及可以紧接着进行它的压力布置和它的受力分析。那

9、么我们将要输入8个关键点(key points)来把隧道的断面给表示出来。用鼠标点执行左方的主菜单栏的“Preprocessor”，再点“Modeling”，再点打开的子菜单栏里的“Create”,再点Keypoints”,再In Active CS”,执行到这一步后会弹出一个名为Creae Keypoints in Active cooedinate System”的创建关键点对话框，如图3.16所示。A Create Keypoints in Active Coordinate SystemK Create Keypoints in Active Coordinate SystemNPT

10、Keypoint numberX,Y,Z Location in active CS图 3.16 Creae Keypoints in Active cooed inate System 主动协同系统中的关键点运用CAD2016版中的功能确定关键点，将描绘好的的围岩外形，通过坐标进行输出输出了 8个关键点，并将它们的坐标保留5位小数，单位为米。在对话框中的“NPT keypoint number”右面的输入栏中输“1”，在X, Y, ZLocation in active CS”右面的输入栏中输第1个关键点的坐标“(24.70953,17.55739, 0)”，之后点对话框中下方第2个“App

11、ly”按钮，成功创建了关键点1,退到了图3.16的界而，继续下一个关键点的创建，直到8个关键点都设置好了为止。依次在该对话框中的“NPT keypoint number”后面的输入栏中输另7个关键点。要输入的关键点坐标如下所示，请注意务必保证输入的时候要仔细，不能出现错误，否则只能重新再来(ANSYS没有撤销的指令)“1”对应的坐标为“(24.70953, 17.55739, ()”； “2”对应的坐标为“(24.33000,20.00000, 0) “； “3”对应的坐标为“ (30.00000, 25.67000, 0) “； 4”对应的坐标为“(35.67000, 20.00000, 0

12、)”； “5”对应的坐标为“(35.29047, 17.55739, 0)”；“6”对应的坐标为“(30.00000, 20.00000, 0)“7”对应的坐标为“(32.38000,20.00000, 0) ”； “8”对应的坐标为“(2付62000, 20.00000, 0)8个关键点都设置完成后，最终点对话框中的“OK”按钮，生成8个关键点，并得到图3.17至3.24的结果。最终的8个点在大平面上的输入情况如图3.25所示，并进行检查，检查方法是看看图像是否完全左右对称。图3.17 1号关键点图3.18 2号关键点图3.19 3号关键点图3.20 4号关键点图3.21 5号关键点图3.2

13、2 6号关键点K Create Key points in Active Coordinate SystemNPT Key point numberX,Y,Z Location in active CS3228|“20”0|八 Create Keypoints in Active Coordinate System图3.23 7号关键点A Create Keypoints in Active Coordinate System(K Create Keypoints in Active Coordinate SystemNPT Key point numberX,Y,Z Location in

14、active CSHelp |OK图3.24 8号关键点POINTSPOIN NUMANAPR 28 202017:21:07286 structure A.db图3.25 8个关键点在平面上的的相对位置7、绘制隧道衬砌支护线模型:点主菜单栏“Preprocessor”，再点“Modeling”，接着点“Create”，之后点“Line”，然后点“Arcs”，最后点“Arc By End KPs & Rad，这些步骤操作的准确无误将会弹出如图3.26所示的创建隧道模型一级对话框“Arc byEnd KPs & Rad”。Arc by End KPs & Rad6 Pick C UnpickSingle C Box Polygon CircleLoopCount =0Maximum =2Minimum =2KeyP No.=0 Lise of Items(Min, Max, Inc;nok | 厢piy |egec | Canuel. |Pick All Help图 3.26 Arc by End KPs & Rad 圆弧结束 KPs 和 Rad然后用鼠标单击刚才设置好的点1和点2,具体操作是用鼠标左键点击关键点1后再点击关键点2,操作模