ANSYS隧道三维建模程序(台阶法)
隧道ansys计算程序算例_荷载结构模式
选取新建铁路宜昌（宜）－万州（万）铁路线上的别岩槽隧道某断面.该断面设计单位采用的支护结构如图3-3所示。
为保证结构的安全性.采用了荷载—结构模型.利用ANSYS 对其进行计算分析。
主要参数如下：●隧道腰部和顶部衬砌厚度是65cm.隧道仰拱衬砌厚度为85cm。
●采用C30钢筋混凝土为衬砌材料。
●隧道围岩是Ⅳ级,洞跨是5.36米.深埋隧道。
●隧道仰拱下承受水压.水压0.2MPa。
图 3-3 隧道支护结构断面图隧道围岩级别是Ⅳ级.其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3-3所示。
根据《铁路隧道设计规范》.可计算出深埋隧道围岩的垂直匀布力和水平匀布力。
对于竖向和水平的分布荷载.其等效节点力分别近似的取节点两相临单元水平或垂直投影长度的一般衬砌计算宽度这一面积范围内的分布荷载的总和。
自重荷载通过ANSYS程序直接添加密度施加。
隧道仰拱部受到的水压0.2MPa按照径向方向载置换为等效节点力,分解为水平竖直方向加载。
3.3.3 GUI操作方法3.3.3.1 创建物理环境1) 在【开始】菜单中依次选取【所有程序】/【ANSYS10.0】/【ANSYS Product Launcher】.得到“10.0ANSYS Product Launcher”对话框。
2）选中【File Management】.在“Working Directory”栏输入工作目录“D:\ansys\example301”.在“Job Name”栏输入文件名“Support”。
3）单击“RUN”按钮.进入ANSYS10.0的GUI操作界面。
4）过滤图形界面：Main Menu> Preferences.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。
5）定义工作标题：Utility Menu> File> Change Title.在弹出的对话框中输入“Tunnel Support Structural Analysis”.单击“OK”.如图3-4所示。
采用ANSYS仿真模拟软件建立三维混凝土试件实体裂纹扩展的模拟
MSHKEY,0
!*
CM,_Y,VOLU
VSEL, , , , 3
CM,_Y1,VOLU
CHKMSH,'VOLU'
CMSEL,S,_Y
!*
VMESH,_Y1
!*
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
!*
!施加下端约束
FLST,2,1,5,ORDE,1
FITEM,2,18
!通水管道施压
FLST,2,2,5,ORDE,2
FITEM,2,12
FITEM,2,-13
/GO
!*
SFA,P51X,1,PRES,-2000000
!裂纹面施压
FLST,2,4,5,ORDE,2
FITEM,2,14
FITEM,2,-17
/GO
!*
SFA,P51X,1,PRES,2000000
Fini !退出前处理器
wpro,,90.000000, !旋转工作平面
CSWPLA,100,1,1,1, !在工作平面位置建立局部坐标100，类型为柱坐标
FLST,3,1,6,ORDE,1
FITEM,3,1
VGEN, ,P51X, , , ,45, , , ,1 !旋转长方体
wpro,,-90.000000, !旋转回原工作平面
!(4)定义材料参数
MP,EX,1,1.668E10 !弹性模量
MP,PRXY,1,0.3 !泊松比
!(5)建立剖面几何模型
BLOCK,-0.015,0.015,-0.025,0.025,-0.0005,0.0005, !建立一个长方体
WPSTYLE,,,,,,,,1
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}{}]{[}]){[]([}{][}{0σεεεσd d D d D D d D d p ep +=-== （1） 式中，][D —弹性矩阵，][p D —塑性矩阵。
三台阶开挖 隧道平面静力分析与检算
1 三台阶开挖法——隧道平面静力分析与检算通过有限元方法进行检算，对隧道衬砌的拱角、拱肩及拱腰部位进行检算，计算过程如下：采用ANSYS有限元方法分析隧道断面在静荷载(围岩荷载)作用下的受力特性，该隧道穿越地层为Ⅴ级围岩。
1.1计算方法与有限元网格采用ANSYS有限元对其进行平面静力分析。
该断面有限元网格如图1-1所示，横向尺寸如下：左、右边界距隧道开挖边界线均为36米，底边界距隧道仰拱底43米，顶面距拱顶43米，其边界条件如下：顶面为自由表面，两边为横向约束，底面为固定约束，分析中按平面应变问题考虑。
图1-1 断面有限元网格图1-1为隧道断面有限元网格。
该隧道衬砌横断面以及各截面的编号如图1-2所示。
分析中所采用的材料特性参数列于表1-1中。
图1-2 隧道断面初衬单元划分图1.2 分析结果采用ANSYS有限元计算计算各截面弯矩、轴力及安全系数，图1-3及图1-4示出了该隧道断面的弯矩、轴力分布情况，其数据结果见表1-2(表中数据弯矩以内侧受拉为正、轴力以拉力为正)。
图1-3 隧道断面衬砌截面弯矩图（N·m）图1-4 隧道断面衬砌截面轴力图（N）本断面计算通过选断面的拱角、拱肩及拱腰部位来进行检算，初衬厚度为30cm,通过检算发现，安全系数最小值为3.37，位于拱脚部位，大于规范要求2.4，满足规范要求。
2 预留核心土环形开挖法——隧道平面静力分析与检算计算方法、有限元网格、相关材料参数及对隧道检算部位均同上述三台阶开挖法一样。
该隧道衬砌横断面以及各截面的编号如图2-1所示。
图2-1 隧道断面初衬单元划分图2.1 分析结果采用ANSYS有限元计算计算各截面弯矩、轴力及安全系数，图1-3及图1-4示出了该隧道断面的弯矩、轴力分布情况，其数据结果见表1-2(表中数据弯矩以内侧受拉为正、轴力以拉力为正)。
图2-2 隧道断面衬砌截面弯矩图（N·m）图2-3 隧道断面衬砌截面轴力图（N）本断面计算通过选断面的拱角、拱肩及拱腰部位来进行检算，初衬厚度为30cm,通过检算发现，除左拱脚处安全系数较小外，其余部位安全系数均大于规范要求2.4。
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}{}]{[}]){[]([}{][}{0σεεεσd d D d D D d D d p ep +=-== （1） 式中，][D —弹性矩阵，][p D —塑性矩阵。
基于ANSYS隧道施工过程模拟实现
基于ANSYS的隧道施工过程的模拟实现摘要：伴随着岩土力学的发展和计算机性能的提高，有限元法成为发展最迅速的用于隧道结构分析的数值计算方法。
本文以工程实例为依托，研究了ansys有限元分析软件在隧道施工过程中的模拟实现，并着重介绍了起重单元生死的运用，为实际工程应用提供一定参考。
关键词：隧道施工；ansys；模拟；单元生死中图分类号：u45 文献标识码：a一、前言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。
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。
早在19世纪初，地下工程多以砖石材料为衬砌，用木支撑的分部开挖方法进行施工，这种设计的衬砌结构厚度偏大。
20世纪50年代，在地下工程的修建中，喷射混凝土和锚杆作为初期支护得到了广泛的应用，这样的柔性支护使开挖后的洞室围岩有一定的变形，围岩内部的应力重新进行分布，但是围岩能够发挥其稳定性，这样可大大减小衬砌结构的设计厚度。
20世纪60年代，随着计算机技术的发展和岩土本构关系的建立，地下工程结构的设计分析进入了以有限元法为主的计算机数值模拟分析时期。
二、单元生死如果模型中加入（或删除）材料，模型中相应的单元就存在（或消亡）。
单元生死选项就用于在这种情况下杀死或重新激活选择的单元。
要激活“单元死”的效果，ansys并不是将“杀死”的单元从模型中删除，而是将其刚度（或传到，或其他分析特性）矩阵乘以一个很小的因子（estif）。
单元的“出生”并不是将其加到模型中，而是重新激活它们。
三、隧道施工工程模拟的ansys实现（一）初始地应力的考虑在ansys中有两种方法可以用来模拟初始地应力。
第一种是只考虑岩体的自重应力，在分析的第一步，首先计算岩体的自重应力场。
这种方法的不足之处在于计算出的应力场与实际应力场有偏差，而且岩体在自重作用下还产生了初始位移，在继续分析后续施工时，得到的位移结果是累加了初始位移的结果，而现实中初始位移早就结束，对隧洞的开挖没有影响，因此在后面的每个施工阶段分析位移场时，需要减去初始位移场。
ANSYS模拟隧道施工过程应用
１ 模 型 的建立
考虑 自重应力 而忽 略构造 应力 。Ａ ＹＳ具 体有 两种 操作 方法 ： ＮＳ
） 首先计算 出 利用 ＡＮ Ｙ Ｓ Ｓ来 模 拟 隧 道 开 挖 过 程 有 两 种 建 模 方 法 ： ） 立 １把重力作为单独 的一个荷 载步 。在分析 的第一步 ， １建 模型在重力作用下 的应力场 ， 以此应力场作 为后续分 析的初始应 三维模型 ； ） 立二 维模 型， 文采用 后者 建立 有限元模 型 。本 ２建 本 文所 采 用 的模 型 水 平 方 向 上 隧 道 两 边 的 长 度 均 取 洞 跨 的 ５倍 为 力场 。应 当注意的是后 面每 一步分 析得 到 的位移场 都叠 加 了重 力引起 的根本 不存 在 的位移 场 ， 以如果 需要 位移场 的结果 ， 所 要 限， 即计算模 型的水平宽度 为开 挖隧道跨度 的 ７倍 ； 垂直方 向上 ， ） 隧道下方 的距离为洞高的 ３倍 ， 而隧道上方按 实际地形 尺寸 。根 扣除第一 步重 力引起 的位移 场。２ 先在 弹性 范围 内单独对 模型 计算得 到初 始应 力场并将各 节点 的应力 写成一个 据隧道围岩的物理力学 性质 ， 在本 文有 限元计 算 中 ， 围岩材料 采 施加 重力荷载 ， 初始应力 文件。然后重新开始分析 ， 将之前 得到的初始应 力文件 用符合 Ｄ ｕｋ ｒ ｒｇｒ ｒｃｅ— ａｅ 屈服条件 的（） ） 料来 模拟 ， Ｐ ＩＰ材 － 以计算 隧道 作为荷载施加到模型上 。最后 进行接 下来 的计算 。这 种方 结 构 与 地 层 在 开 挖 过 程 中 发 生 的 非 线 性 变 形 特 性 。 Ｄ Ｐ材 料 是 读人 ， － 法计算得 到的应力 场和位移场直接就是所 要的结果 ， 不需要 另行 种理想 弹 塑性 材 料 ， 服 面 不 随着 塑 性 应变 的增 加 而 改变 。 屈
公路隧道施工过程的数值模拟及ANSYS实现
杀死单元时 ,程序将通过用一个非常小的数乘 以单元的刚度 ,并从总质量矩阵消去单元的质量来 实现“杀死”单元 。无活性的载荷 (压力 、热通量 、热 应变等等) 被设置为零 。隧道开挖时 ,可直接选择将 被开挖掉的单元 ,然后将其杀死 (ekill) ,即可实现开 挖的模拟 。
“施加虚拟支撑力逐步释放法”对隧道施工过程 的模拟连续进行 ,不需要应力和位移的叠加 ,使得分 析过程更为简单 ,也更符合施工实际 。
图 1 “施加虚拟支撑力逐步释放法” 隧道施工过程模拟示意图
2 隧道施工过程模拟的 ANSYS 实现 21 1 初始地应力的模拟
在 AN S YS 程序中 ,有两种方法可用来模拟初 始地应力 ,一种是只考虑岩体的自重应力 ,忽略其构 造应力 ,在分析的第一步 ,首先计算岩体的自重应力 场 。这种方法计算简单方便 ,只需给出岩体的各项 参数即可计算 。不足之处在于计算出的应力场与实 际应力场有偏差 ,而且岩体在自重作用下还产生了 初始位移 ,在继续分析后续施工工序时 ,得到的位移 结果是累加了初始位移的结果 ,而现实中初始位移
在一些情况下 ,单元的生死状态可以根据 AN2 S YS 的计算结果来决定 ,如应力 、应变等 。利用这 一功能 ,在模拟过程中根据计算结果 ,可以将超过许 用应力 (线弹性分析时) 或许用应变 (弹塑性分析时) 的单元杀死 ,以此来模拟围岩或结构的破坏 。
AN S YS 单元生死功能在杀死或激活单元时 , 对单元的内在属性 ,如应力 、位移等 ,作了有效的处 理 。因此使用单元的生死功能来模拟隧道的开挖和 支护 ,比单纯使用“空单元”模拟开挖和改变材料号 来模拟支护更为准确 ,结果更为可靠 。 21 oint 西部交通科技
ANSYS建模基本方法
ANSYS 建模
• ANSYS建模措施 • ANSYS坐标系与工作平面 • 实体建模 • 网格划分 • 建模实例
ANSYS建模措施
• 直接建模 • 实体建模 • 输入在计算机辅助设计系统中创建旳实体
模型 • 输入在计算机辅助设计系统创建旳有限元
模型
直接建模
• 直接创建节点和单元，模型中没有实体 • 优点
• 按给定角度旋转结点坐标系：NMODIF – GUI->Main Menu->Preprocessor->Modeling->Create->Node->Rotate Node CS->By Angle – GUI->Main Menu->Preprocessor->Modeling->Move/Modify->Node->Rotate Node CS>By Angle
• 将关键点移到一种交点上：KMOVE
– Main Menu->Preprocessor->Modeling->Move/Modify->>Keypoint->To Intrsect
• 在已知结点处定义关键点：KNODE
– Main Menu->Preprocessor->Modeling->Create->Keypoints->On Node
• 在2个关键点之间生成单个关键点：KBTW
– Main Menu->Preprocessor->Modeling->Create->Keypoints->KP between KPs
• 在2个关键点之间生成多种关键点：KFILL
利用ANSYS等软件生成三维地质体有限元模型
利用ANSYS等软件进行三维地质建模的方法一、前言作为一名从事岩土工程方向的研究生，在学习工作过程中经常遇到数值模拟的问题。
在数值模拟过程中，前处理将占用绝大部分时间，而三维地质建模更是前处理的难点。
本文结合自身实践，讲述如何利用AutoCAD中已有的等高线图形，通过GOCAD、Surfer和ANSYS等软件转化为可进行下一步数值模拟的有限元网格的具体步骤。
步骤和操作虽比较烦琐，但实际易用，便于掌握。
二、提取AutoCAD中等高线一般来说，工程勘探都有对选址地区地表形态进行描述的地形等高线的电子图纸，这些包含有等高线的图中会有很多其他图层，如图（1）所示：图（11）含有等高线及其他图层的AutoCAD示例图（首先做的是要清除无关图层，只留下含有等高线数据的图层。
当遇到无法删除图层时，如图（2）所示，则要保证该非等高线图层中没有任何数据。
图（22）图层无法删除示例图（其次，需要对等高线图层中的等高线属性进行查看和修改。
有的地形图中等高线使用轻量多义线（LWPOLYLINE）勾画的，其中很多数据会包含厚度属性，见下图所示，需要将其厚度属性改为0。
图（33）修改等高线属性示例一图（如果等高线没有三维坐标的属性，见下图所示（图示为已有三维坐标的，顶点X坐标、顶点Y坐标和标高），则需要根据地形图中等高线标注逐一进行修改，工作量较大。
个人未见有较好的方法可以给等高线自动附上标注的高度Z坐标。
图（44）修改等高线属性示例二图（做好这些准备工作之后，图形应该类似于下图所示，轴测图能够看出，不同标注值的等高线是不处于同一高度平面的。
之后需将处理得到的图形另存为*.dxf （Drawing Exchange Format——绘图交换文件）格式文件，作为GOCAD的处理对象。
图（图（55）修改完的等高线图示例提取等高线中拟合点数据三、三、提取等高线中拟合点数据地形图中的等高线是通过外业采集得到的数据，通过软件将同一等高线上的数据点利用拟合的方法（如AutoCAD中的SPLINE命令）绘制出的，下一步要做的就是将等高线中的拟合点数据提取出来。
基于ANSYS的铁路隧道开挖过程三维仿真分析
地下工程GEOTECHN I CAL ENG I N EER I NG WORLD V O L .10 N o .11收稿日期2 2006-7-25基于ANS YS 的铁路隧道开挖过程三维仿真分析王齐林1陈静曦2柯鹏振2(武汉理工大学资源与环境工程学院)摘 要 根据ANS YS 软件的特点,结合隧道力学的有关原理,建立了铁路隧道开挖的三维模型,并分析了开挖模拟后围岩的受力情况,在合理选取支护参数的情况下,认为利用ANS YS 软件来模拟铁路隧道开挖是必要的,也是可行的。
关键词 ANS YS 三维仿真分析 有限元ANS YS 程序不仅功能强大[1],应用范围很广,而且其基于Motif 标准的图形用户界面(G U I)及优秀的程序构架使初学者也能易学易用。
软件主要包括3个部分:前处理模块,分析计算模块和后处理模块。
前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具,用户可以方便地构造有限元模型;分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析,可模拟多种物理介质的相互作用,具有灵敏度分析及优化分析能力;后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式显示出来,也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。
铁路隧道结构非常复杂,特别是处于不良地质条件下的隧道,进行三维有限元分析时用常规的方法很难精确模拟,并且费时费力。
而ANS YS 强大的实体建模能力可以快速精确地模拟复杂的隧道结构,通过功能完善的网格划分工具即可生成理想的三维有限元网格,并且其计算精度和速度也很高。
隧道的开挖是个复杂的系统工程,在隧道围岩非常复杂的条件下进行ANS YS 有限元开挖模拟是非常必要的,在参数选择合理的情况下,ANS YS 软件可以很好的模拟初期支护、围岩的变形、顶拱下沉等,这对开挖施工工艺、选择合理的支护结构、进行结构可靠性分析等方面都具有重要的意义[2]。
ANSYS基本操作-建模方法
定义单元类型
Main Menu: Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete
1. 2. 3. 4. 5.
选择 Add. 选择 Help 得到关于单元类型的信息. 选择单元分类. 选择单元类型. 选择 OK.
ANSYS “实常数”
实常数是针对某一单元的几何特征, 例如: 梁单元的横截面积 壳单元的厚度 选择了单元类型后，定义单元实常数 分析用中到的单元的实常数，可以查阅单元在 线帮助. 注意并不是所有的单元都需要实常数
B
C
D
1. Build solid model 2. Defeature as needed. 3. Mesh finite element model. 4. Export finite element model.
ANSYS中的图元
即使想从CAD模型中传输实体模型，也应该知 道如何使用ANSYS建模工具修改传入的模型
工作平面
工作平面 (WP) 是一个可移动的参考平面，类 似于绘图板
wy y x wx
原点
辅助网格，间 距可调
工作平面
工作平面 (续)
Utility Menu: WorkPlane >
工作平面控制
移动工作平面 的选项
有关坐标系统的选项 (将在以后的课程中 讨论)
ANSYS中图元(续)
从最低阶到最高阶，模型图元的层次关 Nhomakorabea为： 关键点（Keypoints） 线（Lines） 面（Areas） 体（Volumes）
布尔操作 (续)
Main Menu: Preprocessor > -Modeling- Operate >
基于ANSYS的铁路隧道开挖过程兰维仿真分析
２ 关键技 术
２ １ 单元的选取 ．
必要 的， 在参数选择合理 的情况下 ， Ｎ Ｙ 软件 可 Ａ ＳＳ
以很好 的模拟初期支护 、 围岩的变形 、 顶拱 下沉等 ， 这对开挖施工工艺 、 选择合理的支护结构 、 进行结构 可靠性分析等方面都具有 重要 的意义 。在分 析 Ｊ
Ａ Ｙ 中提供 了 １０多种单元 类型 ， ＮＳ ５ 根据隧道 结构的不同部分的特点选用合适的单元可以使模型 更加接近工程实际 ， 提高计算精度 ， 减小解题规模。 本次模拟采用 Ｂ ｃ ｎｄ ５实体单元来模拟 Ⅳ围 ｉ ８ ｒ ｋ ｏｅ ４
岩地层和Ⅳ围岩地层中被锚杆加 固的部分 ， 隧道 的
计算过程中可以结合参数化设计语言 Ａ Ｄ Ｐ Ｌ生成命 令流文件， 这是一种 面 向工程 的 、 结构 化 的解释语
言 ， 了分析过程的参数化 ， 实现 使模型修改和工况转 换变得非常简便 、 直观， 提高了工作效率。下面就以
［ 收稿 日期 ］ ２０ ７— ５ ０６— ２ ５ ２
块 。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格 划分工具 ， 用户可以方便地构造有限元模型； 分析计
实际工程来介绍 Ａ Ｓ Ｓ软件在铁路隧道开挖 中的 ＮＹ 三维仿真分析过程 。
１ 工 程概 况
本次仿真所设计的单线铁路隧道具有以下特点：
（ ）隧道位于山区， １ 隧道的两个出口皆为峡谷 ，
维普资讯
～ —圈幽 叠霍
… … ～ …
…
’
。
。…
…
…
。。
…
一
●…
－ －…
…
…
…
…
…
…
－…
…
…
…
…
山岭隧道受力有限元分析ANSYS实例教学
山岭隧道受力ANSYS有限元分析实例教学目录一、问题重述 (1)二、模型的建立 (3)2.1模型绘制 (3)2.2模型参数选取 (3)2.3模型网格划分 (3)2.4计算外荷载（计算DK5+632断面） (4)2.5施加荷载与约束 (7)三、求解模型与受拉地基弹簧的修正 (8)四、求解结果 (10)4.1弯矩、轴力应力云图 (10)4.2关键节点内力 (10)五、附录 (11)附录1 全部节点等效荷载表 (11)附录2 全部节点内力表 (13)附录3 剪力图 (16)一、问题重述隧道起讫里程为DK4+843.5~DK6+430，全长1586.5m ，DK5+632处采用暗挖法施工，该断面的地层及结构等信息见下图。
(a) 纵断面图（单位：m ）(b) 横断面图（单位：cm ）里程 D K 5+632300°∠65°根据地质资料得：围岩级别为Ⅳ级，隧道上方土体重度依次从上往下取γ1 =18 kN/m3，γ2=23kN/m3。
请采用荷载-结构模式对该断面衬砌结构（仅二次衬砌）进行受力分析：（1）试求隧道围岩压力和有限元模型的等效节点力（不考虑重力）？（要求：单元长度取0.3m，画出单元和节点图，编制表格列出各节点的等效节点力）。
（2）采用有限元软件计算结构内力，绘制弯矩图和轴力图，列出特征部位的内力二、模型的建立2.1模型绘制在ANSYS建模，以二次衬砌中轴线为轮廓，隧道断面模型如下图：图2.1 隧道断面尺寸示意图（cm）二次衬砌采用Beam188梁单元模拟，地基弹簧采用Combin14弹簧单元模拟。
隧道纵向计算长度取为1m，二次衬砌参数选取如下表：2.3模型网格划分单元长度取0.3m，网格划分后，单元图、节点图分别如下：图2.2 离散化-节点图图2.3离散化-单元图2.4外荷载的计算（计算DK5+632断面） 2.4.1 验算坑道高度与跨度之比1232644.3032120.902 1.71232723.553212H B ++++==++++＜式中，H 表示坑道高度，B 表示坑道跨度根据我国《铁路隧道设计规范》，可以采用统计法计算。
ansys技巧总结_三维隧道
DBKZDZ(1,1)=0,L_ZTZ
DBKZDZ((Y_YJMAX-Y_YJMIN)/PJ_MG+3,1)=L_ZTZ+Y_YJMAX-Y_YJMIN+L_YTZ
*DO,I,1,(Y_YJMAX-Y_YJMIN)/PJ_MG
CM,V_BSUB,VOLU
VSEL,INVE
CM,V_SUB,VOLU
ALLS
VSBV,V_BSUB,V_SUB
CMDEL,V_BSUB
CMDEL,V_SUB
ALLS
NUMCMP,ALL
VATT,MAT_YS
!*
*DO,I,1,(Y_YJMAX-Y_YJMIN)/PJ_MG+3-1
!*************************************************************************************!
!*
!----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------!
MD_HNT=0.024*1E6/10
!*
TM_MG=TM_YS
MU_MG=MU_YS
MD_MG=MD_YS
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ANSYS隧道三维建模程序（台阶法）
ANSYS隧道三维建模程序（台阶法）finish/cle/filename,suidao/title,anlysis of suidao in 3d/PREP7 !进⼊前处理器ET,1,mesh200,6et,2,solid45R,1,0.4,0.4,0.4,0.4, !设置梁单元⼏何常数MP,EX,1,8e9 !围岩MP,PRXY,1,0.28 !输⼊泊松⽐MP,DENS,1,2400 !输⼊密度TB,DP,1,,,tbdata,1,1.2e6,42,19MP,EX,2,8e9 !锚杆加固区MP,PRXY,2,0.28 !输⼊泊松⽐MP,DENS,2,2400TB,DP,2,,,tbdata,1,1.2e6,42,20MP,EX,3,8e9 !开挖⼟体MP,PRXY,3,0.28 !输⼊泊松⽐MP,DENS,3,2400TB,DP,3,,,tbdata,1,1.2e6,42,21MP,EX,4,8e9 !衬砌区MP,PRXY,4,0.28 !输⼊泊松⽐MP,DENS,4,2400CSYS,0k, 1 ,.000,.439,.000,k, 2 ,-2.839,-2.697,.000,k, 3 ,2.839,-2.697,.000,k, 4 ,-1.521,-3.508,.000,LARC,2 ,3 ,4k, 5 ,.000,2.587,.000,k, 6 ,1.903,4.490,.000,k, 7 ,-1.903,4.490,.000,k, 8 ,1.030,5.073,.000,LARC,6 ,7 ,8k, 9 ,.650,1.937,.000,k, 10 ,-2.892,2.635,.000,k, 11 ,-2.251,4.086,.000,LARC,7 ,10 ,11k, 12 ,6.674,.750,.000,k, 13 ,-3.047,.000,.000,k, 14 ,-2.998,1.982,.000,LARC,10 ,13 ,14l, 2 ,13k, 15 ,2.065,4.653,.000,k, 16 ,-2.066,4.653,.000,k, 17 ,1.118,5.286,.000,LARC,15 ,16 ,17k, 18 ,-3.118,2.680,.000,k, 19 ,-2.436,4.223,.000,LARC,16 ,18 ,19k, 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立隧道ANSYS有限元分析模型
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、新建初始的物理环境：点主菜单的“ANSYS Main Menu”，再点“Preferences”，弹出“Preferences for GUI 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“OK”，再次点如图3.7所示的窗口的“Close”。
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k, 57 ,.000,-.406,.000,
k, 58 ,-3.611,-5.943,.000,
LARC,46 ,34 ,58
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LARC,18 ,20 ,21
k, 22 ,-3.059,-2.840,.000,
l, 22 ,20
k, 23 ,-.650,1.937,.000,
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LARC,24 ,6 ,25
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TB,DP,3,,,
tbdata,1,1.2e6,42,21
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MP,PRXY,4,0.28 !输入泊松比
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LARC,2 ,3 ,4
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l, 3 ,33
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l, 2 ,22
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l, 31 ,35
l, 29 ,36
l, 15 ,38
l, 16 ,40
MP,PRXY,2,0.28 !输入泊松比
MP,DENS,2,2400
TB,DP,2,,,
tbdata,1,1.2e6,42,20
MP,EX,3,8e9 !开挖土体
MP,PRXY,3,0.28 !输入泊松比
lsel,s,,,68,70,2
lesize,all,,,5,2
lsel,s,,,64,66,2
lsel,a,,,69,71,2
lesize,all,,,5,2
asel,s,,,28,33
amesh,all
lsel,s,,,62
lesize,all,,,4,2
lsel,s,,,59
k, 26 ,-6.674,.750,.000,
k, 27 ,3.047,.000,.000,
k, 28 ,3.076,.661,.000,
LARC,27 ,24 ,28
l, 3 ,27
k, 29 ,3.117,2.680,.000,
k, 30 ,2.967,3.226,.000,
lsel,s,,,2,6,4
lesize,all,,,9
lsel,s,,,3,7,4
lsel,a,,,10,13,3
lesize,all,,,4
lsel,s,,,4,8,4
lsel,a,,,11,14,3
lsel,a,,,5,9,4
lsel,a,,,12,15,3
lesize,all,,,5
lsel,s,,,21,22,1
lsel,a,,,16,17,1
lsel,a,,,46,47,1
lsel,a,,,43,44,1
lesize,all,,,5
lsel,s,,,55
lsel,a,,,45
lesize,all,,,12
lsel,s,,,32,39,1
lesize,all,,,4,2
al,7,28,3,29
al,28,6,27,2
al,27,13,26,10
al,11,26,14,25
al,12,25,15,24
al,1,24,23,31
al,9,30,5,31
al,22,38,9,39
al,21,37,8,38
al,20,37,7,36
al,36,6,35,19
LARC,29 ,15 ,30
k, 31 ,3.276,-.018,.000,
k, 32 ,3.306,.659,.000,
LARC,31 ,29 ,32
k, 33 ,3.059,-2.840,.000,
l, 33 ,31
k, 34 ,6.050,-3.071,.000,
LARC,36 ,38 ,39