初学ansys水闸静力分析

混凝土闸门在静力作用下的计算
题目：闸门尺寸如下图所示，材料为混凝土C25，Ｅ=28GPa ，μ=0.167，
r =2400kg/m 3，地基参数为： r =1500kg/m 3，E=10 MPa ，μ=0.3。

计算水闸有无地基时在自重作用下的两种工况。

一、 利用ANSYS 建立3D 模型，闸门取单位宽度1 m 。

利用材料力学法
闸底水平截面上的正应力为：
67200
B
W
-=-
=∑E
y
σ
Pa
211680
==gh A
y ρσ Pa
工况一、有地基闸体，仅考虑自重
工况二、无地基闸体，仅考虑自重
二、利用ANSYS建立模型计算结果工况一、
1.水闸与地基整体Y方向位移云图（单位：m）
应力云图（单位：Pa）
2.闸墩
x
σ应力云图（单位：Pa）3.闸墩
y
σ应力等值线图（单位：Pa）3.闸墩
y
σ应力云图（单位：Pa）4.水闸底板
y
σ应力等值线图（单位：Pa）5.水闸底板
y
σ应力云图（单位：Pa）
6.地基
y
σ应力等值线图（单位：Pa）
7.地基
y
工况二、
8.水闸Y方向的位移云图（单位：m）
应力云图（单位：Pa）
9.闸墩
y
σ应力等值线图（单位：Pa）10.闸墩
y
σ应力云图（单位：Pa）11.底板
y
12.底板y σ应力等值线图（单位：Pa ）
将A 、B 、C 点处的计算结果汇总在下表中：
E
ANSYS 有地基 (20) ANSYS 有地基（40）
ANSYS 有地基（50） ANSYS 无地基
ANSYS 有地基（40）
μ=0
y σ（MPa ）
-0.381
-0.483
-0.551
-0.28
-0.472
A
μ=0.167
y
σ
（MPa ） A
μ=0
y
σ
（MPa ） 材料力学解 -0.211
材料力学
解
-0.211 ANSYS 无地基 -0.224 ANSYS 无地基 / ANSYS 有地基（20） -0.221
ANSYS 有地基（20）
-0.162 ANSYS 有地基（40） -1.917 ANSYS 有地基（40） -0.194 ANSYS 有地基（50） -0.204 ANSYS 有地基（50） -0.206 ANSYS 有地基（60）
-0.206
ANSYS 有地基（60） -0.208
（1） 闸在8m 水头作用下
闸底水平截面上的正应力为：
6
3
10
836.06
1810008.93
h 0.5h ρgh M ⨯=⨯
⨯⨯=⨯
⨯⨯= N·m
6
2
6
max
10
02.51
16110836.0M ⨯=⨯⨯⨯=
=
z
A
y
I y σ
Pa
0784
.0810008.9ρGH =⨯⨯-=-=C y
σ
MPa
==
D y
D x
σ
σ
，
6
10
313.01
5.0⨯=⨯⨯
=
h
gh C x
A x ρσ
σ
b ）利用ANSYS 建立模型计算结果
1. x σ的应力云图（单位：Pa ）
σ的应力云图（单位：Pa）2.
y
σ的应力等值线图（单位：Pa）3.
x
的应力等值线图（单位：Pa）4.
y
5.
xy
τ的应力云图（单位：Pa）
将B、C点处的计算结果汇总在下表中
A μ=0.16
7
x
σ
（MPa）
y
σ
（MPa）
z
σ
（MPa）
xy
τ
（MPa）
A
μ=0
x
σ
（MPa）
y
σ
（MPa）
材料力学解5.02 材料
力学
解
5.02
ANSY 1.69 3.67 0.27 -0.73 ANS/ /
S无地基YS无地基
ANSY S有地基(20) 1.95 3.68 0.29 -0.71 ANS
YS有
地基
(20)
1.82 3.62
ANSY S有地基（40）3.21 5.00 0.69 -1.20 ANS
YS有
地基
（40）
3.00
4.88
ANSY S有地基（50）3.66 5.48 0.86 -1.38 ANS
YS有
地基
（50）
3.43 5.34
ANSY S有地基（60）3.57 5.45 0.40 -1.31 ANS
YS有
地基
（60）
0.372 5.56
E xσ
（MPa）
y
σ
（MPa）
z
σ
（MPa）
xy
τ
（MPa）
yz
τ
（MPa）
xz
τ
（MPa）
ANSY-0.35 -2,71 -0.51 0.25 / /
S无地
基
-0.45 -2,84 -0.23 0.20 / /
ANSY
S有地
基
(20)
-0.20 -3.02 -0.25 -0.04
ANSY
S有地
基（40）
=0
-0.52 -3.05 -0.24 -0.23
ANSY
S有地
基（40）
-0.53 -3.31 -0.33 -0.20
ANSY
S有地
基（50）
-0.50 -3.45 -0.32 -0.21
ANSY
S有地
基（60）
在水压力单独作用情况下，x方向最大位移发生在闸体顶部内侧为7.2 mm，y方向最大位移发生在闸体顶部外侧为0.50 mm。

（2）坝体在自重、8m水头共同作用下的情况
b）利用ANSYS建立模型计算结果
σ的应力云图（单位：Pa）
1.
x
σ的应力云图（单位：Pa）
2.
y
σ的应力等值线图（单位：Pa）3.
x
σ的应力等值线图（单位：Pa）4.
y
的应力云图（单位：Pa）5. 底部x=1 m处截面
y
σ的应力云图（单位：Pa）
6.底部x=2 m处截面
y
由图2、5、6得到，越靠近闸体中部闸底部横截面上的
σ应力越小。

y
σ的应力云图（单位：Pa）
7.y=1 m处横截面
x
σ的应力云图（单位：Pa）
8.y=2 m处横截面
x
σ随着y值越大变得越小，且内侧受拉外侧受压。

截面高程越大，截由图1、7、8得到，闸体边壁上的
x
σ应力分布越均匀。

面上
x
σ的应力云图（单位：Pa）9.y=1 m处横截面
y
σ的应力云图（单位：Pa）10.y=2 m处横截面
y
τ的应力云图（单位：Pa）
10.
xy
由图2、9，10可得，截面高程越高，y σ值越小，截面内应力分布越均匀，且外侧受压明显，内侧受拉明显。

最大拉应力与最大压应力出现在截面边缘。

综上，闸体在自重和水压力共同作用时最大应力出现在闸体底部与边壁结合的拐角处，最大拉应力存在于拐角内侧为MPa 95.4=y
σ
、MPa 47.2=x
σ。

最大压应力出现在外侧MPa 17.4=y
σ
、
MPa
53.0=x σ
将A 、C 、点处的计算结果汇总在下表中
A
μ
=0.167
x
σ（MPa ） y
σ
（MPa ） z
σ
（MPa ） xy
τ（MPa ） A μ
=0
x
σ（MPa ） y
σ
（MPa ）
材料力学解
/ 4.81 / /
材料力学解
/ 4.81
ANSY S无地基1.71 3.50 0.27 -0.72 ANS
YS无
地基
/ /
ANSY S有地基(20) 1.95 3.52 0.28 -0.70 ANS
YS有
地基
(20)
1.81 3.46
ANSY S有地基（40）3.20 4.81 0.684 -1.17 ANS
YS有
地基
（40）
2.99 4.68
ANSY S有地基（50）3.64 5.28 0.84 -1.34 ANS
YS有
地基
（50）
3.42 5.14
ANSY S有地基（60）3.57 5.25 0.40 -1.28 ANS
YS有
地基
（60）
3.70 5.35
E xσ
（MPa）
y
σ
（MPa）
z
σ
（MPa）
xy
τ
（MPa）
yz
τ
（MPa）
xz
τ
（MPa）
-0.40 -3.00 -0.57 0.24 / /
ANSY
S无地
基
-0.53 -3.24 -0.24 0.16 / /
ANSY
S有地
基
(20)
-0.27 -3.47 -0.31 -0.1
ANSY
S有地
基（40）
=0
-0.64 -3.53 -0.27 -1.6
ANSY
S有地
基（40）
-0.65 -3.86 -0.38 -0.29
ANSY
S有地
基（50）
-0.63 -4.03 -0.36 -0.30
ANSY
S有地
基（50）
闸体在自重与水压压力共同作用的情况下，x方向最大位移发生在闸体顶部内侧为7.3 mm，y方向最大位移发生在闸体顶部外侧为0.74
mm。