ANSYS计算算例(结构-荷载法)

弹出拾取框，按<Pick All>拾取框拾取所有线条
弹出对话框
按<OK>键，映射出整个结构
生成圆弧、直线及映射过程中，点的编号又重复的现象，此时，应对点的编号进行 合并和压缩。 GUI： Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items(Compress Numbers )
6、生成径向弹簧单元 将围岩离散为弹簧单元，沿径向作用在结构的外侧。 （1）局部坐标系的定义 在结构顶部设置径向弹簧时，需要定义局部柱坐标系，在当前活动坐标系中定义局部坐 标系的命令为： CLOCAL,KCN,KCS,XL,YL,ZL,THXY,THYZ,THZX 其中： KCN －为局部坐标号，大于10； KCS — 为坐标形式，0为直角坐标系，1为柱坐标系（Z轴为旋转 轴），2为球坐标系， 3为柱坐标系（Y轴为旋转)； XL,YL,ZL—定义局部坐标系原点在当前活动坐标系中的坐标； THXY,THYZ,THZX—为相对转动角； 定义后应激活该局部坐标系，才能在局部坐标系下操作，激活局部坐标系的操作为： GUI：Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Specified CoordSys 然后在交互式对话框中输入相应的局部坐标号即激活了该坐标。以后的操作要回到原先 全局坐标系，也应重新激活，操作为： GUI：Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to> Global Cartesian／ Global Cylindrical/ Global Spherical 其中：Global Cartesian为全局直角坐标系； Global Cylindrical为全局柱坐标系； Global Spherical为全局球坐标系。
按下<Apply>重复拾取其他点，并重复上述操作，完成第一段圆弧的径向弹簧设置。
（2） 顶部第二、三段圆弧径向弹簧的设置 首先激活全局直角坐标，再定义第二、三段圆弧的局部坐标，并激活， 然后按上一步中的B步分别生成两段圆弧上径向弹簧。 （3） 直边墙径向弹簧的设置 首先激活全局直角坐标，按（1）中B步分别生成直边墙径向弹簧。 注意 DX，DY，DZ的代表意义及输入。
计算中考虑结构自重对结构内力的影响，还应在此输入材料的密度。 Nonlinear-Density
4、模型建立 （1）第一段圆弧的输入（圆心：0，－3.41，起点： 0，0，圆心角：45º ）
Menu menu：Preprocessor>Material Props>Modeling Create>Lines Arcs>By Cent & Radius
列出将所有的节点坐标文件，并将其保存成另外一个文件
（3） 将等效节点荷载加在结构上 加载命令为：F，n，FX，num或F，n，FY，num 其中：F为加载命令， n为节点号， FX、 FY分别为为X、Y方向的力， num为力的大小。 在excel 中将等效节点力计算出来，并将其整理成加载命令的表格形式，在word 中转化成命令流形式。 A、粘贴加入 将word中的命令流直接粘贴到ANSYS的命令输入窗口然后回车,注意：ANSYS 需 进入加载模块后方可进行粘贴，否则粘贴无效。 GUI：Menu Main>Apply
在命令输入框中，先输入圆心坐标（0，-3.41）并回车，再输入起点 坐标（0，0）并回车后，弹出下图交互式对话框，并输入第一段圆弧的圆 心角45º 。
（2）第二段圆弧的输入 （圆心：0.45，－3.86，起点： -2.411234,-0.9987659，圆心角：33.85º ） 注意:第二段圆弧的起点是第一段圆弧的终点 Utility Menu>List>Keypoints>coodinates only
B、文件导入 将编辑好的命令流存为.TXT文本文件。然后用ANSYS导入。例如文件名存 为load1.txt，其导入为： GUI：Utility Menu>Read Input From
2、约束的设置 对于拱形结构，约束墙底的水平位移，同时为避免结构整体沉降大， 使弹簧全部受拉，往往也约束墙底的竖直位移。 GUI：Menu Main> Solution>Apply>Displacement>On Nodes
单元属性定义的典型对话框如图：
（2）网格划分 按0.4m长度划分单元。 GUI： Menu menu>Preprocessor>Meshtool，
在右图中按<mesh>，并选取所有的线条后， 即完成了网格划分。 按下述操作显示单元划分结果： GUI： Utility Menu>PlotCtrls>Numbering>coodinates only
3、定义衬砌材料属性 衬砌材料为混凝土材料：弹性模量Ec＝27 GPa＝27000000000Pa 泊松比＝0.3
Menu menu：Preprocessor>Material Props>Material Model
选中右框中Stractural－Linear－Isotropic，弹出输入常数对话 框，输入弹性模量和泊松比。
分别弹出以下对话框，在第一栏中选keypoints后确认即完成。
5、结构网格划分 将实体拱形结构划分为梁单元的组合体。 （1）分配单元的属性
分配单元的属性相当于把单元指向模型的某些部分，其中单元属性包 括：单元类型号、材料号、实常数号、坐标号等。有两种方法把单元属性 分配到模型上。 – 直接分配属性到模型图元上； – 定义默认属性集，通过分网把默认属性分配到图元上。 GUI： Main menu>Preprocessor>Define，
ANSYS计算算例
• 拱形结构算例 – 铁路隧道 – 公路隧道 – 地铁区间隧道(矿山法施工) 矩形框架结构 – 地下街 – 地下停车场 – 地铁车站 圆形结构 – 地铁区间隧道(盾构法施工)
•
•
拱形结构分析步骤
某单线电化铁路隧道衬砌如下图
a. 岩体特性 23 kN/m3 岩体为 III 级围岩，隧道埋深100m；岩体重度 围岩的弹性反力系数 K 1200 MPa/m，基底围岩弹性反力系数K a 1.25K 。 b. 衬砌材料 采用 C20 混凝土；重度 h 25 kN/m3，弹性模量E c 27 GPa 混凝土衬砌轴心抗压强度标准值 f ck 13.5 Mpa 1.7 MPa。 f 混凝土轴心抗拉强度标准值
三、加载及约束
1、荷载计算及转化 (1) 荷载计算 对深埋隧道用《隧规》推荐的统计法公式计算得： 竖向围岩压力：q=54084.25Pa； 水平围岩压力：e＝0.15 q=8112.64Pa (2) 匀布荷载转化为等效节点荷载 将匀布荷载按如下步骤转化成等效节点力。 A、列出结构上所有节点坐标 GUI：Utility Menu>List>Nodes
拾取基底两节点
选取UX,UY并输入限制位移值0
3、惯性荷载加入 惯性荷载是与质量相关的荷载，该处是加入重力加速度。为了利用惯 性效果来模拟重力，应当在重力的相反方向施加惯性项，即在Y方向 施加一个加速度荷载相当于模拟-Y方向的重力： GUI：Menu Main> Solution>Apply>Gravity
弹出对话框
重复选定单元
完成后,在单元类型框 中显示选定的两种单元。
2、定义单元的实常数
• 梁单元实常数
• 弹簧单元实常数 Menu menu：Preprocessor>Real constants
出现下面对话框
梁单元的实常数有三个：截面积＝bh（b＝1m，h＝0.4m） 惯性矩＝ bh3／12 梁高度＝ h
（2） 顶部第一段圆弧径向弹簧的设置 A、定义局部坐标 在命令输入窗口中输入命令并回车： CLOCAL,11,1,0,-3.41,0,0,0,0
B、生成弹簧单元 激活定义的11号局部坐标系，并按如下操作生成第一段圆弧的径向弹簧。
弹出拾取框，拾取第一段圆弧上任意一点，弹出输入弹簧参数对话框： 需要输入的参数：K－弹性系数； K＝klb，k=1200MPa，l=0.4m，b=1m DX、DY、DZ—弹簧的另一端相对于选定端的偏移距离，直角坐标系中 代表（dx,dy,dz），柱坐标系中代表（dr,dθ,dz），球坐标系中代表（dr,dφ,dθ）。
Βιβλιοθήκη Baidu
四、求解及弹簧的修正
1、第一次求解 上述三大步完成后即可进行求解。 GUI：Menu Main> Solution>Current LS
2、查看结算结果 （1） 结构变形变形
弹出交互式对话框，并输入直边墙底端坐标。
GUI：Main Menu> Preprocessor> Create>Line>Straight Line。
弹出如图所示拾取框，先拾取4点，再拾取5点。
（4）映射生成完整结构 经过以上三步建模后，生成了半个结构，由于结构正对称，可通过映射生成 完整结构。 GUI： Main Menu>Preprocessor>Reflect>Lines
ctk
一、选定分析模块
• Main menu>preferences 选定<structural>分析模块
二、模型建立及网格划分
1、单元类型的选定 – 梁单元：beam3 – 弹簧单元：combine14 Main menu：Preprocessor>Element type>Add/Edit/Delete
（3）直边墙的输入
第二段圆弧的终点即是直边墙的顶点，查出该点坐标为（-3.520017，-3.077515）， 并由此计算出直边墙底端点的坐标为（-3.520017，-7.507515）
GUI：Main Menu> Preprocessor> Create>Keypoints>In Active CS