基于ANSYS的边坡开挖模拟
文章编号:100926825(2008)0120093202
基于ANSYS 的边坡开挖模拟
收稿日期:2007208211
作者简介:阎 波(19822),男,中国地质大学硕士研究生,湖北武汉 430074
方 云(19552),男,教授,中国地质大学(武汉)文化遗产和岩土文物保护工程中心,湖北武汉 430074
阎波 方云
摘 要:基于ANSYS 软件对边坡的开挖进行了模拟分析,并对该过程中涉及到的生死单元、有限元强度折减法做了介
绍,提出了用生死单元在建模过程中的优点,最后以工程算例做计算分析,计算了开挖边坡的稳定系数。关键词:ANSYS 边坡开挖,生死单元,强度折减中图分类号:TU413.62文献标识码:A
边坡的开挖在一些边坡工程中是经常会遇到的,边坡开挖是
一个卸荷的过程,在卸荷前后边坡的稳定性状况直接关系着工程的施工安全、施工进度和经费预算等,因此有必要对边坡的稳定性进行定性定量的综合分析。边坡开挖前后的应力场和位移场的变化规律是边坡稳定性评价的基础,准确评价和预测边坡的稳定状况和发展趋势将为边坡的处理措施提供可靠的依据。随着计算机模拟数值计算技术的发展,可采用ANSYS 有限元软件对边坡开挖进行验算。
1 ANSYS 中的生死单元
在边坡工程的开挖过程是一个动态的连续施工过程,而不是一次成型的,而且工程上关心的是施工过程中以及施工结束时土工结构物的应力应变分布。充分应用生死单元的优点能收到事半功倍的效果。单元生死是指在有限元分析过程中,在力学模型中加入或删除材料,模型中的相应单元就会“虚化”或“激活”。应用单元虚化和激活的优点是:1)观察每一个荷载步结束后的求解结果并进行对比分析,因而能够模拟整个开挖过程的力学状况的变化。2)只需要建立一次模型,通过虚化单元来模拟进程,而其他方法需要建立多个模型进行过程分析。
2 边坡稳定性有限元分析的强度折减法
将强度折减法应用于边坡稳定性分析中,折减土体强度,代入有限元程序进行计算,直至计算不收敛,此时的折减系数即为安全系数。在考虑屈服准则时,一般采用Drucker 2Prager 屈服准则,它既考虑了中间主应力σ2对屈服强度的影响,又考虑了静水压力对屈服强度的影响,对土体材料有较好的适用性,已广泛应用于土体分析。Drucker 2Prager 屈服准则表达式如下:
F =3βσm +[12
{S }T [M ]{S }]1/2
-σy =0。其中,σm 为平均应力或静水压力;{S }为偏应力差;β为材料
常数,β=2sin φ
3(3-sin φ);[M ]为Mises 准则中的相关参数矩阵;
σy =
6c cos φ3(3-sin φ)
,φ为内摩擦角,c 为粘聚力;在ANSYS 中,DP 材料的选项数据表要输入三个值:粘聚力c ,内摩擦角φ,膨胀角φf 。膨胀角φf 被用来控制体积膨胀的大小,对压实的颗粒材料,当材料受剪时,颗粒将会膨胀,如果膨胀角φf =0,则不会发生体积膨胀。如果在材料中φf =φ,将会发生严重的体积膨胀。一般来说,φf =0是一种保守的方法。
有限元法分析边坡的稳定性克服了传统分析法的不足,不仅满足力的平衡条件,而且还考虑了土体应力、变形关系和支挡结构的作用,能够得到边坡在荷载作用下的应力、变形分布,模拟出边坡的实际滑移面。有限元强度系数折减法的基本原理是将坡体强度参数(粘聚力c 和内摩擦角φ)同时除以一个折减系数F ,得到一组新的c ′,φ′值,然后作为新的资料参数输入,再进行试算,致在水平位移突变的地方及塑性变形发展严重的部位;
2)考虑了土体的本构关系以及变形对应力的影响;3)能够对具有复杂地貌和地质的边坡进行计算;
4)求解安全系数时,可以不需要假定滑移面的形状,也无需进行条分也不需要假定土条之间的相互作用力。
3 结语
极限平衡法虽已广泛用于边坡稳定性分析,但也存在种种不足,在实际工程中应充分联系实际情况,并结合地区经验,使边坡稳定分析方法更加优化。有限元分析方法虽亦被广泛应用,且存
在诸多优点,但其结果不能直接与稳定建立联系,需要根据破坏准则制定合理的安全系数。参考文献:
[1]陈祖煜.土质边坡稳定分析的原理和方法[M ].北京:中国水利水电科学研究所,2000.
[2]张天宝.土坡稳定分析和土工建筑物的边坡设计[M ].成都:成都科技大学出版社,1987.
[3]郑颖人.用有限元强度折减法进行边坡稳定分析[J ].中国工程科学,2002(10):57261.
Discussion on the analytical methods of the slope stability
TU Bing 2xiong L IU Chun 2xiao L I H ong 2yan
Abstract :This paper summarizes the analytical methods of the slope now ,individual gets the simple introduction to its thought ,and points out the applicability of every method and the problems that should be noticed.And there are some certain leading meanings to the stability analysis in the actual slope programs.
K ey w ords :slope ,analysis of stability ,finite element method
?
39?
第34卷第1期2008年1月 山西建
筑SHANXI ARCHITECTURE
Vol.34No.1Jan. 2008
利用相应的稳定判断准则,程序可以自动根据弹塑性计算结果得
到破坏滑动面,确定相应的F 值为坡体的最小稳定安全系数。此时坡体达到极限状态,发生剪切破坏,同时又可得到坡体的破坏滑动面。其中,c ′=c/F ,φ′=arctan (tan φ/F )。
3 算例分析
某高速公路边坡的断面图如图1所示,图中的Ⅰ,Ⅱ表示地层的围岩类别,边坡的防护结构由A ,B ,C ,D ,E 五部分组成,A 和E 为自然坡度,其防护形式采用菱形网格,而B 为开挖出来的坡度,其防护形式采用窗孔肋;C 为钢筋混凝土挡土墙,采用C30混凝土;D 为路基,菱形网格和窗孔肋两种边坡防护形式的材料均为混凝土,边坡A 和E 的坡度为1∶2,边坡B 的坡度为1
∶1。整个分析模型的高为35m ,宽为91m 。该边坡在施工时,先开挖B 部分,然后施加窗孔肋防护体,再开挖D 部分并修挡土墙C ,然后对A 和E 进行菱形网格防护,最后对A ,B 和E 部分植草绿化。在计算分析中用到的围岩类别和钢筋混凝土的参数见表1。
表1 进行开挖模拟时的参数
参数弹性模量/GPa
泊松比容重/
kN ?m -3Ⅰ类围岩10.417Ⅱ类围岩20.3520C30混凝土
30
0.2
25
c =1.5×105
,φ=20°。
3.1 建模与网格划分
在选取单元时,Ⅰ类围岩和Ⅱ围岩都采用Plane42单元,选取
Beam3单元做钢筋混凝土挡土墙。定义材料本构模型时采用DP 模型,取剪胀角为0°,见图2。
3.2 加载及初始地应力场模拟
将模型的底部x ,y 方向和右边界x 方向约束,取y 方向的重力加速度为10,在求解控制时采用牛顿迭代,然后将挡土墙单元杀死,求解。
3.3 上台边坡开挖部分及其节点力(见表2)
表2 上台边坡开挖部分及其节点力
NODE F x F y M z NODE F x F y M z
38-0.9147E +05-0.2212E +060.000400.8311E +05-0.1640E +060.000390.2362E +052053.
0.000
410.6135E +05
-0.1029E +060.000
420.4204E +05
-0.4907E +050.00047-0.1187E +06-0.1093E +060.00048-0.1019E -09-0.3929E -090.00049
-0.1746E -09-0.1746E -090.000
50
-0.5130E -09
0.000
0.000
3.4 上台边坡开挖模拟分析
在该部分操作中,建模只需要将上面的模型运用生死单元的操作将开挖部分杀死即可。在施加荷载时要将前面所输出的节点力进行数据整理。本次所计算的节点力共6组,都进行了反号处理,再对该模型求解,求出下台边坡开挖部分的节点力(见表3)。
表3 下台边坡开挖部分及其节点力
NODE F x
F y
M z
NODE F x F y M z
9-0.5369E +05-0.5287E +050.000330.2225E +05
-0.2914E +060.00034-0.1104E +06-0.2098E +060.000440.000
-0.1455E -100.000
35-0.1135E +06-0.3467E +060.00045-0.2910E -10-0.2910E -100.00036-0.1367E +06-0.4845E +060.00046-0.1455E -100.2910E -100.00037-0.1371E +06-0.5758E +060.000470.5524E +05-7345.0.000380.1470E +06
0.3978E +05
0.000510.1761E +060.6111E +050.00043-0.7276E -110.7276E -11
0.000
520.1508E +06
0.6194E +05
0.00053
-0.1455E -10-0.4366E -100.000
54
0.000
0.000
0.000
3.5 下台边坡开挖分析
在下台边坡开挖模拟过程中,将上步所求的节点力反号后施
加在岩体节点上求解。
4 计算结果分析
1)从边坡开挖过程仿真分析地层的变形和位移,结果可知最
大变形为4.067mm ,而x 方向的最大位移在第一次开挖后为
3.967mm ,说明第二次开挖后边坡的位移量很小边坡不会滑移,是稳定的。2)从边坡开挖过程仿真分析地层的应力结果可以看出,地层的最大拉应力为0.613MPa ,在挡土墙后大部分范围内拉应力为0.353MPa ～0.266MPa ,说明边坡地层的拉应力很小,边坡是稳定的。3)对挡土墙单元的内力分析可知,挡土墙的最大弯矩为87.365kN ?m ,剪力为-43.685kN ,轴力为-383.20kN ,其轴力为负表示受压。4)对该边坡进行强度折减法计算的安全系数取1.5时,计算结果为收敛,故该边坡在开挖后在挡土墙及表面护坡的共同作用下处于稳定状态。参考文献:
[1]李黎明.ANSYS 有限元分析实用教程[M ].北京:清华大学出版,2005.[2]李 围.ANSYS 土木工程应用实例(第二版)[M ].北京:水利水电出版社,2003.
[3]张鲁渝,刘东升.扩展广义Drucker 2Prager 屈服准则在边坡稳定分析中的应用[J ].岩土工程学报,2003,25(2):2162219.[4]史恒通,王成华.土坡有限元分析若干问题探讨[J ].岩土力学,2000,21(2):1522155.[5]黄 铭,刘 俊.边坡开挖期实测位移的分解与合成预测[J ].岩石力学与工程学报,2003(8):3202323.
Simulation of slope excavation based upon ANSYS
YAN Bo FANG Yun
Abstract :Based upon ANSYS simulation analysis is made on slope excavation.In view of life and dead units as well as strength reduction FEM related to simulation process introduction is made.The advantages of the application of life and dead units in model building are presented.In the end combined with construction example the stability factor is calculated for slope excavation.K ey w ords :ANSYS slope excavation ,life and dead unit ,strength reduction
?
49?第34卷第1期2008年1月
山西建筑
ANSYS软件介绍与实例讲解
一简述ANSYS软件的发展史。 1970年，Doctor John Swanson博士洞察到计算机模拟工程应该商品化，于是创立了ANSYS公司，总部位于美国宾夕法尼亚州的匹兹堡。30年来，ANSYS 公司致力于设计分析软件的开发，不断吸取新的计算方法和技术，领导着世界有限元技术的发展，并为全球工业广泛接受，其50000多用户遍及世界。 ANSYS软件的第一个版本仅提供了热分析及线性结构分析功能，像当时的大多数程序一样，它只是一个批处理程序，且只能在大型计算机上运行。 20世纪70年代初。ANSYS软件中融入了新的技术以及用户的要求，从而使程序发生了很大的变化，非线性、子结构以及更多的单元类型被加入到子程序。70年代末交互方式的加入是该软件最为显著的变化，它大大的简化了模型生成和结果评价。在进行分析之前，可用交互式图形来验证模型的几何形状、材料及边界条件；在分析完成以后，计算结果的图形显示，立即可用于分析检验。 今天软件的功能更加强大，使用更加便利。ANSYS提供的虚拟样机设计法，使用户减少了昂贵费时的物理样机，在一个连续的、相互协作的工程设计中，分析用于整个产品的开发过程。ANSYS分析模拟工具易于使用、支持多种工作平台、并在异种异构平台上数据百分百兼容、提供了多种耦合的分析功能。 ANSYS公司对软件的质量非常重视，新版的必须通过7000道标准考题。业界典范的质保体系，自动化规范化的质量测试使ANSYS公司于1995年5月在设计分析软件中第一个通过了ISO9001的质量体系认证。 ANSYS公司于1996年2月在北京开设了第一个驻华办事机构，短短几年的时间里发展到北京、上海、成都等多个办事处。ANSYS软件与中国压力容器标准化技术委员会合作，在1996年开发了符合中国JB4732-95国家标准的中国压力容器版。作为ANSYS集团用户的铁路机车车辆总公司，在其机车提速的研制中，ANSYS软件已经开始发挥作用。 二节点﹑单元﹑单元类型的基本概念。 节点：几何模型通过划分网格，转化为有限元模型，节点构成了网格的分布和形状，是构成有限元模型的基本元素。 单元：有限元模型的组成元素，主要有点、线、面、体。 单元类型：根据实体模型划分网格时所要确定的单元的形状，是单元属性的一部分，单元类型决定了单元的自由度，包括线单元（梁、杆、弹簧单元）、壳单元（用于薄板或曲面模型）、二维实体单元、三维实体单元、线性单元、二次单元和P–单元。 三用ANSYS软件进行分析的一般过程。 1建立有限元模型 （1）指定工作文件名和工作标题。 该项工作并不是必须要求做的，但是做对多个工程问题进行分析时推荐使用工作文件名和工作标题。
ANSYS中简支梁的模拟计算
1 E c ； / E c lE s _2卜+僅 12 (5-30) 通过大型有限元软件ANSYS 对简支梁进行模拟计算 下面以钢筋混凝土简支梁的 ANSYS ①程序数值模拟的应用实例，对ANSYS ⑧程序的应用方法及 模拟效果进行验证，梁的尺寸、配筋及荷载如图5-9所示。钢筋采用H 级钢，混凝土强度等级为 C30。 2.1单元类型 i )混凝土单元：采用 ANSYS ①程序单元库中 SOLID65单元。 (ii )纵向钢筋：PIPE20 (iii )横向箍筋:PIPE20 2.2材料性质 i )、混凝土材料 [16~ 19] 混凝土立方体抗压强 度 f cu ( N / mm 2) 弹性模量E c 2 (N/mm ) 泊松 比 V 单轴抗压强度f c ' 2 (N/mm ) 单轴抗拉强度f r (N/mm ) 裂缝间剪力 传递 系数P t 张开 闭合 30 24000 0.20 25.0 3.1125 0.35 0.75 ?单轴受压应力-应变曲线(二-；曲线) 在ANSYS @程序分析中，需要给出混凝土单轴受压下的应力应变曲线。在本算例中，混凝土单 轴受压下的应力应变采用 Sargin 和Saenz 模型[17,18]: ①22①22 E20 ①22 RCBEAM-03 图5-9 2①82①82①8 2①82①82①8 ① 8@75@75@75 2①22①22①22 150 150 150 150 RCBEAM-01 150150150 RCBEAM-02 (b )、梁断面图 梁尺寸、配筋及荷载示意图 f ①24 ①24 ①22 150 150 ■4- ------------- P P 125 1200 600 (a )、梁的几何尺寸及荷载示意图 600
第3章-ANSYS隧道工程中的应用实例分析
. 第3章ANSYS隧道工程中的应用实例分析 本章重点 隧道工程概述隧道施工ANSYS模拟的实现 ANSYS隧道结构实例分析ANSYS隧道开挖模拟实例分析 本章典型效果图 可编辑
. 3.1 隧道工程相关概念 3.1.1 隧道工程设计模型 为达到各种不同的使用目的，在山体或地面下修建的建筑物，统称为“地下工程”。在地下工程中，用以保持地下空间作为运输孔道，称之为“隧道”。由于地层开挖后容易变形、塌落或是有水涌入，所以在除了在极为稳固地层中且没有地下水的地方以外，大都要在坑道的周围修建支护结构，称之为“衬砌”。隧道工程建筑物是埋于地层中的结构物，它的受力和变形与围岩密切相关，支护结构与围岩作为一个统一的受力体系相互约束，共同作用。隧道工程所处的环境条件与地面工程是全然不同的，但长期以来都沿用适应地面的工程理论和方法来解决地下工程中所遇到的各类问题，因而常常不能正确地阐明地下工程中出现的各种力学现象和过程，是地下工程长期处于“经验设计”和“经验施工”的局面。这种局面与迅速发展的地下工程现实 可编辑
. 极不相称，促使人们努力寻找新的理论和方法来解决地下工程遇到的各种问题。 地下工程的设计理论和方法经历了一个相当长的发展过程。在20世纪20年代以前，地下工程支护理论主要有古典的压力理论和散体压力理论，以砖、石头材料作为衬砌，采用木支撑或竹支撑的分部开挖方法进行施工。此时，只是将衬砌作为受力结构，围岩是看作载荷作用在衬砌结构上，这种设计理论过于保守，设计出的衬砌厚度偏大。20世纪50年代以来，岩石力学开始成为一门独立的学科，围岩弹性、弹塑性和粘弹性解答逐步出现。土力学的发展促使松散地层围岩稳定和围岩压力理论的发展，而岩石力学的发展则促使围岩压力和地下工程支护结构理论的进一步的飞跃。同时，锚杆和喷射混凝土的作为初期支护得到广泛应用。这种柔性支护允许开挖后的围岩有一定的变形，使围岩能够发挥其稳定性，从而可以大大地减小衬砌厚度。 国际隧道学会认为，目前采用的隧道设计模型主要有以下几种： ◆以工程类比为主的经验设计方法。 ◆以现场测试和实验室试验为主的实用设计方法（如现场和实验室的岩土力学试验、以 洞周围测量值为基础的收敛—约束法以及实验室模型试验等）。 ◆作用—反作用设计模型，即目前隧道设计常用的载荷—结构模型，包括弹性地基梁、 弹性地基圆环等。 ◆连续介质模型，包括解析法（封闭解和近似解）和数值法（以FEM为主）。 国际隧道学会于1978年成立了隧道结构设计模型研究小组，收集和汇总了各会员国目前 可编辑
ANSYS塑性变形模拟例子
/一个周边简支的圆盘，其中心受到一个冲杆的周期作用(假定冲杆是刚性的)，需要进行圆盘在冲杆的周期作用下的塑性分析。本实例的模型简图如图19.1所示，材料特性如下所示，塑性时的应力－应变关系如表19.1，载荷历史如表19.2所示。 弹性模量：EX=70000，泊松比：NUXY=0.325 /PREP7 /TITLE,Circular Plate Loaded by a Circular Punch - Kinematic Hardening !* 下面定义建模分析时需要的参数 EXX=70000 RPL=65 RPU=5 H=6.5 STS1=55 STN1=STS1/EXX STS2=112 STN2=0.00575 STS3=172 STN3= 0.02925 STS4=241 STN4= 0.1 NEX=15 NET=2 NEX1=nint(0.8*NET) NEX2=NEX-NEX1 !* ET,1,42,,,1 ！定义单元PLANE42，设置为轴对称 !* MP,EX,1,EXX ！定义材料属性 MP,NUXY,1,0.325 !* TB,KINH,1,1,4, ！定义多线性随动强化准则 TBPT,,STN1,STS1 TBPT,,STN2,STS2 TBPT,,STN3,STS3 TBPT,,STN4,STS4 !* 创建节点 N,1,RPL,,,,,, N,2,0,,,,,, N,3,,H/2,,,,, !* 创建关键点 K,1,,-(H/2),, K,2,RPU,-(H/2),, K,3,RPL,-(H/2),, KGEN,2,ALL, , , ,H, ,3,0 ！复制并平移关键点
ansys二次开发及实例
ansys二次开发教程+实例 第3章ANSYS基于VC++6.0的二次开发与相互作用分析在ANSYS中的实现 3.1 概述 ANSYS是一套功能十分强大的有限元分析软件，能实现多场及多场耦合分析；是实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的 一体化大型FEA软件；支持异种、异构平台的网络浮动，在异种、异构平台上用户界面统一、数据文件全部兼容，强大的并行计算功能 支持分布式并行及共享内存式并行。该软件具有如下特点： (1) 完备的前处理功能 ANSYS不仅提供了强大的实体建模及网格划分工具，可以方便地构造数学模型，而且还专门设有用户所熟悉的一些大型通用有 限元软件的数据接口（如MSC／NSSTRAN，ALGOR，ABAQUS等），并允许从这些程序中读取有限元模型数据，甚至材料特性和边 界条件，完成ANSYS中的初步建模工作。此外，ANSYS还具有近200种单元类型，这些丰富的单元特性能使用户方便而准确地构建出 反映实际结构的仿真计算模型。 (2) 强大的求解器 ANSYS提供了对各种物理场量的分析，是目前唯一能融结构、热、电磁、流体、声学等为一体的有限元软件。除了常规的线性、 非线性结构静力、动力分析外，还可以解决高度非线性结构的动力分析、结构非线性及非线性屈曲分析。提供的多种求解器分别适用于 不同的问题及不同的硬件配置。 (3) 方便的后处理器 ANSYS的后处理分为通用后处理模块（POST1）和时间历程后处理模块（POST26）两部分。后处理结果可能包括位移、温度、应力、应变、速度以及热流等，输出形式可以有图形显示和数据列表两种。 (4) 多种实用的二次开发工具 ANSYS除了具有较为完善的分析功能外，同时还为用户进行二次开发提供了多种实用工具。如宏（Marco）、参数设计语言（APDL）、用户界面设计语言（UIDL）及用户编程特性（UPFs），其中APDL（ANSYS Parametric Design Language）是一种非常类似于Fortran77的参数化设计解释性语言，其核心内容为宏、参数、循环命令和条件语句，可以通过建立参数化模型来自动完成一些通用性强的任务；UIDL（User Interf ace Design Language）是ANSYS为用户提供专门进行程序界面设计的语言，允许用户改变ANSYS的图形用户界面(GUI)中的一些组项，提供了一种允许用户灵活使用、按个人喜好来组织设计ANSYS图形用户界面的强有力工具；UPFs(User Programmable Features)提供了一套Fortran77函数和例程以扩展或修改程序的功能，该项技术充分显示了ANSYS的开放体系，用户 不仅可以采用它将ANSYS程序剪裁成符合自己所需的任何组织形式（如可以定义一种新的材料，一个新的单元或者给出一种新的屈服 准则），而且还可以编写自己的优化算法，通过将整个ANSYS作为一个子程序调用的方式实现。 鉴于上述特点，近几年来，ANSYS软件在国内外工程建设和科学研究中得到了广泛的应用。但这些应用大多局限于直接运用ANSYS软件进行实际工程分析，对利用ANSYS提供的二次开发工具进行有限元软件设计却很少涉及。本文首次利用ANSYS软件的二次开发功能，以VC++6.0为工具，运用APDL语言，对ANSYS进行二次开发，编制框筒结构－桩筏基础－土相互作用体系与地震反应分析程序。 3.2 程序设计目标 针对某一实际工程问题，ANSYS所提供的APDL语言可对ANSYS软件进行封装。APDL语言即ANSYS软件提供的参数化设计 语言，它的全称是ANSYS Parametric Design Language。使用APD L语言可以更加有效地进行分析计算，可以轻松地进行自动化工作（循环、分支、宏等结构），而且，它是一种高效的参数化建模手段。使用APDL语言进行封装的系统可以只要求操作人员输入前处理 参数，然后自动运行ANSYS进行求解。但完全用APDL编写的宏还存在弱点。比如用APDL语言较难控制程序的进程，虽然它提供了 循环语句和条件判断语句，但总的来说还是难以用来编写结构清晰的程序。它虽然提供了参数的界面输入，但功能还不是太强，交互性 不够流畅。针对这种情况，本文用VC++6.0开发框筒结构－桩筏基础－土相互作用有限元分析程序（简称LW S程序）。
ANSYS应用实例：钢筋混凝土简支梁数值模拟
（ii ）纵向钢筋：PIPE20 （iii ）横向箍筋：PIPE20 2.2 材料性质 （i ）、混凝土材料 表5-4 混凝土材料的输入参数一览表[16~19] ·单轴受压应力-应变曲线（εσ-曲线） 在ANSYS ○R 程序分析中，需要给出混凝土单轴受压下的应力应变曲线。在本算例中，混凝土单轴受压下的应力应变采用Sargin 和Saenz 模型[17,18]： 2 21??? ? ??+???? ??-+= c c s c c E E E εεεεε σ （5-30）
式中取4' 4')108.0028.1(c c c f f -=ε；
断面图配筋图断面图配筋图断面图配筋图RCBEAM-01 RCBEAM-02 RCBEAM-03 图5-12 各梁FEM模型断面图 （a）单元网格图（b）钢筋单元划分图 图5-13 算例（一）的FEM模型图 2.4 模型求解 在ANSYS○R程序中，对于非线性分析，求解步的设置很关键，对计算是否收敛关系很大，对于混凝土非线性有限元分析，在计算时间容许的情况下，较多的求解子步（Substeps）或较小的荷载步和一个非常大的最大子步数更容易导致收敛[2]。在本算例中，设置了100个子步。最终本算例收敛成功，在CPU为P41.6G、内存为256MB的微机上计算，耗时约为8小时。 2.5 计算结果及分析 2.5.1 荷载—位移曲线 图5-14为ANSYS○R程序所得到的各梁的荷载-跨中挠度曲线，从图中可以看出： （i）、梁RCBEAM-01：曲线形状能基本反映钢筋混凝土适筋梁剪切破坏的受力特点，而且荷载-跨中挠度曲线与钢筋混凝土梁的弯剪破坏形态非常类似，即当跨中弯矩最大截面的纵筋屈服后，由于裂缝的开展，压区混凝土的面积逐渐减小，在荷载几乎不增加的情况下，压区混凝土所受的正应力和剪应力还在不断增加，当应力达到混凝土强度极限时，剪切破坏发生，荷载突然降低。
ansys隧道开挖实例
3.4 ANSYS隧道开挖模拟实例分析 3.4.1 实例描述 选取新建铁路宜昌（宜）－万州（万）铁路线上的某隧道，隧道为单洞双车道，隧道正下方存在一个溶洞，隧道支护结构为曲墙式带仰拱复合衬砌。 主要参数如下： ◆隧道衬砌厚度为30cm。 ◆采用C25钢筋混凝土为衬砌材料。 ◆隧道围岩是Ⅳ级,隧道洞跨是13m，隧道埋深是80m。 ◆溶洞近似圆型，溶洞半径是3.6m,溶洞与隧道距离12.8m。 ◆围岩材料采用Drucker-Prager模型。 ◆隧道拱腰到拱顶布置30根25 Φ锚杆。 隧道围岩的物理力学指标及衬砌材料C30钢筋混凝土的物理力学指标见表3-7所示。 表3-7 物理力学指标 名称容重 γ（3 /m kN）弹性抗力系数 K（MPz/m） 弹性模量 E（GPa） 泊松比 v 内摩擦角 ?（。） 凝聚力 C（MPa） Ⅳ级围岩22 300 3.6 0.32 37 0.6 C25钢筋混凝土25 - 29.5 0.15 54 2.42 锚杆79.6 - 170 0.3 - - 利用ANSYS提供的对计算单元进行“生死”处理的功能，来模拟隧道的分步开挖和支 护过程，采用直接加载法，将岩体自重、外部恒载、列车荷载等在适当的时候加在隧道周围 岩体上。利用ANSYS后处理器来查看隧道施工完后隧道与溶洞之间塑性区贯通情况，来判 断隧道底部存在溶洞情形时，实际所采用的设计和施工方案是否安全可行。 3.4.2 ANSYS模拟施工步骤 ANSYS模拟计算范围确定原则：通常情况下，隧道周围大于3倍洞跨以外的围岩受到 隧道施工的影响很小了，所以，一般情况下，计算范围一般取隧道洞跨3倍。但因为本实例 隧道下部存在溶洞，所以，垂直方向：隧道到底部边界取为洞跨的5倍，隧道顶部至模型上 部边界为100米，然后根据隧道埋深情况将模型上部土体重量换算成均布荷载施加在模型上 边界上；水平方向长度为洞跨的8倍。 模型约束情形：本实例模型左、右和下部边界均施加法向约束，上部为自由边界，除均 布荷载外未受任何约束。围岩采用四节点平面单元（PLANE42）加以模拟，初期支护的锚 杆单元用LINK1单元来模拟，二次衬砌支护用BEAM3来模拟，计算时首先计算溶洞存在 时岩体的自重应力场，然后再根据上述方法模拟开挖过程。 ANSYS模拟隧道施工步骤如下： 1）建立模型。
格构梁的ANSYS有限元模拟分析实例运用
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/065580397.html, 格构梁的ANSYS有限元模拟分析实例运用作者：张少剑刘真 来源：《城市建设理论研究》2013年第10期 摘要:本文通过一工程实例运用ansys模拟计算。针对格构梁的研究，合理地简化模型，取出1.5米宽的土体、梁和面层单元，两边加对称约束，从而达到模拟空间结构梁的目的。本文还模拟了基坑的开挖过程的时空效应，共分七步，土体在自重应力作用下的沉降为第一步，梁与面层的激活、力的施加和土层杀死共分六步。梁的最大受力状态并不发生在最后一步完成后，而是在第六工况。 关键词:格构梁有限元分析模拟分析 中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号： 1 土体、梁、锚索和混凝土面层共同作用 基坑支护的受力机理是土体的土压力作用在格构梁和混凝土面层上，混凝土面层的力传递到格构梁上，格构梁再把它受到的力传递到和它相连的锚索上，锚索则和被支护土体嵌固为一体，格构梁和混凝土面层除起到承受土压力外，格构梁还起到平均弯矩和变形的作用，喷射混凝土面层则有保护土体表面，防止土体表面非格构梁作用部位坍塌的作用。 2模型简化及技术处理 根据基坑开挖深度，根据实际的土体性质建立土体模型。格构梁的作用是承受弯矩的，可以选用Beam4梁单元，考虑到钢筋混凝土格构梁中有钢筋的作用，其弹性模量、泊松比等设置有所调整。在建模时，如果混凝土面层的长宽与厚度的比都大于5，所以在有限元分析中采用板壳单元可以全面地反映其变形特征和应力分布规律。混凝土面层用Shell63单元模拟，其参数的取值和梁单元相同。 由于格构梁的受力性状，锚索的模拟对格构梁的受力影响较小，本模型忽略考虑锚索的模拟。预应力锚索的作用简化为作用在纵横梁交点处的集中力。 对于格构梁和土体、混凝面层之间的接触，模型采用节点耦合，以实现共同变形和受力。 3.1ANSYS有限元模拟计算 3.1.1模型的参数 1．土体的参数见下表：
水工隧洞施工及运行的ANSYS模拟[详细]
水工隧洞施工及运行的ANSYS模拟 4.1 数值模拟对象 4.2 有限元建模 4.2.1单元定义和材料定义 4.2.2实体建模 4.2.3网格划分 4.2.4边界条件和初始条件 4.3 水工隧洞施工过程模拟 4.3.1初始状态模拟 4.3.2毛洞开挖工况模拟 4.3.3毛洞支护工况模拟 4.3.4计算结果查看及处理 4.4 水工隧洞运行期模拟 4.4.1运行期内水压力的模拟 4.4.2 运行期外水压力的模拟 水工隧洞施工及运行的ANSYS模拟 由于ANSYS在水利工程中应用面广,可以广泛用于水利工程的各个专业领域中,包括水工隧洞、地下厂房、高边坡、重力坝、拱坝、截流堰等水工结构;水轮机组的动力分析;水文预测以及高速水力学等.基于对ANSYS基本操作的进一步熟悉,并建立对水工结构ANSYS分析的概念,本章以一个典型水工隧洞的开挖过程为例,简单介绍ANSYS在水利工程中的应用,并以此作为初学者的入门实例. 2.1 数值模拟对象 对于实际工程而言,对所要数值模拟对象的熟悉程度是进行有效的ANSYS 建模和正确进行有限元分析的基础,熟悉的内容主要包括:研究对象地形地质条件(不同的地质分层、断层、节理、裂隙等)、地层及结构的物理力学参数(如果涉及到渗流分析或温度分析,则还需要水力学参数和热力学参数等)、纵横剖面、水文条件以及荷载条件等,以及工程的施工工法,工序安排等,从而为有限元的建模提供前提条件. 需要注意的是,作为有限元数值模拟,只是对实际工程的高度近似,换句话说,不可能达到百分之百的相同.因此,对实际工程需要进行一定的简化,否则是无法、也不可能进行数值模拟的.
图4-1 水工隧道的简单实例 问题描述:以一个简单隧洞为例,隧洞内径6米,衬砌厚40厘米,地层均质,隧洞进行全断面开挖,开挖后进行一次性衬砌支护. 问题抽象:从描述中可以分析,分析为平面应变问题,问题中涉及两种材料(岩石和混凝土衬砌),研究区域根据一定的规则选取为100米×100米(在后面的章节中进行介绍)矩形区域,工程分析过程分为3步,即初始状态>毛洞开挖>支护. 2.2 有限元建模 启动ANSYS Product Laucher,定义好工作目录和文件名称.建议不同的工程建立不同的工作目录,文件名称尽量取与工程名称相关且最好包含日期信息,以便日后对计算过程的回顾和再利用.如目录取为Shuigong,文件名取为Tunnel060824,如图4-2.然后运行Run(如目录不存在,则会弹出对话框提示,直接 点击确定,则在相应位置新建,若已存在,则点击Browse 去选取,文件名同样如此), 进入ANSYS主操作界面. 图4-2 工作目录和文件名的定义2.2.1 单元定义和材料定义 1．单元定义
几个ansys经典实例(长见识)
平面问题斜支座的处理 如图5-7所示，为一个带斜支座的平面应力结构，其中位置2及3处为固定约束，位置4处为一个45o的斜支座，试用一个4节点矩形单元分析该结构的位移场。 (a)平面结构(b)有限元分析模型 图5-7 带斜支座的平面结构 基于ANSYS平台，分别采用约束方程以及局部坐标系的斜支座约束这两种方式来进行处理。 (7) 模型加约束 左边施加X,Y方向的位移约束 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →-Structural→Displacement On Nodes →选取2，3号节点→OK →Lab2: All DOF(施加X,Y方向的位移约束) →OK 以下提供两种方法处理斜支座问题，使用时选择一种方法。 ?采用约束方程来处理斜支座 ANSYS Main Menu：Preprocessor →Coupling/ Ceqn →Constraint Eqn ：Const :0, NODE1:4, Lab1: UX,C1:1,NODE2:4,Lab2:UY,C2:1→OK 或者?采用斜支座的局部坐标来施加位移约束 ANSYS Utility Menu：WorkPlane →Local Coordinate System →Create local system →At specified LOC + →单击图形中的任意一点→OK →XC、YC、ZC分别设定为2，0，0,THXY：45 →OK ANSYS Main Menu：Preprocessor →modeling →Move / Modify →Rotate Node CS →To active CS → 选择4号节点 ANSYS Main Menu：Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement On Nodes →选取4号节点→OK →选择Lab2:UY(施加Y方向的位移约束) →OK 命令流； !---方法1 begin----以下的一条命令为采用约束方程的方式对斜支座进行处理 CE,1,0,4,UX,1,4,UY,-1 !建立约束方程(No.1): 0=node4_UX*1+node_UY*(-1) !---方法1 end --- !--- 方法2 begin --以下三条命令为定义局部坐标系，进行旋转，施加位移约束 !local,11,0,2,0,0,45 !在4号节点建立局部坐标系 !nrotat, 4 !将4号节点坐标系旋转为与局部坐标系相同 !D,4,UY !在局部坐标下添加位移约束 !--- 方法2 end
隧道开挖ansys模拟分析
隧道台阶法开挖的有限元模拟分析 1.力学模型的建立 岩体的性质是十分复杂的，在地下岩体的力学分析中，要全面考虑岩体的所有性质几乎是不可能的。建立岩体力学模型，是将一些影响岩石性质的次要因素略去，抓住问题的主要矛盾，即着眼于岩体的最主要的性质。在模型中，简化的岩体性质有强度、变形、还有岩体的连续性、各项同性及均匀性等。考虑岩石的性质和变形特性，以及外界因素的影响，采用的模型有弹性、塑性、弹塑性、粘弹性、粘弹塑性等。 根据对隧道的现场调查及试验结果分析，围岩具有明显的弹塑性性质。因此，根据隧道的实际情况，考虑岩体的弹塑性性质，在符合真实施工工序和支护措施的基础上，在数值模拟过程中将计算模型简化成弹塑性平面应变问题，采用Drucker—Prager屈服准则来模拟围岩的非线性并且不考虑其体积膨胀，混凝土材料为线弹性且不计其非线性变形。 对地下工程开挖进行分析，一般有两种计算模型： （1）“先开洞，后加载” 在加入初始地应力场前，首先将开挖掉的单元从整体刚度矩阵中删除，然后对剩余的单元加入初始地应力场进行有限元计算。 （2）“先加载，后开洞” 这种方法是首先在整个计算区域内作用地应力场，然后在开挖边界上施加反转力，经过有限元计算得到所需要的应力、位移等物理量。 两种方法对线弹性分析而言，所得到的应力场是相同的，而位移场是不同的，模型（2）（即：“先加载，后开洞”）更接近实际情况。在实际地下工程开挖中部分岩体已进入塑性状态，必须用弹塑性有限元进行计算分析，而塑性变形与加载的路径有关，所以模拟计算必须按真实的施工过程进行，即在对地下工程开挖进行弹塑性数值模拟过程中，必须遵循“先加载，后开洞”的原则。 在有限元法中，求解非线性问题最常采用的方法是常刚度初应力法。对于弹塑性问题，由于塑性变形不可恢复，应力和应变不再是一一对应的关系，即应力状态与加载路径有关，因此应该用增量法求解。弹塑性应力增量与应变增量之间的关系可近似地表示为
ansys实例-正确地模拟过盈配合
过盈配合在机械产品的装配中使用的相当普遍。比如轴与轴承、轴与轴瓦、汽车的制动盘等，都是通过一定的过盈量来使两个装配部件紧密地连接起来。 下面讨论如何在ANSYS 中正确地模拟过盈配合。 过盈配合在有限元分析中是一种典型的非线性接触行为。在有限元分析中设定了接触，从本质上来讲就是对相互接触的两个部件施加了某种约束，不同的接触算法对于接触约束的处理方法有所不同。接触约束的理论算法的选择，在ANSYS 中是通过设置contact 单元的KEOPT(2) 选项来实现的。 在ANSYS 中目前主要有5 种接触约束算法： KEYOPT(2)=0 Augmented Lagrangian - 加强的拉格朗日算法，这是ANSYS 的缺省选择； KEYOPT(2)=1 Penalty function - 罚函算法； KEYOPT(2)=2 Multipoint constraint (MPC) - 多点约束算法； KEYOPT(2)=3 Lagrange multiplier on contact normal and penalty on tangent - 接触法向采用拉格朗日乘子，接触切向采用罚函数的综合算法。 KEYOPT(2)=4 Pure Lagrange multiplier on contact normal and tangent - 法向和切向均采用拉格朗日乘子算法。 各种不同的约束算法各有其优缺点，各有各自最适用的场合，具体情况需要具体对待。大部分情况下，默认选择KEYOPT(2)=0 就够用了。 过盈配合所致的接触分析的难点在于如何确定初始接触状态。初始
接触状态设置得不对，会导致错误的计算结果或者不准确的计算结果，下面举两个例子来说明。ANSYS仿真计算代做：模态分析，瞬态动力学，谐响应分析和谱分析、械结构的疲劳、损伤，CFD流体；结构的强度评估和优化；企鹅：690294845 例1．两个圆柱体在几何上是刚好接触，划分网格后有限元模型有间隙。如图1 所示。 这两个圆柱体，在几何上是刚好相切的，即处于几何上刚好接触的初始状态。划分网格后，由于在圆周上用小段直线代替了弧线，两个圆柱体之间产生了一定的间隙，两个圆柱体的有限元模型的初始状态不再是接触的。此时，如果接触参数设置不当，就会因为初始约束不足，圆柱体出现刚体位移，得到错误的结果。
第3章ANSYS隧道工程中的应用实例分析
第3章-ANSYS隧道工程中的应用实例分析 第3章ANSYS隧道工程中的应用实例分析 本章重点 隧道工程概述隧道施工ANSYS模拟的实现 ANSYS隧道结构实例分析ANSYS隧道开挖模拟实例分析 本章典型效果图 156 / 156
第3章-ANSYS 隧道工程中的应用实例分析 157 / 156 3.1 隧道工程相关概念 3.1.1 隧道工程设计模型 为达到各种不同的使用目的，在山体或地面下修建的建筑物，统称为“地下工程”。在地下工程中，用以保持地下空间作为运输孔道，称之为“隧道”。由于地层开挖后容易变形、塌落或是有水涌入，所以在除了在极为稳固地层中且没有地下水的地方以外，大都要在坑道的周围修建支护结构，称之为“衬砌”。隧道工程建筑物是埋于地层中的结构物，它的受力和变形与围岩密切相关，支护结构与围岩作为一个统一的受力体系相互约束，共同作用。隧道工程所处的环境条件与地面工程是全然不同的，但长期以来都沿用适应地面的工程理论和方法来解决地下工程中所遇到的各类问题，因而常常不能正确地阐明地下工程中出现的各种力学现象和过程，是地下工程长期处于“经验设计”和“经验施工”的局面。这种局面与迅速发展的地下工程现实极不相称，促使人们努力寻找新的理论和方法来解决地下工程遇到的各种问题。 地下工程的设计理论和方法经历了一个相当长的发展过程。在20世纪20年代以前，地下工程支护理论主要有古典的压力理论和散体压力理论，以砖、石头材料作为衬砌，采用木支撑或竹支撑的分部开挖方法进行施工。此时，只是将衬砌作为受力结构，围岩是看作载荷作用在衬砌结构上，这种设计理论过于保守，设计出的衬砌厚度偏大。20世纪50年代以来，岩石力学开始成为一门独立的学科，围岩弹性、弹塑性和粘弹性解答逐步出现。土力学的发展促使松散地层围岩稳定和围岩压力理论的发展，而岩石力学的发展则促使围岩压力和地下工程支护结构理论的进一步的飞跃。同时，锚杆和喷射混凝土的作为初期支护得到广泛应用。这种柔性支
焊接模拟ansys实例(2020年整理).doc
焊接模拟ansys实例 !下面的命令流进行的是一个简单的二维焊接分析, 利用ANSYS单元生死和热-结构耦合分析功能进 !行焊接过程仿真, 计算焊接过程中的温度分布和应力分布以及冷却后的焊缝残余应力。 finish /clear /filnam,1-2D element birth and death /title,Weld Analysis by "Element Birth and Death" /prep7 /unit,si !采用国际单位制 !****************************************************** et,1,13,4 !13号二维耦合单元, 同时具有温度和位移自由度 et,2,13,4 !1号材料是钢 !2号材料是铝 !3号材料是铜 !铝是本次分析中的焊料, 它将钢结构部分和铜结构部分焊接起来 !下面是在几个温度点下, 各材料的弹性模量 mptemp,1,20,500,1000,1500,2000 mpdata,ex,1,1,1.93e11,1.50e11,0.70e11,0.10e11,0.01e11 mpdata,ex,2,1,1.02e11,0.50e11,0.08e11,0.001e11,0.0001e11 mpdata,ex,3,1,1.17e11,0.90e11,0.30e11,0.05e11,0.005e11 !假设各材料都是双线性随动硬化弹塑性本构关系 !下面是各材料在各温度点下的屈服应力和屈服后的弹性模量 tb,bkin,1,5 tbtemp,20,1 tbdata,1,1200e6,0.193e11 tbtemp,500,2 tbdata,1, 933e6,0.150e11 tbtemp,1000,3 tbdata,1, 435e6,0.070e11 tbtemp,1500,4 tbdata,1, 70e6,0.010e11 tbtemp,2000,5 tbdata,1, 7e6,0.001e11 ! tb,bkin,2,5 tbtemp,20,1 tbdata,1,800e6,0.102e11 tbtemp,500,2 tbdata,1,400e6,0.050e11 tbtemp,1000,3 tbdata,1, 70e6,0.008e11
第3章 ANSYS隧道工程中的应用实例分析
本章首先介绍了隧道工程的相关概念；然后介绍了ANSYS 的生死单元及DP 材料模型；最后用2个实例分别详细描述了用ANYS 实现隧道结构设计和隧道施工模拟的全过程。 内容 提要 第3章 ANSYS 隧道工程中的应用实例分析 本章重点 隧道工程概述 隧道施工ANSYS 模拟的实现 ANSYS 隧道结构实例分析 ANSYS 隧道开挖模拟实例分析 本章典型效果图
3.1 隧道工程相关概念 3.1.1 隧道工程设计模型 为达到各种不同的使用目的，在山体或地面下修建的建筑物，统称为“地下工程”。在地下工程中，用以保持地下空间作为运输孔道，称之为“隧道”。由于地层开挖后容易变形、塌落或是有水涌入，所以在除了在极为稳固地层中且没有地下水的地方以外，大都要在坑道的周围修建支护结构，称之为“衬砌”。隧道工程建筑物是埋于地层中的结构物，它的受力和变形与围岩密切相关，支护结构与围岩作为一个统一的受力体系相互约束，共同作用。隧道工程所处的环境条件与地面工程是全然不同的，但长期以来都沿用适应地面的工程理论和方法来解决地下工程中所遇到的各类问题，因而常常不能正确地阐明地下工程中出现的各种力学现象和过程，是地下工程长期处于“经验设计”和“经验施工”的局面。这种局面与迅速发展的地下工程现实极不相称，促使人们努力寻找新的理论和方法来解决地下工程遇到的各种问题。 地下工程的设计理论和方法经历了一个相当长的发展过程。在20世纪20年代以前，地下工程支护理论主要有古典的压力理论和散体压力理论，以砖、石头材料作为衬砌，采用木支撑或竹支撑的分部开挖方法进行施工。此时，只是将衬砌作为受力结构，围岩是看作载荷作用在衬砌结构上，这种设计理论过于保守，设计出的衬砌厚度偏大。20世纪50年代以来，岩石力学开始成为一门独立的学科，围岩弹性、弹塑性和粘弹性解答逐步出现。土力学的发展促使松散地层围岩稳定和围岩压力理论的发展，而岩石力学的发展则促使围岩压力和地下工程支护结构理论的进一步的飞跃。同时，锚杆和喷射混凝土的作为初期支护得到广泛应用。这种柔性支护允许开挖后的围岩有一定的变形，使围岩能够发挥其稳定性，从而可以大大地减小衬砌厚度。 国际隧道学会认为，目前采用的隧道设计模型主要有以下几种： ◆以工程类比为主的经验设计方法。 ◆以现场测试和实验室试验为主的实用设计方法（如现场和实验室的岩土力学试验、以 洞周围测量值为基础的收敛—约束法以及实验室模型试验等）。 ◆作用—反作用设计模型，即目前隧道设计常用的载荷—结构模型，包括弹性地基梁、 弹性地基圆环等。 ◆连续介质模型，包括解析法（封闭解和近似解）和数值法（以FEM为主）。 国际隧道学会于1978年成立了隧道结构设计模型研究小组，收集和汇总了各会员国目前采用的隧道工程设计模型，详见表3-1。
ansys在公路工程中的应用实例
6.1施工过程仿真分析 1．材料、实常数和单元类型定义 /TITLE，Mechanical analysis on railway tunnel 1nd lining ! 确定分析标题 /NOPR !菜单过滤设置 /PMETH，OFF，0 KEYW，PR_SET，1 KEYW，PR_STRUC，1 !保留结构分析部分菜单/COM， /COM，Preferences for GUI filtering have been set to display: /COM，Structural /PREP7 !进入前处理器 ET,1,PLANE42 !设置实体单元类型 KEYOPT,1,1,0 KEYOPT,1,2,0 KEYOPT,1,3,2 !设置为平面应变模式 KEYOPT,1,5,0 KEYOPT,1,6,0 ET,2,PLANE42 !设置实体单元类型 KEYOPT,1,1,0 KEYOPT,1,2,0 KEYOPT,1,3,2 !设置为平面应变模式 KEYOPT,1,5,0 KEYOPT,1,6,0 ET，3，BEAM3 !设置梁单元类型 R,1,0.25,1.5e-3,0.25, , , , !设置梁单元几何常数 MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,0.8e9 !输入弹性模量（围岩） MPDATA,PRXY,1,,0.38 !输入泊松比（围岩） MPDATA,DENS,1,,2000 !输入密度（围岩） TB,DP,1,,, !采用DP准则进行弹塑性分析 TBMODIF,1,1,0.2e6 !输入凝聚力（围岩） TBMODIF,1,2,30 !输入摩擦角（围岩） TBMODIF,1,3, MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,2,,3.2e9 !输入弹性模量（加固圈） MPDATA,PRXY,2,,0.32 !输入泊松比（加固圈）
ANSYS操作实例
平面结构静力有限元分析 一、实验目的： 1、掌握ANSYS软件基本的几何形体构造方法、网格划分方法、边界条件施加方法及 各种载荷施加方法。 2、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。 3、能利用ANSYS软件对平面结构进行静力有限元分析。 二、实验设备： 微机，ANSYS软件。 三、实验内容： 单位厚度的方板中间有一个圆孔（如图所示），平板所用材料的弹性模量为E=107Mpa，泊松比为0.3。沿圆孔边缘施加P=1Mpa的压力。分析方板的应力及位移。 四、实验步骤： 1、建立有限元模型。 （1）创建工作文件夹并添加标题； 在ANSYS工作目录下创建一个文件夹，命名为plate，以便用这个文件夹保存分析过程中所生成的文件。选择Reference菜单，在弹出的对话框中选择结构分析（Structural），取消选择与结构分析无关的选项。 （2）定义几何参数； 为方便起见，以参数化的方式定义方板的1/4模型，即方板的半宽a，圆孔半径r，压力p，材料参数E和υ。 操作GUI: Utility Menu > Parameters > Scalar Parameters 依次输入下面的参数：a=10e-3 r=7e-3 p=1e6 E=1e13
nu=0.3 （3）选择单元； 首先进入单元类型库，操作如下： GUI: Main Menu >Preprocessor >Element Type >Add/Edit/Delete >Add 在对话框左侧选择Solid选项，在右侧列表中选择Quad 4 node 42选项，然后单击OK 按钮。 （4）定义实常数； 选定单元后，根据单元类型定义实常数，操作如下： GUI: Main Menu >Preprocessor >Real Constants >Add/Edit/Delete >Add （5）定义材料属性； 定义材料属性（弹性模量和泊松比）的操作如下： GUI: Main Menu >Preprocessor >Material Props >Material Models >Structural >Linear >Elastic>Isotropic 在弹性模量（杨氏模量，Young’s modulus EX）文本框中输入“E”，在泊松比（Poisson’s Ratio PRXY）文本框中输入“nu”。 （6）创建实体模型； 由于几何模型、材料参数和载荷均关于水平、竖直中心线对称，所以只需要建立方板的1/4模型即可。取坐标原点为圆孔中心，建立右上角的1/4模型。首先由半宽a生成板，然后减去半径为r的1/4圆。 ①创建矩形（1/4板） 通过长宽定义矩形，操作如下： GUI: Main Menu >Preprocessor >Modeling >Create >Areas >Rectangle >By Dimensions ②创建圆面（1/4部分圆） 创建1/4部分圆，操作如下： GUI: Main Menu >Preprocessor >Modeling >Create >Areas>Circle >Partial Annulus ③从方板中减去圆 通过布尔操作实现面相减，操作如下： GUI: Main Menu >Preprocessor >Modeling >Operate >Booleans >Subtract >Areas （7）设定网格尺寸并划分网格； 单元及实体模型定义完毕后，划分网格。首先进入MeshTool对话框，操作如下： GUI: Main Menu >Preprocessor >MeshTool ①定义网格的单元属性 ②设定网格尺寸 通过设定SmartSize值，可让系统自动设定每个边的网格尺寸。 ③划分模型网格 ④保存数据库 操作GUI: Toolbar >SA VE_DB 2、施加载荷并求解。 （1）选择分析类型； 选择分析类型为静力分析（Static）。 （2）定义约束； 由于实体模型及载荷约束均对称，所以利用对称性定义约束。ANSYS提供了专门的设置，以方便设置对称条件，即沿对称轴设置“symmetry boundary condition”，操作如下：GUI: Main Menu >Preprocessor >Loads >Define
ANSYS简单实例操作指南
“有限元分析及应用” 有限元分析软件ANSYS简单实例操作指南 武汉理工大学工程力学系 2003年6月
目录 Project1 简支梁的变形分析 (1) Project2 坝体的有限元建模与受力分析 (3) Project3 受内压作用的球体的应力与变形分析 (5) Project4 受热载荷作用的厚壁圆筒的有限元建模与温度场求解 (7) Project5 超静定桁架的有限元求解 (9) Project6 超静定梁的有限元求解 (11) Project7 平板的有限元建模与变形分析 (13)
Project1 梁的有限元建模与变形分析 计算分析模型如图1-1 所示, 习题文件名: beam。 NOTE:要求选择不同形状的截面分别进行计算。 梁承受均布载荷：1.0e5 Pa 图1-1梁的计算分析模型 梁截面分别采用以下三种截面（单位：m）： 矩形截面：圆截面：工字形截面： B=0.1, H=0.15 R=0.1 w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2, t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.007 1.1进入ANSYS 程序→ANSYSED 6.1 →Interactive →change the working directory into yours →input Initial jobname: beam→Run 1.2设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK 1.3选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete… →Add… →select Beam 2 node 188 →OK (back to Element Types window)→Close (the Element Type window) 1.4定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural→Linear→Elastic→Isotropic→input EX:2.1e11, PRXY:0.3→OK 1.5定义截面 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Sections →Beam →Common Sectns→分别定义矩形截面、圆截面和工字形截面：矩形截面:ID=1,B=0.1，H=0.15 →Apply →圆截面：ID=2,R=0.1 →Apply →工字形截面：ID=3,w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2，t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.007→OK